CN106618637A - 穿戴式超声波感测装置 - Google Patents

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Abstract

一种穿戴式超声波感测装置，其包括依次层叠设置的一第一保护层、一超声波接收单元、一电路基板、一超声波发射单元及一第二保护层，所述超声波发射单元包括依次层叠设置的一第一电极层、一第一压电材料层及一第二电极层，所述第一电极层包括多个间隔排布的电极单元，所述第一压电材料层包括多个压电单元，所述每一电极单元与所述第二电极层之间夹设有多个压电单元，每一电极单元、所述第二电极层及夹设于所述电极单元与所述第二电极层之间的多个压电单元构成一个压电感测单元。

Description

穿戴式超声波感测装置
技术领域
本发明涉及医疗监测设备研究领域，特别涉及一种穿戴式超声波感测装置。
背景技术
血液流速和血压是心血管疾病的重要监测指标，心血管系统的异常往往通过血液流速和血压获得反映，因而血液流速和血压的实时监控对于心血管系统疾病的预防及治疗具有重要意义。现有的测量设备大多体积比较大，不具有携带性，且需通过特定电缆连接到被测者，从而不能即时监控，只能单次测量，无法满足随时随地的监测需要，而一些穿戴式测量设备则存在监测灵敏度有限的问题。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种穿戴式超声波感测装置。
一种穿戴式超声波感测装置，其包括依次层叠设置的一第一保护层、一超声波接收单元、一电路基板、一超声波发射单元及一第二保护层，所述超声波发射单元包括依次层叠设置的一第一电极层、一第一压电材料层及一第二电极层，所述第一电极层包括多个间隔排布的电极单元，所述第一压电材料层包括多个压电单元，所述每一电极单元与所述第二电极层之间夹设有多个压电单元，每一电极单元、所述第二电极层及夹设于所述电极单元与所述第二电极层之间的多个压电单元构成一个压电感测单元。
本发明的穿戴式超声波感测装置中超声波发射单元包括多个压电感测单元，所述压电感测单元进一步包括夹设于每个电极单元与第二电极层之间的多个压电单元，这种结构将所述压电材料层做成微型簇状结构，易于弯曲，适合穿戴式应用，且这种结构适用于波束成形
(beam forming)模式，增强发射信号，由此可提高所述穿戴式超声波感测装置的监测灵敏度。所述穿戴式超声波感测装置中超声波发射单元的电极层包括多个间隔排布的电极单元，这种结构利于独立控制每个电极单元。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的穿戴式超声波感测装置的剖面结构示意图。
图2为图1中超声波发射单元的剖面结构示意图。
图3为图2中第一压电材料层的俯视示意图。
图4为另一实施例的第一压电材料层的俯视示意图。
主要元件符号说明
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，图1为本发明较佳实施例的穿戴式超声波感测装置1的剖视图。所述穿戴式超声波感测装置1体积较小，可佩戴在人的手腕、手臂等部位，随时随地监测使用者的人体指标信息，如血液流速、血压、心率等。所述穿戴式超声波感测装置1包括依次层叠设置的第一保护层11、一超声波接收单元12、一第一粘胶层13、一电路基板14、一第二粘胶层15、一超声波发射单元16及一第二保护层17。使用时，所述第一保护层11通常与人体皮肤表面10直接接触。所述超声波接收单元12通过所述第一粘胶层13与所述电路基板14贴合，所述超声波发射单元16通过第二粘胶层15与所述电路基板14贴合。所述超声波发射单元16包括依次层叠设置的一第一电极层161、一第一压电材料层162及一第二电极层163，其中所述第一电极层161更靠近所述第二粘胶层15。所述超声波接收单元12包括层叠设置的一第三电极层121和一第二压电材料层122，其中所述第二压电材料层122更靠近所述第一粘胶层13。第一保护层11和第二保护层17均通过粘胶层(图未示)分别与所述超声波接收单元12及所述超声波发射单元16进行贴合。
较佳地，第一粘胶层13与第二粘胶层15的厚度均小于30μm。
所述电路基板14上设有控制电路(图未示)，所述控制电路上有电极140，电极140用于感应所述超声波接收单元12上的电荷并将其输入所述控制电路。在本实施例中，电路基板14为薄膜晶体管阵列基板，所述控制电路为阵列像素电路(图未示)，每一像素电路包含一像素电极，这些像素电极即被用作所述电极140，用于收集所述第二压电材料层122的电荷并将其输入至所述像素电路。为保证所述电极140能有效收集电荷，所述第一粘胶层13的方块电阻小于150Ω/sq，介电常数小于5F/m。电路基板14具有柔性。在其它实施例中，所述电路基板14也可为柔性电路板(Flexible Printed Circuit,FPC)。
请一并参阅图2和图3，图2为所述超声波发射单元16的结构示意图，图3为所述第一压电材料层162的俯视图。如图2所示，所述超声波发射单元16的第一电极层161为一不连续的层，其包括间隔排布的多个电极单元1611，每个电极单元1611彼此绝缘设置并且分别进行电连接，这种结构有利于独立控制每个电极单元1611。所述第一压电材料层162为一不连续的层，其包括多个压电单元1621，这种结构将所述第一压电层162做成微型簇状结构，易于弯曲，适合穿戴式应用，且这种结构适用于波束成形(beam forming)模式，增强发射信号。所述每个电极单元1611与所述第二电极层163之间夹设多个所述压电单元1621。每一个电极单元1611、第二电极层163、及夹设于所述每个电极单元1611与所述第二电极层163之间的多个所述压电单元1621构成一个压电感测单元160。本实施例中，每个电极单元1611呈方形块状，每个压电单元1621大致垂直于第二电极层163表面的方向延伸。每个电极单元1611和每个压电单元1621沿平行于第二电极层163表面方向的横截面呈方形，多个电极单元1611和每一压电感测单元160内的多个压电单元1621均为阵列间隔排布。
在实际应用中，以感测人手腕处脉搏跳动为例，将所述穿戴式超声波感测装置1佩带至人手腕处，第一保护层11与人体皮肤表面10贴合，所述控制电路向所述超声波发射单元16的电极单元1611和第二电极层163施加电压产生电势差，所述第一压电材料层162在电场作用下产生超声波，所述超声波信号穿过所述电路基板14、所述超声波接收单元12及所述第一保护层11到达人体皮肤表面或皮下组织并被反射形成反射信号，所述反射信号被所述超声波接收单元12接收，所述第二压电材料层122在所述反射超声波信号的作用下产生电荷，电路基板14上的电极140感应所述电荷并输入至控制电路，所述控制电路放大所述电荷形成输出电信号发送至外部控制电路。由于手腕处血管存在脉搏的跳动，在脉搏跳动与脉搏跳动间隙，所述超声波信号在人体皮肤表面或皮下组织被吸收、反射或分散后形成的反射信号不同，致使最终的输出电信号不同。外部控制电路通过控制电路14输出的电信号可计算出脉搏跳动频率，进一步推算出血流流速和血压等人体指标信息发送至显示终端(图未示)。所述显示终端可集成在所述穿戴式超声波感测装置1上。所述人体指标信息可通过无线方式或者数据线传输方式发送至用户的智能手机、手表等终端装置。
在其它实施例中，所述电极单元1611和所述压电单元1621沿平行于第二电极层163表面方向的横截面可为其它形状，多个电极单元1611可为其它间隔排布方式，每一压电感测单元160内的多个压电单元1621也可为其它排布方式，且多个压电单元1621还可邻接排布。如图4所示，图4为另一实施例的第一压电材料层172的俯视图。如图4所示，所述第一压电材料层172包括多个压电单元1721，所述多个压电单元1721沿平行于第二电极层163表面方向的横截面形状为圆形，所述多个压电单元1721可间隔排布，也可邻接排布。
所述第一保护层11和所述第二保护层17的材料可为树脂，例如为聚酰亚胺(PI)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，但不以此为限。
可以理解，所述穿戴式超声波感测装置1的每层结构均可为柔性可弯曲的，所述穿戴式超声波感测装置1可具有柔性。所述第一压电层162做成微型簇状结构，相较于整片式的压电层结构，更易于弯曲，适合穿戴式应用，且这种结构适用于波束成形(beam forming)模式，增强发射信号。所述第一电极层161包括间隔排布的多个电极单元1611，每个电极单元1611彼此绝缘设置并且分别进行电连接，这种结构有利于独立控制每个电极单元1611。

