CN113180722A - 一种电子听诊器声学探头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医疗器械技术，具体涉及一种电子听诊器声学探头，包括超声换能器和信号接收电路；超声换能器采用差分结构，包括内电极、外电极和底电极；信号接收电路包括信号输入端、地端、偏置电压端、信号放大模块和信号输出端；偏置电压位于信号放大模块正、负电源电压值之间；其连接方式包括：内电极连接信号输入端，外电极连接偏置电压端，底电极悬空或内电极连接偏置电压端，外电极连接信号输入端，底电极悬空或内电极连接信号输入端，外电极悬空，底电极连接偏置电压端或内电极悬空，外电极连接信号输入端，底电极连接偏置电压端。该探头利用差分结构实现超声换能器与信号接收电路不同的连接方式，从而提高听诊器探头的灵敏度和分辨率。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，尤其涉及一种电子听诊器声学探头。
背景技术
一直以来，听诊器是内外妇儿医师最常用的诊断工具，是医师的标志。传统声学听诊器的诊断主要还是依赖医生丰富的临床经验，无法做到大数据的定量分析，容易受到主观因素的影响，限制了心音听诊的可靠性提升。另外人耳存在着先天的限制，不能分辨出对听诊具有重要作用的低频率及声强度微弱的心音信号，因此电子听诊器应运而生。电子听诊器通过在硬件电路中运用运算放大器、滤波器，放大心音信号，降低传统听诊器的干扰噪声，让心肺音信号听起来变得的更加清晰明辨，使得听诊诊断更准确、方便和有效。但目前市场上电子听诊器造价昂贵，频响应差，灵敏低，容易受干扰。
发明内容
针对背景技术存在的问题，本发明提供一种电子听诊器声学探头。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种电子听诊器声学探头，包括超声换能器和信号接收电路；超声换能器采用差分结构，包括内电极、外电极和底电极；信号接收电路包括信号输入端、地端、偏置电压端、信号放大模块和信号输出端；偏置电压位于信号放大模块正、负电源电压值之间；超声换能器与信号接收电路的连接方式包括：内电极连接信号输入端，外电极连接偏置电压端，底电极悬空或内电极连接偏置电压端，外电极连接信号输入端，底电极悬空或内电极连接信号输入端，外电极悬空，底电极连接偏置电压端或内电极悬空，外电极连接信号输入端，底电极连接偏置电压端。
在上述电子听诊器声学探头中，超声换能器包括若干超声换能器阵列，超声换能器阵列由若干个压电换能器单元排布组成，压电换能器单元为圆形、矩形或者正六边形，压电换能器单元的排布方式为矩形点阵，或者是蜂窝状排布。
在上述电子听诊器声学探头中，压电换能器单元由衬底硅片和换能器结构层两部分组成，换能器结构层从下自上依次由氧化硅层、硅结构层、电介质层、底电极层、压电材料层、顶电极层和顶电解质层堆叠组成。
在上述电子听诊器声学探头中，硅结构层采用单晶硅、多晶硅或非晶硅；压电材料层为氮化铝AlN，氧化锌ZnO或锆钛酸铅PZT；底电极层和顶电极层材料为金Au、铝Al、钼Mo、铂Pt或铬Cr；顶电解质层为氧化硅或者氮化硅。
在上述电子听诊器声学探头中，内电极和外电极为一对极性相反的电极对；内电极和外电极位于顶电极层或底电极层。
在上述电子听诊器声学探头中，所有压电换能器单元的同种极性电极相互连接。
在上述电子听诊器声学探头中，所有超声换能器阵列相互串联。
与现有技术相比，本发明超声换能器具有一对极性相反的内电极和外电极，超声换能器的差分结构既能够降低换能器整体噪声，同时能够增大输出信号。利用超声换能器与信号接收电路的不同连接方式，能够提高电子听诊器的灵敏度和分辨率。
附图说明
图1为本发明一个实施例超声换能器电极布置示意图；
图2为本发明一个实施例内电极连接信号输入端，外电极连接偏置电压端，底电极悬空的连接方式示意图；
图3为本发明一个实施例内电极连接偏置电压端，外电极连接信号输入端，底电极悬空的连接方式示意图；
图4为本发明一个实施例内电极连接信号输入端，外电极悬空，底电极连接偏置电压端的连接方式示意图；
图5为本发明一个实施例内电极悬空，外电极连接信号输入端，底电极连接偏置电压端的连接方式示意图；
图6为超声换能器内电极和外电极位于顶电极层的截面结构示意图；
图7为超声换能器内电极和外电极位于底电极层的截面结构示意图；
其中，601-第一带空腔结构衬底硅片、701-第二带空腔结构衬底硅片、602第一氧化硅层、702-第二氧化硅层，603-第一硅结构层、703-第二硅结构层、604-第一电介质层、704-第二电介质层、605-第一底电极层、705-第二底电极层、606-第一压电材料层、706-第二压电材料层、607-第一顶电解质层、707-第二顶电解质层、608-外电极的顶电极层、609-内电极的顶电极层、708-外电极的底电极层、709-内电极的底电极层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本实施例提出了一种电子听诊器声学探头，声学探头包括超声换能器和信号接收电路，该超声换能器具有差分结构，利用差分结构实现超声换能器与信号接收电路的不同连接方式，能够提高电子听诊器的灵敏度和分辨率。
