專利名稱：電磁式超聲換能器及其陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超聲治療技術(shù)領(lǐng)域，涉及超聲治療用超聲換能器， 具體涉及一種電磁式超聲換能器及其陣列。
背景技術(shù)：
電磁式超聲換能器是一種新型的超聲波波源，主要由彈性振動 薄片、振動線圈(或?qū)Т耪駝幽?、靜磁線圈(或永磁體)組成。其 工作原理是通電的線圈在磁場中受到羅倫茲力的作用，當(dāng)線圈中流 過的是交變電流時，振動線圈受到的力的大小和方向也會隨之變化， 如果把振動線圈固定在彈性振動薄片上，振動線圈所受到的羅倫茲力 會使彈性振動薄片振動從而發(fā)出聲波，電磁式喇叭即是利用這一原理 制成的。
由于電磁式超聲波換能器具有與媒質(zhì)表面非接觸、無需加入聲 耦合劑、重復(fù)性好、檢測速度高等優(yōu)點(diǎn)，因而在無損檢測工作中得到 廣泛的應(yīng)用。但是超聲檢測工作中所使用的電磁式超聲換能器頻率 低，聚焦的功能很難實(shí)現(xiàn)，無法將該種檢測式的電磁超聲換能器直接 應(yīng)用到超聲治療中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足， 提供一種能夠產(chǎn)生高頻聲波，可用于超聲治療的電磁式超聲換能器及 其陣列。該陣列可以任意分組，組成任何形狀，并可靈活控制多個超 聲換能器陣元。
解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該電磁式超聲換能器 包括置于支撐體上的彈性板、彈性板上的導(dǎo)磁體、以及可使導(dǎo)磁體振 動的磁場體，其中，導(dǎo)磁體的厚度為微米級。
現(xiàn)有技術(shù)中彈性線圈或彈性導(dǎo)磁膜的尺寸一般多為厘米級，這 種類型的超聲換能器頻率多處在音頻范圍。由于彈性線圈或彈性導(dǎo)磁 膜的幾何尺寸越小，所產(chǎn)生的超聲波頻率越高，其產(chǎn)生的超聲波頻率 最高可達(dá)兆赫茲級，本發(fā)明利用微加工技術(shù)可以把導(dǎo)磁體做到微米 級，從而使彈性線圈或彈性導(dǎo)磁膜產(chǎn)生高頻超聲波。
當(dāng)導(dǎo)磁體采用彈性導(dǎo)磁膜時，其厚度優(yōu)選為l.O 300微米。 優(yōu)選所述彈性板的厚度也為微米級。當(dāng)彈性板為矩形時，優(yōu)選
其長度和寬度范圍為10 1000微米，其厚度范圍為5 500微米； 當(dāng)彈性板為圓形時，優(yōu)選其直徑范圍為10 1000微米，其厚度范圍 為5 500微米。從而使得彈性板及其上的彈性導(dǎo)磁膜構(gòu)成一整體， 由于彈性板的尺寸越小，諧振頻率越高，因此當(dāng)彈性板的尺寸也為微 米級，能進(jìn)一步保證超聲換能器的頻率達(dá)到兆赫以上。
優(yōu)選的是，支撐體采用軟磁體，所述磁場體可包括由軟磁體制 成的支撐體、繞在該軟磁體上的線圈以及與線圈連接的交流電源。
更優(yōu)選的是，線圈在支撐體上的纏繞方向?yàn)槭箯椥詫?dǎo)磁膜中產(chǎn) 生的感應(yīng)電流的方向與軟磁體中磁場方向垂直的方向，這時磁場體中 產(chǎn)生的羅倫茲力最大，對導(dǎo)磁體的吸力也最大，彈性板在該力的作用 下產(chǎn)生最大的振動并發(fā)出頻率極高的超聲波。
進(jìn)一步優(yōu)選的是，所述支撐體形狀可為凹形，彈性板的兩端通 過彈性固定材料固定在支撐體端頭的兩個凸部上，使支撐體中間的凹 處形成氣穴。凹形的軟磁體便于產(chǎn)生與線圈纏繞方向平行的磁場，從 而產(chǎn)生最大的羅倫茲力以吸引導(dǎo)磁體；凹形支撐體中間凹處形成的氣 穴由于阻尼小而超聲衰減大，因此是彈性單元(指彈性板與其上的導(dǎo) 磁體)產(chǎn)生振動的有利條件，同時也是彈性單元發(fā)出超聲波的有利條 件。
本發(fā)明中支撐體也可以采用其他形狀，比如C型、E型，但凹形 支撐體加工簡單，制作成本低，因此為優(yōu)選。
為了保證彈性單元所產(chǎn)生的超聲波強(qiáng)度足夠大，優(yōu)選所述與線 圈連接的交流電源的電流頻率與氣穴的諧振頻率相等，該頻率大于 0. lMHz，最好為O. 5MHz以上。由于氣穴的諧振頻率是由氣穴的物理
尺寸決定的。因此優(yōu)選氣穴的長度為10 200微米，寬度為10 200 微米，厚度為10 50微米。
當(dāng)導(dǎo)磁體采用彈性線圈時，其線徑優(yōu)選為0.5 100微米，線 圈厚度為0. 5 200微米。
