本發(fā)明涉及超聲波感測領域，尤其涉及一種超聲波感測器。

背景技術：

超聲波感測器因具有安全、精準等優(yōu)點已被廣泛應用于醫(yī)學領域，用于監(jiān)測人體心率、血壓等身體指標，還可用于生成人體器官的二維影像結果。該類超聲波感測器通常包括信號發(fā)送單元與信號接收單元，信號發(fā)送單元發(fā)送超聲波，信號發(fā)送單元發(fā)送的發(fā)射波經(jīng)被測物反射，信號接收單元接收該反射回的超聲波并形成對應被測物的感測信號。反射超聲波的強度極大影響超聲波感測器的感測精度，而反射波的強度受待測物(如心臟、血管等)的深度、信號發(fā)送單元與信號接收單元之間的距離、以及發(fā)射波的形狀多種因素的影響。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于以上內(nèi)容，本發(fā)明提供一種超聲波感測器，其具有較高的感測精度。

一種超聲波感測器，包括在同一表面間隔設置的超聲波信號發(fā)送單元與超聲波信號接收單元，該超聲波信號發(fā)送單元具有一發(fā)送面，該超聲波信號發(fā)送單元發(fā)射的超聲波發(fā)散呈圓錐狀，該超聲波信號發(fā)送單元與超聲波信號接收單元之間的最短距離l在0～5mm內(nèi)可調(diào)節(jié)；該超聲波形成的圓錐狀的中心軸線垂直于該發(fā)射面，該圓錐狀超聲波的錐角α在0～45°范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的超聲波感測器的信號發(fā)送單元和信號接收單元為共面設置，信號發(fā)送單元與信號接收單元之間的距離l以及發(fā)射錐形波的錐角α二者之間的角度可以調(diào)節(jié)，且控制這兩個參數(shù)的調(diào)節(jié)范圍，使得發(fā)射超聲波的反射波幾乎全部落入該信號接收單元的接收范圍，有效提高了接收信號的強度，從而提高超聲波感測器的感測精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的超聲波感測器1的結構示意圖。

圖2為圖1所示超聲波感測器1沿ii-ii方向的剖面示意圖。

圖3為圖1所示超聲波感測器的工作原理示意圖。

主要元件符號說明

如下具體實施方式將結合上述附圖進一步說明本發(fā)明。

具體實施方式

以下通過具體實施例配合附圖進行詳細說明。

請參一并參閱圖1和圖2，圖1為本發(fā)明超聲波感測器1的結構示意圖，圖2為圖1所示超聲波感測器1沿ii-ii方向的剖面示意圖。該超聲波感測器1為一貼片式超聲波感測器，該超聲波感測器1可以貼附在人體表皮進行檢測。該超聲波感測器1包括共面且間隔設置的信號發(fā)送單元11和信號接收單元12。該信號發(fā)送單元11和信號接收單元12分別為超聲波信號發(fā)送單元和超聲波信號接收單元。信號發(fā)送單元11與信號接收單元12均為半月形。該超聲波感測器1的尺寸大約是：最大長度處的長l0為35mm，最大寬度處的寬w為58.5mm，厚h為3mm(圖未示)。該信號發(fā)送單元11與信號接收單元12的之間的最短距離l可調(diào)節(jié)，本實施例中，l指該信號發(fā)送單元11與信號接收單元12最靠近彼此的邊緣之間的最短距離，l的可調(diào)范圍為0～5mm。當l為0時，表示該信號發(fā)送單元11與信號接收單元12互相接觸。該信號發(fā)送單元11與信號接收單元12之間設置有一距離調(diào)節(jié)器13以調(diào)節(jié)該信號發(fā)送單元11與信號接收單元12的之間的距離。在本實施例中，該距離調(diào)節(jié)器13包括一連接信號發(fā)送單元11的導向桿131和一連接信號接收單元12的滑槽132，l通過導向桿131在滑槽132中的移動來調(diào)節(jié)。在其它實施例中，l還可以通過其它手段進行調(diào)節(jié)。

該信號發(fā)送單元11發(fā)出超聲波發(fā)散呈圓錐狀，該圓錐的錐角可以通過超聲波感測器1中的控制單元(圖未示)來調(diào)節(jié)。

該信號發(fā)送單元11包括依次層疊設置第一電極層112、信號發(fā)送層113及第二電極層114，信號發(fā)送單元11被一保護層111包裹。信號接收單元12包括依次層疊設置的第三電極層122和信號接收層123，該信號接收單元12通過一粘膠層124與電路板125貼合，具體地，該信號接收單元12的信號接收層123通過該粘膠層124與電路板125貼合，該信號接收單元12與電路板125被一保護層111包裹。本發(fā)明中，保護層111的厚度并不計入該信號發(fā)送單元11與信號接收單元12的之間的最短距離l中。

