CN106569216A - 超声波传感器以及具有超声波传感器的超声波贴布 - Google Patents

Abstract

一种超声波传感器，包括用于发射超声波的信号发送层、用于接收一被测物反射的超声波，并形成对应该被测物的感测信号的信号接收层以及柔性电路板。该柔性电路板有相对的第一表面及第二表面。所述信号接收层设置于所述第一表面。所述信号发送层设置于所述第二表面。所述柔性电路板还包括均位于所述第一表面的多个感测元件及至少一连接器，所述多个感测元件用于将所述信号接收层形成的感测信号经由所述至少一连接器传输至一读取装置，以进一步转化为对应所述被测物图像信息或数据信息。

Description

超声波传感器以及具有超声波传感器的超声波贴布

技术领域

本发明涉及一种超声波传感器及使用该超声波传感器的超声波贴布。

背景技术

超声波传感器具有安全、精准等优点已被广泛应用于医学诊断设备。该类医学诊断设备中的超声波传感器通常包括薄膜晶体管(TFT)基板及分别设TFT基板两侧的信号发送层与信号接收层，信号接收层接收自信号发送层发出并经由被测物（例如手指）反射回的超声波以形成对应被测物的感测信号，并进一步通过TFT基板上的TFT阵列将该感测信号传输至外部电路从而形成对应被测物的图像信息。

然而，该类超声波传感器需要TFT阵列传输信号，TFT阵列的结构复杂及成型工艺难度较高，造成整个超声波贴布的结构及成型工艺均较复杂。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种结构及成型工艺简化的超声波传感器及使用该超声波传感器的超声波贴布。

一种超声波传感器，包括用于发射超声波的信号发送层、用于接收一被测物反射的超声波，并形成对应该被测物的感测信号的信号接收层以及柔性电路板。该柔性电路板有相对的第一表面及第二表面。所述信号接收层设置于所述第一表面。所述信号发送层设置于所述第二表面。所述柔性电路板还包括均位于所述第一表面的多个感测元件及至少一连接器，所述多个感测元件用于将所述信号接收层形成的感测信号经由所述至少一连接器传输至一读取装置，以进一步转化为对应所述被测物图像信息或数据信息。

本发明的所述超声波传感器利用形成有所述感测元件的柔性电路板代替现有技术的TFT基板，由于所述感测元件的结构及成型工艺相较于所述TFT阵列更为简单，因而整个所述超声波贴布的结构和成型工艺得到了简化。

附图说明

图1为本发明一较佳实施方式所提供的超声波贴布的剖面示意图。

图2为图1中所示超声波传感器的局部放大结构示意图。

图3为图2中的柔性电路板的平面结构示意图。

图4为图3中沿IV线的局部放大示意图。

图5为图4的截面示意图。

图6为针对图4的一变更实施方式的局部放大示意图。

图7为针对图4的另一变更实施方式的局部放大示意图。

主要元件符号说明

超声波贴布	10
		保护层	11
接触层	12
		接触表面	12a
超声波传感器	100
		柔性电路板	110
第一表面	101
		第二表面	102
感测元件	111，211，311
		第一感测元件	3111
第二感测元件	3112
		连接器	112
塑胶本体	1120
		端子	1121
弯折区域	113
		信号发送层	120
第一电极	121
		第一压电薄膜	122
第二电极	123
		信号接收层	130
第二压电薄膜	131
		第三电极	132
光学胶	140

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参照图1及图2，本第一较佳实施方式的超声波贴布10例如可为一心率表，能够以实时、持续地监控使用者的健康状况，例如血流量、血压、心率等。该超声波贴布10包括保护层11、超声波传感器100及接触层12。该保护层11设于该超声波传感器100一侧面用于保护其免受外界损害，该保护层11的材料例如为布料或可塑性塑胶。该接触层12设于该超声波传感器100的另一侧面用于与被测者的皮肤接触，该接触层12为能够与人体皮肤紧密接触的材料，例如医用乳胶。