彈性線圈可采用光刻線圈，通過釆用半導(dǎo)體光刻及化學(xué)腐蝕技 術(shù)將彈性線圈制作成微米級的光刻線圈。
支撐體可采用非導(dǎo)磁材料制成，磁場體采用纏繞有線圈的軟磁 體，線圈與直流電源連接，所述光刻線圈與交流電源連接。
所述軟磁體形狀可為凹形，支撐體固定于軟磁體中間的凹部， 線圈纏繞在軟磁體端頭的兩個凸部上。
磁場體也可以采用永磁體，所述光刻線圈與交流電源連接，所 述永磁體形狀為凹形，支撐體固定于永磁體中間的凹部。
當(dāng)磁場體采用永磁體時，也可以將支撐體置于永磁體上并與之 固定連接，所述光刻線圈與交流電源連接。其中，永磁體也可以采用 纏繞有線圈的軟磁體代替，線圈與直流電源連接。
優(yōu)選的是，線圈在軟磁體上的纏繞方向?yàn)槭构饪叹€圈中電流的 方向與軟磁體中磁場方向垂直的方向，這時磁場體中產(chǎn)生的羅倫茲力 最大，對導(dǎo)磁體的吸力也最大，彈性板在該力的作用下產(chǎn)生最大的振 動并發(fā)出頻率極高的超聲波。
為了保證所彈性單元所產(chǎn)生的超聲波強(qiáng)度足夠大，優(yōu)選所述與 線圈連接的交流電源的電流頻率與氣穴的諧振頻率相等，該頻率大于 0. lMHz，最好為0. 5MHz以上。
進(jìn)一步優(yōu)選的是，所述支撐體形狀可為凹形，彈性板的兩端通 過彈性固定材料固定在支撐體端頭的兩個凸部上，使支撐體中間的凹 處形成氣穴。凹形的軟磁體便于產(chǎn)生與線圈纏繞方向平行的磁場，從
而產(chǎn)生最大的羅倫茲力以吸引導(dǎo)磁體；凹形支撐體中部形成的氣穴由
于阻尼小而超聲衰減大，因此是彈性單元產(chǎn)生振動的有利條件，同時 也是彈性單元發(fā)出超聲波的有利條件。支撐體也可以采用其他形狀，
比如C型、E型，但凹形支撐體加工簡單，制作成本低，因此優(yōu)選支 撐體優(yōu)選凹形。
在一種電磁式超聲換能器中，支撐體采用非導(dǎo)磁材料制成，磁 場體置于支撐體下方，磁場體采用纏繞有線圈的軟磁體，線圈與直流 電源連接，所述光刻線圈與交流電源連接。 一種包含有前述電磁式超 聲換能器的電磁式超聲換能器陣列，各超聲換能器中，彈性板厚度都 是微米級的，各支撐體連為一體，各超聲換能器中的磁場體合為一體 與一直流電源連接，光刻線圈并聯(lián)后與一交流電源連接；或者一種包 含有前述電磁式超聲換能器的電磁式超聲換能器陣列，各超聲換能器 中，彈性板厚度都是微米級的，各支撐體連為一體，各纏繞有線圈的 軟磁體分別固定在各個彈性板的下方，光刻線圈并聯(lián)后與一交流電源 連接。
在一種電磁式超聲換能器中，支撐體采用非導(dǎo)磁材料制成，磁 場體采用永磁體，支撐體置于永磁體上并與之固定連接，所述光刻線 圈與交流電源連接。一種包含有前述電磁式超聲換能器的電磁式超聲 換能器陣列，各超聲換能器中，彈性板厚度都是微米級的，各支撐體 連為一體，光刻線圈并聯(lián)后與一交流電源連接。
由于電磁式換能器有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，比如，電磁式換能器可以產(chǎn) 生強(qiáng)大的功率，而其制作工藝相對簡單。因此，本發(fā)明電磁式超聲換 能器陣列通過尺寸小到微米級的電磁式超聲換能器的大量集合形成一 個完整的超聲換能器，而不是用傳統(tǒng)的大尺寸的部件直接裝配。由于 超聲換能器的頻率基本由各個小換能器單元的頻率決定，因此通過這 種結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)可以大大提高超聲換能器的頻率。


圖1為本發(fā)明電磁式超聲換能器實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)原理圖 圖2為本發(fā)明電磁式超聲換能器實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)原理圖 圖3為圖2的俯視圖
圖4為本發(fā)明電磁式超聲換能器實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)原理圖 圖5為圖4的俯視圖
圖6為本發(fā)明電磁式超聲換能器實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)原理圖 圖7為圖6、 8的俯視圖
圖8為本發(fā)明電磁式超聲換能器實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)原理圖