本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种电子听诊器声学探头，由超声换能器、信号接收电路组成，超声换能器具有差分结构，包括内电极、外电极和底电极，信号接收电路包括信号输入端、地端、偏置电压端、信号放大模块和信号输出端，如图1、图2所示。
超声换能器与信号接收电路的连接方式包括：如图2所示，a)内电极连接信号输入端，外电极连接偏置电压端，底电极悬空；如图3所示，b)内电极连接偏置电压端，外电极连接信号输入端，底电极悬空；如图4所示，c)内电极悬空，外电极连接信号输入端，底电极连接偏置电压端；如图5所示，c)内电极连接信号输入端，外电极悬空，底电极连接偏置电压端。
并且，超声换能器由若干个超声换能器阵列组成，超声换能器阵列由若干个压电换能器单元按照特定排布方式组成。
并且，压电换能器单元可以是圆形、矩形或者正六边形。压电换能器单元的排布方式可以是矩形点阵，或者是蜂窝状排布。
并且，压电换能器单元由衬底硅片和换能器结构层两部分组成。
并且，换能器结构层从下到上依次由氧化硅层、硅结构层、电介质层、底电极层、压电材料层、顶电极层和顶电解质层堆叠组成。如图6、图7所示。
并且，硅结构层可以是单晶硅、多晶硅，也可以是非晶硅；压电材料层可以是氮化铝(AlN)，氧化锌(ZnO)，也可以是锆钛酸铅(PZT)；底电极和顶电极层材料可以为金(Au)、铝(Al)、钼(Mo)、铂(Pt)、铬(Cr)；顶电解质层可以是氧化硅或者氮化硅。
并且，内电极和外电极为一对极性相反的电极对。
并且，内电极和外电极可以位于顶电极层，也可以位于底电极层。
如图6所示，超声换能器内电极和外电极位于顶电极层的截面结构：依次为第一带空腔结构衬底硅片601、第一氧化硅层602、第一硅结构层603、第一电介质层604、第一底电极层605、第一压电材料层606、第一顶电解质层607、外电极的顶电极层608、内电极的顶电极层609。
如图7所示，超声换能器内电极和外电极位于底电极层的截面结构：依次为第二带空腔结构衬底硅片701、第二氧化硅层702、第二硅结构层703、第二电介质层704、第二底电极层705、第二压电材料层706、第二顶电解质层707、外电极的底电极层708、内电极的底电极层709。
并且，组成超声换能器阵列的所有压电换能器单元的同种极性电极相互连接，即所有压电换能器单元在电学上相互并联。
并且，超声换能器可由若干超声换能器阵列组成；组成该换能器的换能器阵列在电学上相互串联。
并且，信号接收电路的偏置电压端和地端其中任意一个端口与超声换能器的内电极、外电极和底电极其中任意一个电极连接时，另一端口为悬空状态。
本实施例的工作原理：超声换能器压电薄膜由于外界声学信号声压的作用而发生形变，由于正压电效应而产生相应的电荷，从而将声能转化为电能，超声换能器输出电学信号，电学信号经过信号接收电路进行放大、滤波处理。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种电子听诊器声学探头，其特征是，包括超声换能器和信号接收电路；超声换能器采用差分结构，包括内电极、外电极和底电极；信号接收电路包括信号输入端、地端、偏置电压端、信号放大模块和信号输出端；偏置电压位于信号放大模块正、负电源电压值之间；超声换能器与信号接收电路的连接方式包括：内电极连接信号输入端，外电极连接偏置电压端，底电极悬空或内电极连接偏置电压端，外电极连接信号输入端，底电极悬空或内电极连接信号输入端，外电极悬空，底电极连接偏置电压端或内电极悬空，外电极连接信号输入端，底电极连接偏置电压端。
2.根据权利要求1所述电子听诊器声学探头，其特征是，超声换能器包括若干超声换能器阵列，超声换能器阵列由若干个压电换能器单元排布组成，压电换能器单元为圆形、矩形或者正六边形，压电换能器单元的排布方式为矩形点阵，或者是蜂窝状排布。
3.根据权利要求2所述电子听诊器声学探头，其特征是，压电换能器单元由衬底硅片和换能器结构层两部分组成，换能器结构层从下自上依次由氧化硅层、硅结构层、电介质层、底电极层、压电材料层、顶电极层和顶电解质层堆叠组成。
4.根据权利要求3所述电子听诊器声学探头，其特征是，硅结构层采用单晶硅、多晶硅或非晶硅；压电材料层为氮化铝AlN，氧化锌ZnO或锆钛酸铅PZT；底电极层和顶电极层材料为金Au、铝Al、钼Mo、铂Pt或铬Cr；顶电解质层为氧化硅或者氮化硅。
5.根据权利要求3所述电子听诊器声学探头，其特征是，内电极和外电极为一对极性相反的电极对；内电极和外电极位于顶电极层或底电极层。
6.根据权利要求2所述电子听诊器声学探头，其特征是，所有压电换能器单元的同种极性电极相互连接。
7.根据权利要求2所述电子听诊器声学探头，其特征是，所有超声换能器阵列相互串联。
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