Claims (10)

1.一种穿戴式超声波感测装置，其包括依次层叠设置的一第一保护层、一超声波接收单元、一电路基板、一超声波发射单元及一第二保护层，所述超声波发射单元包括依次层叠设置的一第一电极层、一第一压电材料层及一第二电极层，其特征在于：所述第一电极层包括多个间隔排布的电极单元，所述第一压电材料层包括多个压电单元，所述每一电极单元与所述第二电极层之间夹设有多个压电单元，每一电极单元、所述第二电极层及夹设于所述电极单元与所述第二电极层之间的多个压电单元构成一个压电感测单元。
2.如权利要求1所述的穿戴式超声波感测装置，其特征在于：所述多个电极单元分别进行电连接。
3.如权利要求1所述的穿戴式超声波感测装置，其特征在于：每一压电感测单元内的多个压电单元为间隔排布或邻接排布。
4.如权利要求1所述的穿戴式超声波感测装置，其特征在于：所述电极单元沿平行于所述第二电极层表面方向的横截面形状为方形或圆形。
5.如权利要求1所述的穿戴式超声波感测装置，其特征在于：所述压电单元沿平行于所述第二电极层表面方向的横截面形状为方形或圆形。
6.如权利要求1所述的穿戴式超声波感测装置，其特征在于：所述超声波接收单元包括层叠设置的一第三电极层与一第二压电材料层，所述第二压电材料层在靠近所述基板一侧。
7.如权利要求1所述的穿戴式超声波感测装置，其特征在于：所述超声波接收单元通过一粘胶层与所述基板贴合，所述粘胶层的方块电阻小于150Ω/sq，介电常数小于5F/m，厚度小于30μm。
8.如权利要求1所述的穿戴式超声波感测装置，其特征在于：所述基板上设有电极和控制电路，所述电极用于感应所述超声波接收单元的电荷并将其输入控制电路。
9.如权利要求1所述的穿戴式超声波感测装置，其特征在于：所述基板为薄膜晶体管阵列基板或柔性电路板。
10.如权利要求1～9任一项所述的穿戴式超声波感测装置，其特征在于：所述穿戴式超声波感测装置具有柔性。
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