圖9為本發(fā)明實(shí)施例6電磁式超聲換能器陣列的結(jié)構(gòu)原理圖 圖10為圖9、 11、 12的俯視圖
圖11為本發(fā)明實(shí)施例7電磁式超聲換能器陣列的結(jié)構(gòu)原理圖 圖12為本發(fā)明實(shí)施例8電磁式超聲換能器陣列的結(jié)構(gòu)原理圖 圖13為本發(fā)明實(shí)施例9電磁式超聲換能器陣列的結(jié)構(gòu)原理圖 圖14為圖13的俯視圖
圖中1 —軟磁體 2 —線圈 3 —交流電源 4一直流電源 5 — 彈性固定材料 6—彈性軟板 7 —導(dǎo)磁膜 8 —支撐體 9一永磁體 IO —?dú)庋╨l一梳狀永磁體12 —梳狀永磁體的固定件13 —梳狀軟 磁體14一光刻線圈15 —梳狀軟磁體的固定件
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)描述。 以下實(shí)施例為本發(fā)明的非限定性實(shí)施例。
實(shí)施例1:
如圖1所示，電磁式超聲換能器包括彈性軟板6、彈性軟板6 上的導(dǎo)磁體、以及可使導(dǎo)磁體振動的磁場體。其中，導(dǎo)磁體為微米級，
導(dǎo)磁體鍍在彈性軟板6上，導(dǎo)磁體采用導(dǎo)磁膜7，如采用鎳，其厚度 為0.1 100微米。本實(shí)施例中，磁場體包括支撐彈性軟板6的采用 軟磁體制成的支撐體8、纏繞在該軟磁體上的線圈2以及與線圈2相 連接的交流電源3。
本實(shí)施例中，彈性軟板6也采用微米級的，其形狀為矩形，長度 為10 300微米，寬度為10 300微米，厚度為5 500微米。由于 彈性軟板6具有高彈性、好的加工性和好的機(jī)械強(qiáng)度，因此可采用金 屬材料如彈簧鋼，玻璃，陶瓷等材料制成。
為了讓彈性軟板6在發(fā)生振動時有振動的空間，支撐體8和彈 性軟板6通過彈性固定材料5連接，彈性固定材料5可用硅膠類的軟 材料做成。軟磁體1為凹形，彈性軟板6的兩端通過彈性固定材料5 固定在支撐體8端頭的兩個凸部上，使支撐體8中間的凹處形成氣穴
10。本實(shí)施例中，氣穴10的長度為10 200微米，寬度為10 200 微米，厚度為10 50微米。
由于治療不同的疾病需要不同的超聲參數(shù)(如頻率)，選擇不 同的彈性軟板可以得到不同的超聲頻率。因此，彈性軟板6可以做成 任意形狀，以適應(yīng)不同的病癥需求。在治療皮膚類疾病時，可以為平 面狀，治療一些實(shí)體腫瘤時，可以做成球面、單弧面形等。
為了使得所產(chǎn)生的超聲波強(qiáng)度足夠的大，優(yōu)選所述交流電源3 提供電流的頻率和氣穴10的諧振頻率相同，該頻率至少要在0. lMHz 以上，最好為O. 5MHZ以上，本實(shí)施例中采用5MHz。
為了產(chǎn)生最大的羅倫茲力，線圈2在支撐體上的纏繞方向?yàn)槭?彈性導(dǎo)磁膜7中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向與軟磁體中磁場方向垂直的 方向。
使用該電磁式超聲換能器時，由交流電源3提供交流電給線圈 2，由于線圈2纏繞在軟磁體制成的支撐體8上，當(dāng)電流通過時，軟 磁體磁化，在交流電的作用下，軟磁體的磁場強(qiáng)度隨交流電而變化， 其對導(dǎo)磁膜7的吸力也隨之變化，由于軟磁體固定，而彈性軟板6 可動，所以該吸力使得彈性軟板6不斷的發(fā)生振動并產(chǎn)生超聲波。
實(shí)施例2:
如圖2、 3所示，電磁式超聲換能器包括置于支撐體8上的彈性 軟板6、彈性軟板6上的導(dǎo)磁體、以及可使導(dǎo)磁體振動的磁場體。
其中，導(dǎo)磁體為微米級。如圖3所示，導(dǎo)磁體為彈性軟板6上 通過微加工技術(shù)(比如光刻的方式)刻有的線圈，即光刻線圈14， 其與交流電源3連接，本實(shí)施例中，光刻線圈7的厚度是為0. 5 200 微米。
磁場體包括凹形軟磁體1、纏繞在凹形軟磁體1兩個凸部上的線 圈2、與線圈2分別連接的直流電源4。其中，支撐體8固定在凹形 軟磁體l中部凹處，采用非導(dǎo)磁性材料制成。
彈性軟板6為矩形，本實(shí)施例中，彈性軟板6也為微米級的，其 長度為10 300微米，寬度為10 300微米，厚度為5 500微米。
支撐體8也采用凹形，其兩個凸部通過彈性固定材料5與彈性軟 板6連接。
支撐體8和彈性軟板6連接后，形成氣穴10。本實(shí)施例中，氣 穴的長度為10 200微米，寬度為10 200微米，厚度為10 50微 米。
