CN108652669A - 超音波感测器及其运作方法 - Google Patents

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Abstract

一种超音波感测器，包含挠性基板、超音波收发器阵列以及运算装置。超音波收发器阵列设置于挠性基板上。超音波收发器阵列包含第一压电材料层、保护层以及导电层。导电层位于第一压电材料层与保护层之间，且导电层的一部分延伸至挠性基板上。运算装置电性连接超音波收发器阵列的导电层。由于超音波收发器阵列是设置于挠性基板上，因此超音波感测器可适应不同的佩戴表面。相较于以往需将多个感测器遍布感测区域，超音波收发器阵列可兼具发射与接收超音波的功能，因此具有轻巧便利且方便穿戴的优点。此外，防水防尘之保护层的设计可延长超音波感测器之使用寿命，适合用于配戴在人体皮肤或衣物上。

Description

超音波感测器及其运作方法
技术领域
本发明是有关于一种超音波感测器及一种超音波感测器的运作方法。
背景技术
超音波侦测方法应用于乳癌侦测时，可侦测到无法被X光摄影察觉之异常组织。然而，超音波影像于医院内之使用多半依靠超音波探头搭配凝胶以显示实时影像于屏幕上，因此仍需花费大量时间。
目前已知一种可穿戴的超音波感测器，然而在使用此超音波感测器时，需将多个具发送功能的超音波感测器及具接收功能的超音波感测器均匀遍布在人体需检查的区域(例如乳房)，才能达到完整侦测之目的，不仅穿戴不便且占据空间，因此实用性低。此外，感测器经过长时间配戴后容易沾染使用者之汗水及体液，为延长超音波感测器之使用寿命，清洗感测器之需求亦不可忽略。
发明内容
本发明之一技术态样为一种超音波感测器。
于本发明之一些实施例中，一种超音波感测器，包含挠性基板、超音波收发器阵列以及运算装置。超音波收发器阵列设置于挠性基板上。超音波收发器阵列包含第一压电材料层、保护层以及导电层。导电层位于第一压电材料层与保护层之间，且导电层的一部分延伸至挠性基板上。运算装置电性连接超音波收发器阵列的导电层。
于本发明之一些实施例中，上述超音波感测器更包含温度感测器，设置于挠性基板上，且电性连接运算装置。
于本发明之一些实施例中，上述超音波收发器阵列更包含软性电路板，设置于挠性基板上，且与导电层的该部分电性连接。
于本发明之一些实施例中，上述第一压电材料层包含聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene difluoride；PVDF)。
于本发明之一些实施例中，上述运算装置包含感测介面、脉波发送器、处理单元、通讯单元以及电力管理单元。感测介面电性连接超音波收发器阵列、脉波发送器电性连接感测介面、处理单元电性连接脉波发送器、通讯单元电性连接处理单元且电力管理单元电性连接处理单元。
于本发明之一些实施例中，上述运算装置更包含电力产生单元，电性连接电力管理单元。电力产生单元包含两电极与位于两电极之间的第二压电材料层。
于本发明之一些实施例中，上述运算装置更包含电力储存单元、充电模组以及供电模组。电力储存单元电性连接电力产生单元，充电模组电性连接电力管理单元与电力储存单元，且供电模组电性连接电力管理单元与充电模组。
本发明之一技术态样为一种超音波感测器之运作方法。
于本发明之一些实施例中，超音波感测器之运作方法包含初始化具有超音波收发器阵列与运算装置的超音波感测器；运算装置的脉波发送器经由超音波收发器阵列发送声波，其中声波传递至物体后产生反射波；由超音波收发器阵列接收反射波；传送反射波的资讯至运算装置进行计算，以判断物体的位置；以及根据物体的位置，由运算装置传送讯号至显示器显示祝贺画面或警示画面。
于本发明之一些实施例中，上述超音波感测器之运作方法更包含运算装置根据温度资讯对声波与反射波的资讯进行校正。
于本发明之一些实施例中，上述运算装置是以飞时测距方式计算声波行经之距离来判断物体的位置。
于本发明之一些实施例中，上述超音波感测器之运作方法更包含运算装置的电力产生单元利用震动或风力产生电力；以及储存电力至运算装置的电力储存单元，以对运算装置的处理单元与超音波收发器阵列供电。