该超声波传感器100用于侦测与所述接触层12贴置的被测物的生理参数，例如血流量、心率，形成对应的检测信号。该超声波贴布10分析检测信号获得对应用户健康状况的图像信息或数据信息。所述超声波传感器100侦测人体皮下组织的状况，例如血流量、心率的技术为现有技术，此外不再赘述，该技术运用了多普勒效应。

该图像信息或数据信息通过读取装置（未图示）实时输出侦测结果（对应用户健康状况的图像信息或数据信息）。该读取装置可以集成于超声波传感器100内，也可以是其他外部装置例如可以是手机、电脑等。读取装置与该超声波贴布10之间通过无线或有线的方式连接。

进一步地，该超声波传感器100包括柔性电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)110及分别设置于该柔性电路板110两相对表面的信号接收层130及信号发送层120。所述信号接收层130及所述信号发送层120分别通过粘胶层140粘附于所述柔性电路板110两侧。在本实施方式中，粘胶层140为光学胶(Optical Clear Adhesive, OCA)，该光学胶140的厚度小于20μm，硬度不小于85HB，从而实现超微贴合。所述信号发送层120用于发射超声波，该信号接收层130接收自被测者反射回来的超声波。

所述保护层11设于所述信号发送层120远离所述柔性电路板110的表面，以保护该信号发送层120。该接触层12设于该信号接收层130远离该柔性电路板110的表面。该接触层12远离该信号接收层130的表面形成接触表面12a，以与使用者的皮肤接触。

该信号发送层120包括依次层叠设置的第一电极121、第一压电薄膜122及第二电极123，该第二电极123较该第一电极121更邻近该柔性电路板110。在所述第一电极121与所述第二电极123上施加不同的电压，所述第一压电薄膜122根据所述第一电极121和所述第二电极123的电压差产生振动而发出超声波。所述信号接收层130包括层叠设置的第二压电薄膜131及第三电极132，所述第二压电薄膜131较所述第三电极132更邻近所述柔性电路板110。所述第二压电薄膜131与所述第二电极123分别通过所述粘胶层140贴附于所述柔性电路板110表面。所述第三电极132成片状，在变更实施方式中，所述第三电极132也可以分割成多个分别对应所述多个感测元件111的电极单元。该信号发送层120的功能将在下文详述。

所述第一压电薄膜122及所述第二压电薄膜131均为压电材料，例如可为聚二氟亚乙烯(Polyvinylidene Fluoride，PVDF)、锆钛酸铅压电陶瓷（piezoelectric ceramictransducer,PZT）或二者的复合材料。该第一电极121、该第二电极123、该第三电极132均为导电金属材料，例如银(Ag)、铜(Cu)、钼(Mo)、氧化铟锡（ITO）、氧化锌（Zno）、聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸（Poly(3，4-ethylenedioxythiophene)，PEDOT）、碳纳米管（CarbonNanotube，CNT）、银纳米线(Ag nano wire，ANW）以及石墨烯（graphene）中的一种或化合物，但不以此为限。其中该第一电极121、该第二电极123、该第三电极132可为相同的材料，也可以为不同的材料。所述第一压电薄膜122及所述第二压电薄膜131可为相同的材料，也可为不同的材料。本实施方式中，该第一压电薄膜122为PZT，该第二压电薄膜131为PVDF。所述感测元件111的材质可以为银(Ag)、铜(Cu)、钼(Mo)、氧化铟锡（ITO）、氧化锌（Zno）、聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸（Poly(3，4-ethylenedioxythiophene)，PEDOT）、碳纳米管（Carbon Nanotube， CNT）、银纳米线(Ag nano wire，ANW）以及石墨烯（graphene）中的一种或化合物，但不以此为限。所述柔性电路板110具有相对的第一表面101及第二表面102，所述信号接收层130设置于该第一表面101，所述信号发送层120设置于该第二表面102且与所述信号接收层130正对设置。