本實(shí)施例中，線圈2纏繞在凹形軟磁體1的兩個凸部上，采用 這種纏繞方式的軟磁體1產(chǎn)生的磁場方向與光刻線圈14中所產(chǎn)生的 磁場方向相垂直方向的磁力，該磁力方向可使得彈性軟板6發(fā)生振動 的強(qiáng)度最大，從而使產(chǎn)生的超聲波強(qiáng)度也最大，因此本實(shí)施例中線圈 2纏繞在凹形軟磁體1的兩個凸部上為一種優(yōu)選實(shí)施例。
本實(shí)施例的其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例l相同。
使用該電磁式超聲換能器時，直流電源4提供直流電給線圈2， 由于線圈2纏繞在用軟磁體1上，軟磁體1磁化。同時，交流電源提 供交流電流給光刻線圈14，由于光刻線圈14在彈性軟板6表面上， 所以彈性軟板6發(fā)生磁化，這樣在交流電的作用下，光刻線圈14在 線圈2的磁場中產(chǎn)生磁場力(使該力的頻率與所加的交變電流添加給 光刻線圈14的頻率一致，力的大小與電流的大小成正比)。由于軟 磁體1固定，而彈性軟板6可動，所以彈性軟板6在交流電的作用下 發(fā)生振動并產(chǎn)生超聲波。
實(shí)施例3:
如圖4、 5所示，本實(shí)施例的電磁式超聲換能器與實(shí)施例2的不 同之處在于磁場體不同，即用凹形永磁體9代替實(shí)施例2的凹形軟磁 體l、纏繞在凹形軟磁體1凸部上的線圈2、與線圈2分別連接的直 流電源4。
本實(shí)施例的其它結(jié)構(gòu)及使用方法與實(shí)施例2相同。 實(shí)施例4:
如圖6、 7所示，本實(shí)施例的電磁式超聲換能器包括彈性軟板6、 支撐彈性軟板的凹形支撐體8、在支撐體8下部與其固定連接的永磁
體9。支撐體8和彈性軟板6通過彈性固定材料5連接，彈性軟板6 上有光刻線圈14，其與交流電源3連接。支撐體8為凹形，與彈性 軟板6連接后形成氣穴10。
使用該電磁式超聲換能器時，交流電源提供交流電流給光刻線圈 14，由于光刻線圈14固定到彈性軟板6表面上，所以該彈性軟板6 發(fā)生磁化，在交流電的作用下，光刻線圈14在永磁體9的磁場中產(chǎn) 生磁場力(使該力的頻率與所加的交變電流添加給光刻線圈14的頻 率一致，力的大小與電流的大小成正比)。由于永磁體9固定，而彈 性軟板6可動，所以彈性軟板6在交流電的作用下發(fā)生振動并產(chǎn)生超 聲波。
本實(shí)施例中，為了讓彈性軟板6振動產(chǎn)生的超聲波強(qiáng)度最大，優(yōu) 選永磁體9的磁極固定方式為如圖7所示，即永磁體9的安裝方向?yàn)?其產(chǎn)生的磁場與彈性軟板6上的光刻線圈14的電流方向垂直。
本實(shí)施例的其它結(jié)構(gòu)及使用方法與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例5:
如圖7、 8所示，本實(shí)施例和實(shí)施例4的不同之處在于磁場體不 同，本實(shí)施例中，采用軟磁體l、纏繞在軟磁體1上的線圈2及與線 圈2連接的直流電源4代替了永磁體9。
使用該電磁式超聲換能器時，直流電源4提供直流電給線圈2， 由于線圈2纏繞在軟磁體1上，使得軟磁體1發(fā)生磁化，在交流電源 提供電流給光刻線圈14的作用下，光刻線圈14在線圈2的磁場中產(chǎn) 生磁場力(使該力的頻率與所加的交變電流添加給光刻線圈14的頻 率一致，力的大小與電流的大小成正比)。由于軟磁體l固定，而彈 性軟板6可動，所以彈性軟板6在交流電的作用下發(fā)生振動并產(chǎn)生超 聲波。
在本實(shí)施例中，為了讓彈性軟板6振動產(chǎn)生的超聲波強(qiáng)度最大， 優(yōu)選線圈2纏繞軟磁體1的方式如圖8所示，即螺線繞制的線圈2 產(chǎn)生的磁場與彈性軟板6上的光刻線圈14中流過的電流方向垂直。
本實(shí)施例的其它結(jié)構(gòu)及使用方法與實(shí)施例4相同。
實(shí)施例1到實(shí)施例5主要是對單個電磁超聲換能器單元的描述， 以下實(shí)施例6到實(shí)施例9是由多個單個的電磁式超聲換能器單元集合 成的超聲換能器陣列，這些超聲換能器陣列可做成用于治療各種疾病 的超聲治療頭，如可以做成適合于肝腫瘤治療的自聚焦超聲治療頭。
實(shí)施例6:
如圖9、 IO所示，本實(shí)施例為電磁式超聲換能器陣列，包括有軟
磁體l、固定在其上的具有多個凹形開口的支撐體8、多個彈性軟板 6。每個彈性軟板6上有光刻線圈14，多個光刻線圈14并聯(lián)后與一 交流電源連接。
