具有内部冷却腔的声穿透装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及声穿透装置（１００），其包括多个基本超声波传感器（１１０），每个传感器包括至少一个电声元件（１１１）并且分布在底盘（１２０，１４０）上，使得电声元件（１１１）分布在装置（１００）的所谓的前表面（１２０’）上，所述前表面旨在放置成面向要声穿透的介质。根据本发明专利技术，每个传感器（１１０）包括由导热材料制成的纵向主体（１１３），电声元件（１１１）放置在纵向主体的所谓前端部，底盘（１２０，１４０）包括密封式冷却腔（１３０），所述冷却腔放置在前表面（１２０’）后面、由传感器（１１３）的主体穿越、以及旨在由冷却流体流穿过。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有多个基本超声波传感器的声穿透装置的基本领域，每个基本超声 波传感器具有至少一个电声部件，所述多个传感器分布在底盘上，使得电声部件分布在声 穿透装置的所谓“前”表面上，所述声穿透装置的前表面旨在放置成面向要声穿透的介质。
技术介绍
电声部件通常由压电材料、压电复合材料或者半导体材料制成，例如微加工电容 式超声波传感器(CMUT)，该电声部件允许通过受限的电声效率来产生高功率超声波。通常而言，对于包括在IOOkHz与IOMHz之间的频率，这些材料的电声效率在40% 到80%之间。同样，未转换为超声波的能量的大部分作为热量在传感器中被驱散。在数秒的时段内电声部件的连续操作期间，过大的加热可能会损坏电声部件或者 甚至可能毁坏电声部件，且该加热甚至可损坏组成电声部件或邻近于电声部件的机械部 分。因此，该加热效应目前限制在数秒的长时段内产生非常高的声强度的可能性。通 常认为的是，在几分之一秒量级的时段内没有过量加热的情况下，在传感器的表面处难以 产生大于5W/cm2的功率。存在驱散所产生的热量的解决方案，以便降低传感器的温度。已知的解决方案包 括使得冷却流体(通常为水)在声穿透装置的“前”面部上循环。在该情形中，通过该流体， 可用介质实现超声波耦合，超声波会聚于介质中。然而，热交换表面仍局限于声穿透装置的“前”表面并且在必须使用十分高的声强 度的情形中不允许将热量充分移除。
技术实现思路
因此，本专利技术的主要目的在于通过构想出声穿透装置(insonification device) 来克服这种缺点，该声穿透装置包括多个基本超声波传感器，每个传感器包括至少一个电 声元件，多个传感器分布在底盘上，使得电声元件分布在装置的所谓前表面上，所述前表面 在至少两个方向上延伸并且旨在放置成面向要声穿透的介质，声穿透装置使得每个传感器 包括在所谓的前端部处由导热材料制成的纵向主体，电声元件放置在所谓的前端部处，底 盘包括放置在前表面后面的密封式冷却腔，所述冷却腔由传感器主体正好穿越并且旨在由 冷却剂流体流所经过。该新式结构的声穿透装置允许通过使用热量驱散来将显著量的热量朝向传感器 的后部传递，其中传感器主体经过冷却腔。当然，由传感器的有源部分产生的热量通过由基 本传感器主体形成的材料朝向后部带走，该有源部分是位于前表面上的声元件。通过本专利技术，可能在传感器主体与冷却剂流体之间获得热交换表面。因此，比在使 用来自于前部的常规冷却系统时大得多的表面上得到热交换。此外，由于冷却剂流体放置 成直接接触热源(传感器)，因而优化传感器所产生的热量朝向冷却剂流体的传递。因而，采用该新式冷却系统，可能的是限制基本传感器的加热以及在传感器的表 面处达到高得多的声强度。采用本专利技术，因而可能得到约20W/cm2的功率。在本专利技术的意义上，术语“底盘”是指能够支承传感器并且能够形成冷却腔的壳体 的机械结构，所述冷却腔由传感器主体正好穿越。根据本专利技术的优选实施例，传感器主体定轮廓成便于流体的循环。通过这种特性，充其量避免的是，传感器主体形成对流体在冷却腔内循环的阻碍。根据本专利技术的具体特征，传感器主体在至少一个方向上具有颈部，该方向垂直于 流动方向，以便降低液力阻抗。这种颈部允许在每对传感器之间的流量，其具有降低的液力阻抗。