请一并参照图3，进一步地，所述柔性电路板110包括多个感测元件111及二个连接器112。所述多个感测元件111将所述信号接收层130接收到的感测信号通过所述连接器112传输至所述读取装置。所述多个感测元件111位于该第一表面101且与所述信号接收层130正对应，从而所述感测元件111能够与所述信号接收层130的第三电极132电性耦合。所述多个感测元件111呈直线排列。所述二个连接器112均设置于该第一表面101上，且对称设置于该多个感测元件111的两侧。每一所述连接器112包括塑胶本体1120及固定于该塑胶本体1120内并外向延伸的多个端子1121。所述多个感测元件111分别对应电连接于所述多个端子1121，并通过该二连接器112的多个端子1121将信号传输至所述读取装置，每一所述感测元件111通过所述柔性电路板110上的导电线路仅与对应的一所述端子1121电连接。在变更实施方式中，该二连接器112也可以集成为一个，此时，连接所述多个感测元件111的所有端子1121均固定于一个塑胶本体1120中。

在另一变更实施方式中，所述连接器112的数量可以不多于两个，可根据所述柔性电路板110中的布线空间设置所述连接器112的数量。所述柔性电路板110可弯折并贴附于所述超声波传感器100的相对两侧，从而使得所述超声波传感器100的结构紧凑。所述超声波传感器100沿所述多个感测元件111与一所述连接器112之间的区域弯折，该区域定义为弯折区域113（如图2所示）。

本实施方式中，如图4及图5所示，每一所述感测元件111呈条形，所述多个感测元件111排列成一列，所述多个感测元件111排列的方向与其延伸方向相互垂直。所述多个感测元件111用于接收来自所述信号接收层130的感测信号，并将接收到的上述感测信号通过柔性电路板110以及连接器112传输至所述读取装置以转化成图像或数据信息以供使用者读取。

所述超声波贴布10工作的原理为，所述超声波贴布10在实际工作中，将该超声波贴布10设有所述接触层12的一侧贴置于皮肤表面，例如佩戴于手腕上。在所述第一电极121与所述第二电极123之间施加电压，使所述第一压电薄膜122在电压的作用下产生振动从而发出超声波。超声波经所述柔性电路板110及所述信号接收层130再发送至人体进入皮下组织并有部分超声波自皮下组织反射至所述信号接收层130，受手皮下组织状态变化，例如血流量变化的影响，使被反射的超声波强度发生相应的变化，引起所述信号接收层130中第二压电薄膜131的振动发生相应的改变，从而产生对应使用者血流量的感测信号，例如所述第二压电薄膜131各处产生的电荷数量不同，从而在所述第三电极132表面的电荷分布也不均匀，所述第三电极132表面的电荷耦合至所述多个感测元件111。所述多个感测元件111将所述感测信号经过所述二连接器112传输至所述读取装置以进一步转化为图像信息或数据信息。其中，每一所述感测元件111均与所述第三电极132耦合，从而所述第三电极132上的电荷经由所述感测元件111传输至所述读取装置。

请参照图6，本第二实施方式的超声波贴布与上述第一实施方式的超声波贴布结构基本相同，区别在于，所述多个感测元件211呈矩阵排布，每一所述感测元件211呈方形。当然，所述感测元件211也可以为三角形、圆形、椭圆形或其他适合的形状。需要说明的是，本实施方式与上述第一实施方式相同的元件沿用相同的标号。所述多个感测元件211用于接收来自所述信号接收层130（见图2）的感测信号，并将接收到的上述感测信号通过柔性电路板110以及连接器112传输至所述读取装置以转化成图像或数据信息以供使用者读取。具体地，每一所述感测元件211均与所述第三电极132耦合，以将所述第二压电薄膜131产生的感测信号，例如电荷，传输至上述读取装置。