其中，彈性軟板6及其上的光刻線圈H都為微米級的。本實(shí)施 例中，彈性軟板6為矩形，其長度為10 300微米，寬度為10 300 微米，厚度為5 500微米。光刻線圈14的線徑為0. 5 100微米， 厚度為0. 5 200微米。
各彈性軟板6利用彈性固定材料5分別固定到支撐體8的多個 凹形開口上并形成氣穴10。本實(shí)施例中，氣穴的長度為10 200微 米，寬度為10 200微米，厚度為10 50微米。
在軟磁體1上纏繞有線圈2，線圈2和一直流電源4相連。
其中，彈性軟板6在支撐體8上的排列可為任意形式，也可為有 規(guī)則的排列方式。
使用本實(shí)施例電磁式超聲換能器陣列時，直流電源4提供直流電 給線圈2，由于線圈2纏繞在軟磁體1上，使得軟磁體l發(fā)生磁化， 在交流電源提供電流給光刻線圈14的作用下，光刻線圈14在線圈2 的磁場中產(chǎn)生磁場力(使該力的頻率與所加的交變電流添加給光刻線 圈14的頻率一致，力的大小與電流的大小成正比)。由于軟磁體1 固定，而彈性軟板6可動，所以彈性軟板6在交流電的作用下發(fā)生振 動并產(chǎn)生超聲波。
本實(shí)施例中，為了讓彈性軟板6振動產(chǎn)生的超聲波強(qiáng)度最大，優(yōu) 選線圈2纏繞軟磁體1的方式如圖9所示，即螺線繞制的線圈2產(chǎn)生 .的磁場與彈性軟板6上的光刻線圈14中流過的電流方向垂直。 實(shí)施例7:
如圖IO、 ll所示，本實(shí)施例為電磁式超聲換能器陣列，包括有 梳狀永磁體11、梳狀永磁體的固定件12、固定在梳狀永磁體11上的
具有多個凹形開口的支撐體8、彈性軟板6。每個彈性軟板6上有光 刻線圈14，多個光刻線圈14并聯(lián)后與一交流電源3連接。
其中，彈性軟板6及其上的光刻線圈14都為微米級的。本實(shí)施 例中，彈性軟板6為矩形，其長度為10 300微米，寬度為10 300 微米，厚度為5 500微米。光刻線圈14的線徑為0. 5 100微米， 厚度為0. 5 200微米。
各彈性軟板6利用彈性固定材料5分別固定到支撐體8的多個 凹形開口上并形成氣穴10。本實(shí)施例中，氣穴的長度為10 200微 米，寬度為10 200微米，厚度為10 50微米。
使用該電磁式超聲換能器時，交流電源提供交流電流給光刻線圈 14，由于光刻線圈14固定到彈性軟板6表面上，所以該彈性軟板6 發(fā)生磁化，在交流電的作用下，光刻線圈14在梳狀永磁體11的磁場 中產(chǎn)生磁場力(使該力的頻率與所加的交變電流添加給光刻線圈14 的頻率一致，力的大小與電流的大小成正比)。由于梳狀永磁體11 固定，而彈性軟板6可動，所以彈性軟板6在交流電的作用下發(fā)生振 動并產(chǎn)生超聲波。
在本實(shí)施例中，為了讓彈性軟板6振動產(chǎn)生的超聲波強(qiáng)度最大， 優(yōu)選梳狀永磁體11的每個單元的磁極固定方式為如圖11所示，即永 磁體11的安裝方向?yàn)槠洚a(chǎn)生的磁場與彈性軟板6上的光刻線圈14 的電流方向垂直。
實(shí)施例8:
如圖IO、 12所示，本實(shí)施例為電磁式超聲換能器陣列，包括有 梳狀軟磁體13以及梳狀軟磁體的固定件15、固定在梳狀軟磁體13 上的具有多個凹形開口的支撐體8、彈性軟板6。每個彈性軟板6上.有光刻線圈14，多個光刻線圈14并聯(lián)后與一交流電源3連接。梳狀
軟磁體的固定件15中有可容置多個梳狀軟磁體單元的孔隙，每個梳 狀軟磁體單元上分別纏繞有線圈2，每個線圈2與一直流電源4連接。
其中，彈性軟板6及其上的光刻線圈14都為微米級的。本實(shí)施 例中，彈性軟板6為矩形，其長度為10 300微米，寬度為10 300 微米，厚度為5 500微米。光刻線圈14的線徑為0. 5~100微米， 厚度為0. 5 200微米。
多個彈性軟板6利用彈性固定材料5分別固定到支撐體8的多個 凹形開口上并形成氣穴10。本實(shí)施例中，氣穴的長度為10 200微 米，寬度為10 200微米，厚度為10 50微米。
使用該電磁式超聲換能器時，直流電源4提供直流電給線圈2， 由于線圈2分別纏繞在梳狀軟磁體的各個單元上，使得通電的軟磁體 單元發(fā)生磁化，交流電源提供電流給光刻線圈14,由于光刻線圈14 固定到彈性軟板6表面上，彈性軟板6發(fā)生磁化，在交流電的作用下， 光刻線圈14在線圈2的磁場中產(chǎn)生磁場力(使該力的頻率與所加的 交變電流添加給光刻線圈14的頻率一致，力的大小與電流的大小成 正比)。由于軟磁體1固定，而彈性軟板6可動，所以多個彈性軟板 6在交流電的作用下發(fā)生振動并產(chǎn)生超聲波。