該信號接收單元12包括多個互相獨立的信號接收子單元120。具體地，該第三電極層122為一不連續(xù)的層，其包括間隔排布的多個電極單元1220，每個電極單元1220彼此絕緣設置并且分別進行電連接和電控制，這種結構有利于獨立控制每個電極單元1220。該信號接收層123為一不連續(xù)的層，其包括多個壓電單元1230，每個壓電單元1230與一個電極單元1220對應設置，每個壓電單元1230和與之對應的電極單元1220構成一個信號接收子單元120，每個信號接收子單元120獨立接收超聲波信號并產(chǎn)生感應電荷。

該電路板125上設有像素電路(圖未示)，該像素電路包括感測電極130，該感測電極130用于感應該信號接收層123上產(chǎn)生的感應電荷并將其輸入該像素電路。在本實施例中，電路板125為薄膜晶體管(thin-filmtransistor,tft)基板。在其它實施例中，該電路板125還可為柔性印刷電路板(flexibleprintedcircuit,fpc)。

為保證該感測電極130能有效收集電荷，該粘膠層124的方塊電阻小于150ω/sq，介電常數(shù)小于5f/m，且該粘膠層124在橫向上有較高的電阻性。較佳地，該粘膠層的材質(zhì)為異方性導電膜(acf)。

該信號發(fā)送層113和信號接收層123的材料均為壓電材料，例如可為聚二氟亞乙烯(polyvinylidenefluoride，pvdf)、鋯鈦酸鉛壓電陶瓷(piezoelectricceramictransducer，pzt)或二者的復合材料。優(yōu)選地，該信號發(fā)送層113的材料為pzt，因為pzt壓電材料的聲波發(fā)射能力較強；該信號接收層123的材料為pvdf，因為pvdf壓電材料的聲波吸收特性較好，可獲得更強的聲波信號。

該第一電極層112、第二電極層114和第三電極層122的材料均為導電材料，例如銀(ag)、銅(cu)、鉬(mo)、氧化銦錫(ito)、氧化鋅(zno)、聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(poly(3，4-ethylenedioxythiophene)，pedot)、碳納米管(carbonnanotube，cnt)、銀納米線(agnanowire，anw)以及石墨烯(graphene)中的一種或化合物，但不以此為限。

在實際應用中，以應用于生物醫(yī)學領域為例，具體地，以感測人體心臟跳動為例，將該超聲波感測器1貼附至人體胸口對應心臟位置所在的部位，外部電路(圖未示)向該信號發(fā)送層113施加電壓，該信號發(fā)送層113在電場作用下產(chǎn)生超聲波，該超聲波信號穿過人體皮膚表面和皮下組織并被心臟反射并被該信號接收層123接收，該信號接收層123在該反射超聲波信號的作用下產(chǎn)生感應電荷，電路板125上的感測電極130收集該感應電荷并將其輸入至像素電路，該像素電路放大所述電荷形成輸出電信號發(fā)送至外部電路。由于在心臟跳動與心臟跳動間隙，超聲波信號在人體皮膚表面或皮下組織被吸收、反射或分散后形成的反射信號不同，致使最終的輸出電信號不同。外部電路通過該電路板125輸出的電信號可計算出心臟跳動頻率，進一步推算出血流流速和血壓等人體指標信息發(fā)送至顯示終端(圖未示)。該顯示終端可集成在該超聲波感測器1上。所述人體指標信息可通過無線方式或者數(shù)據(jù)線傳輸方式發(fā)送至用戶的智能手機、手表等終端裝置。

請參閱圖3，圖3為該超聲波感測器1的工作原理示意圖。該信號發(fā)送單元11發(fā)射一圓錐狀的超聲波10，該超聲波10以該信號發(fā)送單元11為圓心，并垂直于該信號發(fā)送單元11的發(fā)射面，該超聲波10的中心軸線垂直于該圓錐狀的超聲波10的發(fā)射面110，該超聲波10的錐角α在0～45°范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)。該超聲波10經(jīng)待測物(圖未示，如心臟)反射后形成反射波20，經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有尺寸的超聲波感測器1在l于0～5mm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)情況下，該超聲波10的錐角α需控制在0～45°范圍內(nèi)，該反射波20才能被最大限度接收，從而該信號接收單元12獲得最強的接收信號。在此范圍內(nèi)，l變大，α也要相應調(diào)大。

以上已描述本發(fā)明的代表實施例，但本領域技術人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更與修改。倘若這些變更與修改屬于本發(fā)明權利要求極其等同技術范圍，則本發(fā)明也意圖包含這些變更與修改。