于本发明之上述实施例中，由于超音波收发器阵列是设置于挠性基板上，因此超音波感测器可适应不同的佩戴表面。相较于以往需将多个感测器遍布感测区域，超音波收发器阵列可兼具发射与接收超音波的功能，因此具有轻巧便利且方便穿戴的优点。此外，防水防尘之保护层的设计可延长超音波感测器之使用寿命，适合用于配戴在人体皮肤或衣物上。
附图说明
图1为根据本发明一实施例之超音波感测器连接远端运算装置的示意图。
图2为图1之超音波感测器沿线段2-2的剖面图。
图3为图1之超音波感测器之运算装置的方块图。
图4为图3之电力产生单元的剖面图。
图5为图1之超音波感测器穿戴于衣物上的示意图。
图6为图1之超音波感测器用于乳癌侦测之声波路径的示意图。
图7为图1之超音波感测器侦测到异常组织时之部分声波路径的示意图。
图8为根据本发明一实施例之超音波感测器之运作方法的流程图。
附图标记：
100：超音波感测器
110：挠性基板
120：超音波收发器阵列
121：第一压电材料层
122：保护层
123：导电层
124：软性电路板
130：运算装置
131：感测介面
132：脉波发送器
133：处理单元
134：通讯单元
135：电力管理单元
136：电力产生单元
1362、1363：电极层
1361：第二压电材料层
137：电力储存单元
138：充电模组
139：供电模组
140：温度感测器
150：化学物质感测器
160：远端运算装置
170：异常组织
180：衣物
101、103：声波
102、104：反射波
S1、S2、S3、S4、S5：步骤
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明之复数个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式绘示之。且为了清楚起见，图式中之层和区域的厚度可能被夸大，并且在图式的描述中相同的元件符号表示相同的元件。
图1为根据本发明一实施例之超音波感测器100连接远端运算装置160的示意图。图2为图1之超音波感测器100沿线段2-2的剖面图。请同时参照图1及图2，超音波感测器100包含挠性基板110、超音波收发器阵列120以及运算装置130。超音波收发器阵列120设置于挠性基板110上。超音波收发器阵列120可包含多个具有接收与发送超音波功能的超音波收发器，其数量、外观设计以及排列方式可依设计者所需而调整。此外，超音波收发器阵列120包含第一压电材料层121、保护层122以及导电层123。导电层123位于第一压电材料层121与保护层122之间，且导电层123的一部分延伸至挠性基板110上。运算装置130电性连接超音波收发器阵列120的导电层123。于本实施例中，保护层122为具有防水防尘功能之高分子聚合物，例如硅胶。
由于超音波收发器阵列120是设置于挠性基板110上，因此超音波感测器100可适应不同的佩戴表面。相较于以往需将多个感测器遍布感测区域，超音波收发器阵列120可兼具发射与接收超音波的功能，因此具有轻巧便利且方便穿戴的优点。此外，防水防尘之保护层122的设计可延长超音波感测器100之使用寿命，适合用于配戴在人体皮肤或衣物上。
于本实施例中，超音波感测器100之超音波收发器阵列120包含软性电路板124。部分之软性电路板124设置于挠性基板110上，而部分之软性电路板124覆盖挠性基板110上的导电层123，而与导电层123电性连接。此外，于本实施例中，第一压电材料层121之组成材料包含聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene difluoride；PVDF)，但并不用以限制本发明。
此外，超音波感测器100还可选择性包含温度感测器140以及化学物质感测器150。在本实施例中，温度感测器140以及化学物质感测器150位于超音波收发器阵列120的一侧，皆设置于挠性基板110上，且电性连接运算装置130。温度感测器140可用来侦测体温，化学物质感测器150可用来侦测环境物质。应理解到，图1中所示之温度感测器140以及化学物质感测器150之数量、外观设计以及排列方式仅为示意，并非用以限制本发明。
于本实施例中，藉由结合多种感测器于挠性基板110上，可使超音波感测器100具有多功能用途，除了配戴于乳房周围的衣物上执行乳癌侦测外，还可帮助监控哺喂母乳期间的乳腺管组织，同时还可具有测量心律及体温之功能。