需要說明的是，本實(shí)施例中的超聲換能器陣列在使用時可以根據(jù) 需要選擇一定數(shù)目的梳狀軟磁體單元進(jìn)行通電，而不一定要給全部的 梳狀軟磁體單元同時通電。
在本實(shí)施例中，為了讓彈性軟板6振動產(chǎn)生的超聲波強(qiáng)度最大， 優(yōu)選線圈2纏繞梳狀軟磁體13每個單元的方式如圖12所示，即采用 螺線繞制的線圈2所產(chǎn)生的磁場方向與彈性軟板6上的線圈電流方向
實(shí)施例9:
如圖13、 14所示，本實(shí)施例與實(shí)施例7的不同之處在于用梳狀 軟磁體13、纏繞在每個梳狀軟磁體單元上的線圈2、以及與線圈2 相連的交流電源3代替實(shí)施例7中的梳狀永磁體11，用鍍在彈性軟
板6上的導(dǎo)磁膜7代替實(shí)施例7中的光刻線圈14以及與其連接的交
流電源。
本實(shí)施例中彈性軟板上的導(dǎo)磁體采用導(dǎo)磁膜7，其厚度范圍為 1 300微米。導(dǎo)磁膜7在磁場中被反復(fù)磁化，同時產(chǎn)生力，進(jìn)而產(chǎn) 生振動。
在本實(shí)施例中，為了讓彈性軟板6振動產(chǎn)生的超聲波強(qiáng)度最大， 優(yōu)選線圈2纏繞梳狀軟磁體13每個單元的方式如圖13所示，即螺線 繞制的線圈2在導(dǎo)磁膜7所處位置產(chǎn)生最大的磁場強(qiáng)度，導(dǎo)磁膜7 獲得最大的振動。
本實(shí)施例其它的結(jié)構(gòu)及使用方法與實(shí)施例7相同。
權(quán)利要求
1. 一種電磁式超聲換能器，包括支撐體(8)、置于支撐體上的彈性板、彈性板上的導(dǎo)磁體、以及可使導(dǎo)磁體振動的磁場體，其特征在于導(dǎo)磁體的厚度為微米級。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電磁式超聲換能器，其特征在于導(dǎo)磁 體為彈性導(dǎo)磁膜，其厚度范圍為1 300微米。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電磁式超聲換能器，其特征在于支撐 體(8)采用軟磁體制成，磁場體包括軟磁體制成的支撐體(8)、繞 在該軟磁體上的線圈(2)以及與線圈連接的交流電源(3)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電磁式超聲換能器，其特征在于線圈 (2)在支撐體(8)上的纏繞方向?yàn)槭箯椥詫?dǎo)磁膜中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向與軟磁體中磁場方向垂直的方向。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電磁式超聲換能器，其特征在于所述 支撐體(8)形狀為凹形，彈性板的兩端通過彈性固定材料(5)固定 在支撐體端頭的兩個凸部上，使支撐體中間的凹處形成氣穴(10)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電磁式超聲換能器，其特征在于與線 圈(2)連接的交流電源的電流頻率與氣穴(10)的諧振頻率相等， 該頻率大于0. lMHz。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電磁式超聲換能器，其特征在于所述 氣穴(10)的長度為10 200微米，寬度為10 200微米，厚度為 10 50微米。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電磁式超聲換能器，其特征在于導(dǎo)磁 體為彈性線圈，其線徑為0. 5 100微米，線圈厚度為O. 5 200微 米。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電磁式超聲換能器，其特征在于所述 彈性線圈為釆用半導(dǎo)體光刻及化學(xué)腐蝕技術(shù)制作而成的光刻線圈(14)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電磁式超聲換能器，其特征在于支 撐體(8)采用非導(dǎo)磁材料制成，磁場體采用纏繞有線圈(2)的軟磁 體，所述線圈(2)與直流電源(4)連接，軟磁體形狀為凹形，支撐 體(8)固定于軟磁體中間的凹部，線圈(2)纏繞在軟磁體端頭的兩 個凸部上，所述光刻線圈(14)與交流電源連接。