请参照图7，本第三实施方式的超声波贴布与上述第一实施方式的超声波贴布结构基本相同，区别在于，所述多个感测元件311包括多个条形的第一感测元件3111及多个条形的第二感测元件3112，该多个第一感测元件3111均沿第一方向（X轴方向）延伸并依次沿第二方向（Y轴方向）排列成排。该多个第一感测元件3111间隔设置，该多个第二感测元件3112间隔设置。该第一方向与该第二方向相互垂直。该多个第二感测元件3112均沿第二方向延伸并依次沿第一方向排列成行。该多个第一感测元件3111与该多个第二感测元件3112相互绝缘相交，该多个第一感测元件3111与该多个第二感测元件3112之间例如可设置有一整片绝缘层（图未示）或在每一个交叉处设置有一绝缘层。本实施方式中,该多个第一感测元件3111与该多个第二感测元件3112相互垂直。

所述多个端子1121分别与所述多个第一感测元件3111电连接或所述多个第二感测元件3112电连接。本实施方式中，所述多个端子1121分别与所述多个第一感测元件3111电连接。所述多个第一感测元件3111例如可通过形成于所述柔性电路板110上的导线（图未示）与所述多个端子1121电连接。所述多个感测元件311用于接收来自所述信号接收层130的感测信号，并将接收到的上述感测信号传输至所述读取装置以转化成图像或数据信息以供使用者读取。

具体地，所述多个第一感测元件3111与所述多个第二感测元件3112的各交叉处分别形成一电容，每一所述第一感测元件3111均与所述第三电极132耦合。因所述被测物的存在，使得所述第二压电薄膜131各处振动频率不一致，而产生的电流不均，进而所述第三电极132上不均匀地分布有电荷，从而引起与所述第三电极132耦合的所述多个第一感测元件3111所对应的各电容产生相应的变化，并进一步传输至所述读取装置。本实施方式的所述第二感测电极接地，在变更实施方式中，也可以给所述第三感测电极恒定的电压或周期变化的电压。

本发明的超声波传感器利用形成有所述感测元件的柔性电路板代替现有技术的TFT基板，由于所述感测元件的结构及成型工艺相较于所述阵列更为简单，因而整个所述超声波贴布的结构和成型工艺得到了简化。此外，本发明采用具有挠性的所述柔性电路板代替现有技术的刚性TFT基板，更容易形成具有挠性的所述超声波贴布从而能够更紧密地与人体皮肤紧密贴合。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种超声波传感器，其特征在于，包括

信号发送层，用于发射超声波；

信号接收层，用于接收经被测物反射的超声波，并转换成对应该被测物的感测信号；

柔性电路板，包括相对设置的第一表面及第二表面，所述信号接收层设置于所述第一表面，所述信号发送层设置于所述第二表面，所述柔性电路板包括设置于所述第一表面的多个感测元件，所述多个感测元件用于将所述信号接收层形成的感测信号传输至一读取装置，以进一步转化为对应所述被测物图像信息或数据信息。

2.如权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述多个感测元件呈条形，并排列成列，所述多个感测元件排列的方向与其延伸方向相互垂直。

3.如权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述多个感测元件呈阵列排布。

4.如权利要求3所述的超声波传感器，其特征在于，每一所述感测元件呈方形、三角形、圆形或椭圆形。

5.如权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述多个感测元件包括多条间隔设置的第一感测元件及多条间隔设置的第二感测元件，所述多条第一感测元件与所述多条第二感测元件相互绝缘相交。

6.如权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述信号接收层包括层叠设置的一电极及一压电薄膜，所述压电薄膜贴附于所述第一表面，所述电极与所述多个感测元件电性耦合。

7.如权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述柔性电路板包括至少一连接器，所述感测信号经由所述至少一连接器传输至所述读取装置。

8.如权利要求7所述的超声波传感器，其特征在于，每一所述连接器包括一塑胶本体及多个固定于该塑胶本体内的端子，所述多个感测元件通过所述多个端子传输感测信号。

9.一种超声波贴布，其特征在于，包括保护层、接触层及如权利要求1至8任一项所述的超声波传感器，所述超声波传感器设置于所述保护层与所述接触层之间，所述接触层用于与所述被测物贴合，所述保护层用于保护所述超声波传感器。