此外，在使用时，超音波感测器100可连接至远端运算装置160。远端运算装置160例如为手机或计算机，可用来显示超音波感测器100侦测后的结果，以及提供使用者更多样的操作选择。
图3为图1之超音波感测器100之运算装置130的方块图。运算装置130包含感测介面131、脉波发送器132、处理单元133、通讯单元134以及电力管理单元135。感测介面131电性连接超音波收发器阵列120，脉波发送器132电性连接感测介面131，处理单元133电性连接脉波发送器132，通讯单元134以及电力管理单元135电性连接处理单元133。
此外，于本实施例中，超音波感测器100之运算装置130包含电力产生单元136、电力储存单元137、充电模组138以及供电模组139。电力储存单元137电性连接电力产生单元136，充电模组138电性连接电力管理单元135与电力储存单元137，供电模组139电性连接电力管理单元135与充电模组138。
于一些实施例中，处理单元133可为中央处理器(CPU)或微处理器(MPU)。通讯单元134可为有线通讯或无线通信，无线通信的方式可包含Wi-Fi或蓝芽。于一些实施例中，电力储存单元137可为电池。
然而，应理解到，图3所示之感测介面131、脉波发送器132、处理单元133、通讯单元134、电力管理单元135、电力产生单元136、电力储存单元137、充电模组138以及供电模组139间的位置关系，并不用以限制本发明。
图4为图3之电力产生单元136的剖面图。同时参阅图3与图4，电力产生单元136电性连接电力管理单元135与电力储存单元137。电力产生单元136包含两电极层1362、1363与位于两电极层1362、1363之间的第二压电材料层1361。于本实施例中，第二压电材料层1361之材料包含锆钛酸铅(PZT)，但并不以此为限。于一些其他实施例中，第二压电材料层1361可由常见之压电材料所组成，例如氧化锌或是聚偏二氟乙烯。
于此实施例中，电力产生单元136可藉由震动或风力发电，并将产生的电力储存至电力储存单元137，再将电力经由电力管理单元135供给运算装置130的其他单元(例如处理单元133)与图1之超音波收发器阵列120。于一些实施方式中，超音波感测器100可配戴于手腕上，藉由电力产生单元136使手臂之摆动或晃动产生之机械能转换为电能储存于电力储存单元137，供应超音波感测器100电力。又例如，当配戴于衣物上时，电力产生单元136可将人体走动或移动时的震动转换为电能，供应超音波感测器100电力。因此，当超音波感测器100长时间配戴于人体或衣物上而无法由外界充电时，仍能维持运作。
图5为图1之超音波感测器100穿戴于衣物180上的示意图。如图所示，超音波感测器100的挠性基板110与运算装置130皆可配戴于衣物180上，运算装置130邻近挠性基板110上的超音波收发器阵列120。在本实施例中，超音波感测器100可用来侦测乳房内部的异常组织。
图6为图1之超音波感测器100用于乳癌侦测之声波路径的示意图。如图6所示，当超音波收发器阵列120发送声波101后，声波101经过乳房内部并传回反射波102，再经由相同的超音波收发器阵列120接收。声波101及反射波102的资讯可经由运算装置130(见图5)的处理单元133(见图3)计算，可得到乳房内部无异常组织的结果。
图7为根据本发明一实施例之超音波感测器100侦测到异常组织170时之部分声波路径的示意图。当用户的乳房内具有异常组织170时，声波101于传递过程中因介质密度改变，会使得部分经过此异常组织170的声波103被反射，产生的反射波104再经由超音波收发器阵列120接收。声波101、103及反射波102、104的资讯可经由运算装置130(见图5)的处理单元133(见图3)计算，可得到异常组织170之位置及乳房内部有异常组织的结果。
图8为根据本发明一实施例之超音波感测器之运作方法的流程图。首先在步骤S1中，超音波感测器之运作方法包含初始化具有超音波收发器阵列与运算装置的超音波感测器。接着在步骤S2中，运算装置的脉波发送器经由超音波收发器阵列发送声波，其中声波传递至物体后产生反射波。之后在步骤S3中，由超音波收发器阵列接收反射波。接着在步骤S4中，传送反射波的资讯至运算装置进行计算，以判断物体的位置。之后在步骤S5中，根据物体的位置，由运算装置传送讯号至显示器显示祝贺画面或警示画面。在以下叙述中，将说明上述各步骤。