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電磁式超聲換能器，其特征在于支 撐體(8)采用非導(dǎo)磁材料制成，磁場體采用永磁體，永磁體形狀為 凹形，支撐體(8)固定于永磁體中間的凹部，所述光刻線圈(14) 與交流電源連接。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電磁式超聲換能器，其特征在于支 撐體(8)采用非導(dǎo)磁材料制成，磁場體采用永磁體，支撐體(8)置 于永磁體上并與之固定連接，所述光刻線圈(14)與交流電源連接。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電磁式超聲換能器，其特征在于支 撐體(8)采用非導(dǎo)磁材料制成，磁場體置于支撐體(8)下方，磁場 體采用纏繞有線圈(2)的軟磁體，線圈(2)與直流電源(4)連接， 所述光刻線圈(14)與交流電源連接。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的電磁式超聲換能器，其特征在于線 圈(2)在軟磁體上的纏繞方向?yàn)槭构饪叹€圈(14)中電流的方向與 軟磁體中磁場方向垂直的方向。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10—14之一所述的電磁式超聲換能器，其特征在于使光刻線圈(14)在磁場體中產(chǎn)生的磁場力的頻率與光刻線圈中交變電流的頻率相等，該磁場力的大小與該交變電流的大小成正 比。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10—14之一所述的電磁式超聲換能器，其特 征在于所述支撐體(8)形狀為凹形，彈性板的兩端通過彈性固定材 料固定在支撐體(8)端頭的兩個凸部上，使支撐體中間的凹處形成 氣穴(10)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電磁式超聲換能器，其特征在于與 線圈(2)連接的交流電源的電流頻率與氣穴(10)的諧振頻率相等， 該頻率大于0. lMHz。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電磁式超聲換能器，其特征在于所 述氣穴(10)的長度為10 200微米，寬度為10 200微米，厚度為 10 50微米。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1一14之一所述的電磁式超聲換能器，其特 征在于所述彈性板的厚度為微米級。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的電磁式超聲換能器，其特征在于當(dāng) 彈性板為矩形時，其長度和寬度范圍為10 1000微米，其厚度范圍 為5 500微米；當(dāng)彈性板為圓形時，其直徑范圍為10 1000微米， 其厚度范圍為5 500微米。
21. —種電磁式超聲換能器陣列，其特征在于包含有多個如權(quán)利 要求13所述的電磁式超聲換能器，各超聲換能器中的支撐體連為一 體，各超聲換能器中的磁場體合為一體與一直流電源(4)連接，各超聲換能器中的光刻線圈(14)并聯(lián)后與一交流電源連接。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的電磁式超聲換能器陣列，其特征在 于線圈(2)在軟磁體上的纏繞方向?yàn)槭构饪叹€圈(14)中電流的方 向與軟磁體中磁場方向垂直的方向。
23. —種電磁式超聲換能器陣列，其特征在于包含有多個如權(quán) 利要求12所述的電磁式超聲換能器，各超聲換能器中，彈性板厚度 都是微米級的，各支撐體連為一體，光刻線圈(14)并聯(lián)后再與一交 流電源連接。
24. —種電磁式超聲換能器陣列，其特征在于包含有多個如權(quán) 利要求13所述的電磁式超聲換能器，各超聲換能器中，彈性板厚度 都是微米級的，各支撐體連為一體，各纏繞有線圈(2)的軟磁體分 別固定在各個彈性板的下方，各光刻線圈(14)并聯(lián)后與一交流電源 連接。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的電磁式超聲換能器陣列，其特征在 于線圈(2)在軟磁體上的纏繞方向?yàn)槭构饪叹€圈(14)中電流的方 向與軟磁體中磁場方向垂直的方向。