该颈部可包括 收缩传感器主体在垂直于流体流动方向的方向上的宽度或者包括传感器主体的均勻减少 的直径。由传感器的构造引起的应力可能需要颈部由传感器的后部部分制成，即在与热源 一定距离处。然而，在形成传感器主体的材料是良好的热导体的情况下，包括将颈部朝向传 感器的后端部放置的该特征不受影响。根据本专利技术的有利特征，传感器主体具有表面几何形状，其中流体的交换表面可 大于与对应于沿着传感器的均勻且恒定截面的表面几何形状相对应的交换表面。可包括对冷却剂流体的流动方向上传感器主体加条纹的特征不仅有助于增加交 换表面和朝向冷却剂流体的热传递而且可通过引导冷却剂流体在传感器主体的侧面上的 循环而有助于促进冷却剂流体的循环。根据本专利技术的有利特征，由于底盘在声穿透装置的后部处包括与基本传感器一样 多的细孔，传感器可移除地附连通过冷却腔。通过该特征，可有利于保持声穿透装置。当然，在声穿透装置包含以高强度操作的 大量基本传感器时，这些传感器潜在地经受单个故障，于是必须将其更换。该特征允许容易 且快速的更换，这可由不必要对其熟练的工人来实施。这避免了将装置整体存放用于修理 或者使用具有降级特性的装置。在有利的实施例中，通过放置在将每个传感器从底盘分离的空间中的柔性材料以 及允许在形成基本传感器模块的材料与形成底盘的材料之间的差异热膨胀，提供传感器与 底盘之间的密封。可在传感器主体上和/或细孔的外围上制造用于接收这种柔性材料(例 如，柔性粘结剂或0形垫圈)的沟槽。有利地，传感器主体由选自下述导热材料的材料制成金属，陶瓷，填料树脂。所列出的材料具有显著的导热性，这允许通过基本传感器的后部来良好地移除热 量。在此要注意的是，传感器主体可为电导体或电绝缘体。根据本专利技术的特征，传感器的电声元件由选自下述的材料制成压电材料，压电复 合材料，包括CMUT的半导体材料。根据本专利技术的有利特征，传感器空间分布在前表面上，以便允许流体在冷却腔容 积中的均勻流动。根据该特征，从允许冷却剂流体在所有冷却空间中均勻流动的角度来选择传感器 的空间分布。根据具体特征，由于声穿透装置的前表面具有平面或隆起盘的形状，传感器分布在对中于盘中心的一条或多条螺旋线上。通过该分布，可能的是确保在螺旋线的圈数之间或者每条螺旋线之间的均勻流体 循环。根据本专利技术的有利特征，冷却腔包括用于冷却剂流体的至少一个入口和一个出这种特征允许通过在声穿透装置之外的泵来重新加入冷却剂流体以及致动流体 的循环。根据本专利技术的优选特征，流体入口的位置以及流体出口的位置依赖于传感器的分 布而选择，以便允许冷却剂流体在冷却腔的空间中的均勻流动。考虑用于引入和排出冷却剂流体的传感器分布，该特征允许优化传感器与冷却剂 流体之间的热交换。因而优选地，当传感器分布在对中于盘中心的一条或多条螺旋线上时，腔包括与 螺旋线一样多的入口以及在盘中心处放置的出口。更一般地，通过增加入口或出口，可能更好地分配流体的循环。采用该特征，可能 通过最大化使用传感器的空间分布来强制冷却剂流体均勻流动。根据本专利技术的优选特征，冷却剂流体的入口数量大于出口的数量。当然，当泵用于循环流体时，考虑到在泵入口处的可接受压力小于泵出口压力，为 了提供流体的均勻循环，期望的是增加冷却腔中冷却剂流体的入口的数量而不是增加出口 的数量。应当注意的是，于是在几条螺旋线上的分布几何形状适于应用流体的均勻循环。根据本专利技术的有利特征，底盘被划分成两个基质，即前部基质和后部基质，前部基 质支承传感器的前端部，后部基质支承传感器的后端部。采用该特征，可能的是以尤其简单的方式建立冷却腔，于是在安装声穿透装置时， 该冷却腔根据前部基质和后部基质的准确形状设置在前部基质与后部基质之间。为了完成 装置的安装，于是传感器主体被引入到为此目的设置的细孔中，所述细孔位于前部和后部 基质中的每个上且彼此面向。因而，前部基质支承传感器位于声发射侧上所谓的前端部，后 部基质支承传感器位于供电电缆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y马丁，M佩诺特，
申请(专利权)人：超声成像公司，
类型：发明
国别省市：FR