参阅图3与图6，于步骤S1中，先初始化超音波感测器100的超音波收发器阵列120以及运算装置130。于步骤S2中，若待测部位无异常组织的状态请参阅图6，由运算装置130中的脉波发送器132传送讯号，使超音波收发器阵列120发送声波101，其中声波101传递至物体(例如乳房下表面)后产生反射波102；若待测部位有异常组织的状态请参阅图7，由运算装置130中的脉波发送器132传送讯号，使超音波收发器阵列120发送声波103，其中声波103传递至物体(例如异常组织170)后产生反射波104。于步骤S3中，由超音波收发器阵列120接收反射波102、104。于步骤S4中，传送反射波102、104的资讯至运算装置130进行计算，以判断物体的位置。于此实施例中，运算装置130是以飞时测距方式计算声波101行经之距离来判断物体的位置。此外，运算装置130根据温度感测器140测得的温度资讯对声波101、103及反射波102、104的资讯进行校正。于步骤S5中，根据物体的位置，运算装置130传送讯号至显示器，显示祝贺画面或警示画面给使用者。举例来说，图6的声波路径将显示祝贺画面，图7的声波路径将显示警示画面。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作各种之更动与润饰，因此本发明之保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。

Claims (13)

1.一种超音波感测器，其特征在于，包含：
一挠性基板；
一超音波收发器阵列，设置于该挠性基板上，该超音波收发器阵列包含：
一第一压电材料层；
一保护层；以及
一导电层，位于该第一压电材料层与该保护层之间，且该导电层的一部分延伸至该挠性基板上；以及
一运算装置，电性连接该超音波收发器阵列的该导电层。
2.如权利要求1所述之超音波感测器，更包含：
一温度感测器，设置于该挠性基板上，且电性连接该运算装置。
3.如权利要求1所述之超音波感测器，更包含：
一化学物质感测器，设置于该挠性基板上，且电性连接该运算装置。
4.如权利要求1所述之超音波感测器，该超音波收发器阵列更包含：
一软性电路板，设置于该挠性基板上，且与该导电层的该部分电性连接。
5.如权利要求1所述之超音波感测器，其中该第一压电材料层包含聚偏二氟乙烯。
6.如权利要求1所述之超音波感测器，其中该运算装置包含：
一感测介面，电性连接该超音波收发器阵列；
一脉波发送器，电性连接该感测介面；
一处理单元，电性连接该脉波发送器；
一通讯单元，电性连接该处理单元；以及
一电力管理单元，电性连接该处理单元。
7.如权利要求6所述之超音波感测器，其中该运算装置更包含：
一电力产生单元，电性连接该电力管理单元，该电力产生单元包含两电极与位于该两电极之间的一第二压电材料层。
8.如权利要求7所述之超音波感测器，其中该运算装置更包含：
一电力储存单元，电性连接该电力产生单元；
一充电模组，电性连接该电力管理单元与该电力储存单元；以及
一供电模组，电性连接该电力管理单元与该充电模组。
9.一种超音波感测器之运作方法，其特征在于，包含：
初始化具有一超音波收发器阵列与一运算装置的一超音波感测器；
该运算装置的一脉波发送器经由该超音波收发器阵列发送一声波，其中该声波传递至一物体后产生一反射波；
由该超音波收发器阵列接收该反射波；
传送该反射波的资讯至该运算装置进行计算，以判断该物体的位置；以及
根据该物体的位置，该运算装置传送一讯号至一显示器显示一祝贺画面或一警示画面。
10.如权利要求9所述之超音波感测器之运作方法，更包含：
由邻近该超音波收发器阵列的一温度感测器测得一温度资讯。
11.如权利要求10所述之超音波感测器之运作方法，更包含：
该运算装置根据该温度资讯对该声波与该反射波的资讯进行校正。
12.如权利要求9所述之超音波感测器之运作方法，其中该运算装置是以飞时测距方式计算该声波行经之距离来判断该物体的位置。
13.如权利要求9所述之超音波感测器之运作方法，更包含：
该运算装置的一电力产生单元利用震动或风力产生电力；以及
储存电力至该运算装置的一电力储存单元，以对该运算装置的一处理单元与该超音波收发器阵列供电。
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