26. 根據(jù)權(quán)利要求21-25之一所述的電磁式超聲換能器陣列， 其特征在于使光刻線圈在磁場體中產(chǎn)生的磁場力的頻率與光刻線圈 中交變電流的頻率相等，該磁場力的大小與該交變電流的大小成正 比。
27. 根據(jù)權(quán)利要求21-25之一所述的電磁式超聲換能器陣列， 其特征在于所述支撐體(8)上有多個凹形開口，各超聲換能器中彈 性板的兩端通過彈性固定材料(5)分別固定在支撐體上多個凹形開 口的兩端，凹形開口內(nèi)形成氣穴(10)。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的電磁式超聲換能器陣列，其特征在于與線圈(2)連接的交流電源的電流頻率與氣穴(10)的諧振頻率 相等，該頻率大于0. lMHz。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的電磁式超聲換能器陣列，其特征在 于所述氣穴(10)的長度為10 200微米，寬度為10 200微米，厚 度為10 50微米。
30. 根據(jù)權(quán)利要求21-25之一所述的電磁式超聲換能器陣列， 其特征在于所述光刻線圈的線徑為0. 5 100微米，線圈厚度為0. 5~ 200微米。
31. 根據(jù)權(quán)利要求21-25之一所述的電磁式超聲換能器陣列， 其特征在于當(dāng)彈性板為矩形時，其長度和寬度范圍為10 1000微 米，其厚度范圍為5 500微米；當(dāng)彈性板為圓形時，其直徑范圍為 10 1000微米，其厚度范圍為5 500微米。
32. —種電磁式超聲換能器陣列，其特征在于包含有多個如權(quán) 利要求l所述的電磁式超聲換能器，各超聲換能器中，彈性板厚度都 是微米級的，各支撐體(8)連為一體，所述各超聲換能器的磁場體 采用纏繞有線圈(2)的軟磁體，線圈分別與交流電源(3)連接，軟 磁體分別固定在各彈性板的下方，所述導(dǎo)磁體采用彈性導(dǎo)磁膜。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的電磁式超聲換能器陣列，其特征在 于彈性導(dǎo)磁膜的厚度為1 300微米。
34. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的電磁式超聲換能器陣列，其特征在 于所述支撐體(8)上有多個凹形開口，各超聲換能器中彈性板的兩 端通過彈性固定材料(5)分別固定在支撐體上多個凹形開口的兩端，凹形開口內(nèi)形成氣穴(10)。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的電磁式超聲換能器陣列，其特征在于與線圈(2)連接的交流電源(3)的電流頻率與氣穴(10)的諧振頻率相等，該頻率大于O. lMHz。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的電磁式超聲換能器陣列，其特征在于所述氣穴(10)的長度為10 200微米，寬度為10 200微米，厚 度為10 50微米。
37. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的電磁式超聲換能器陣列，其特征在于線圈(2)在支撐體(8)上的纏繞方向?yàn)槭箯椥詫?dǎo)磁膜中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向與軟磁體中磁場方向垂直的方向。
38. 根據(jù)權(quán)利要求32-37之一所述的電磁式超聲換能器陣列， 其特征在于當(dāng)彈性板為矩形時，其長度和寬度范圍為10 1000微米，其厚度范圍為5 500微米；當(dāng)彈性板為圓形時，其直徑范圍為 10 1000微米，其厚度范圍為5 500微米。
全文摘要
一種電磁式超聲換能器及其陣列。該電磁式超聲換能器包括置于支撐體上的彈性板、彈性板上的導(dǎo)磁體、以及可使導(dǎo)磁體振動的磁場體，其中，導(dǎo)磁體的厚度為微米級。彈性板的厚度也可為微米級的。本發(fā)明電磁式超聲換能器能夠產(chǎn)生高頻聲波，可用于進(jìn)行超聲治療。其陣列由多個上述超聲換能器組成，可以任意分組，并可靈活控制多個超聲換能器陣元。
文檔編號B06B1/02GK101204700SQ200610167720
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月19日
發(fā)明者李 敬, 毛愛華, 海 汪, 燕思源 申請人:重慶融海超聲醫(yī)學(xué)工程研究中心有限公司