CN113646628A - 用于波束控制的节能简化模拟相控阵换能器 - Google Patents

Abstract

本发明在第一方面涉及一种用于超声波束控制的节能简化模拟相控阵换能器，在第二方面涉及一种产品，例如用于发送人体或动物体内变化(例如人体或动物体腔中的液体体积)信号的小型可穿戴超声装置，在第三方面涉及一种所述装置的用途，在第四方面涉及一种操作超声装置的方法。

Description

用于波束控制的节能简化模拟相控阵换能器

技术领域

本发明属于用于超声波束控制的节能简化模拟相控阵换能器领域，例如用于发送身体组织、身体血管或体腔(例如膀胱)变化信号的小型无线超声设备，包括所述换能器阵列，所述装置用于确定或监测腔内液体体积的用途，以及操作所述装置的方法。

背景技术

超声波是一种振荡声压波，其频率大于人类听力范围的上限(因此为超声波)。超声波设备可在20kHz至数千兆赫的频率范围内工作。超声的波长通常指超声以超声换能器的工作频率在其中传播的介质中的超声波长。物理学表明，介质中的波长是工作频率除以介质中的声速(人体组织中约1500m/s)。超声波可用于许多不同的领域。超声波设备用于检测物体和测量距离。超声成像(超声波)用于兽医和人类医学。在产品和结构的无损检测中，超声波用于检测不可见的缺陷。在工业上，超声波用于清洁、混合和加速化学过程。超声波可用于医学成像、检测、测量和清洁。在较高的功率水平下，超声波可能有助于改变物质的化学性质。

在尺寸、成本和质量方面，已经有了改进超声系统的方法，例如换能器设计、传输和接收电路设计以及波束形成算法。目前，超声系统尺寸和功率的很大一部分用于波束形成器，波束形成器负责引导和/或聚焦超声束。如果放松诸如尺寸和功率之类的设计约束，则可以直接实现包括64到128个传输/接收通道的标准波束形成器。然而，随着超声系统变得更加便携，似乎需要比基于标准车的系统功耗更低的波束形成器架构，特别是对于图像质量不太关键的应用。

超声的一个应用涉及膀胱监测。许多人，如老年人、排尿功能障碍或尿床的儿童、分娩后的妇女、神经源性膀胱患者、痴呆症患者和其他人，难以控制膀胱功能，也难以按时上厕所排尿。这种(部分)尿失禁非常不方便，可能导致心理问题和身体问题(如感染、局部皮肤问题)。这种尿失禁的解决方案与尿布和尿床报警器的应用有关。然而，这样做实际上只是限制了尿失禁的后果，没有提供真正的解决方案，仍然是一种难闻的气味，湿裤子/湿衣服无法预防。这类解决方案在尿布和护理时间方面也花费了相当大的资金，而且尿布使用后的污染也非常严重。

对于某些超声应用，如膀胱监测，通常使用专用设备。这些专用设备可能有一个或多个缺点，其中包括换能器和监视器之间需要一根电线，设备的手持使用；因此，其不适合长期监测。一些现有技术设备甚至可能需要经过培训的专业人员来处理换能器并评估所看到的情况。通常，其用于医疗机构(如医院)的间歇性检查。使用这种技术，不可能连续跟踪膀胱充盈情况，并在膀胱充盈时向用户或其看护人发出警报。这与许多(健康)问题有关，包括但不限于儿童尿失禁(UI)(膀胱功能减退或亢进、排尿功能障碍、尿床)；患有神经源性膀胱功能障碍的成年人、患有暂时性或永久性脊柱问题的人、疗养院患者。其还与预防尿潴留(UR)有关(例如近手术期和术后、产后)。

超声波设备通常为手持式，可间歇使用，体积大，或至少太大，无法佩戴，不能(半)永久固定在身体上，患者不能在正常生活中、坐着、站着或躺着时使用，可能需要电缆进行电源和信号传输，并且在使用中不实用。

原则上，超声波可以用来监测和确定液体的量，比如人体内的液体量。这通常仅适用于手持但不可穿戴的现有技术设备。其中一个影响是，当前的超声设备是间歇性使用的，患者在监护过程中无法移动，因此需要非常明确的情况。这至少在大多数其他实际发生的情况下是有问题的，比如坐、站和躺下的顺序。

在其示例中，US 2017/100092 A1叙述了一种用于获取和提供关于使用声能的身体的矫形特征的信息的系统。电子设备被视为背景现有技术，既不节能，也不简化。US2018/092630 A列举了一种系统，所述系统包括至少一个具有多个压电换能器元件的压电换能器阵列。所述阵列通常是倾斜的，瞄准血管测量。EP 3 384 851A1叙述了一种包括可穿戴式膀胱监控装置的膀胱监控系统。US2017/0258386A1阐述了一种用于发出人体或动物身体变化信号的可穿戴超声设备，以及使用这种可穿戴设备在较长时间内发出信号。在一个示例中，变化发生在膀胱中。这些文件大多没有涉及声脉冲源的性质及其定时。这些文件均未提及显著简化或限制电子设备能耗的措施。

对于使用超声波来确定或监测空腔(例如身体)中液体体积的某些设备，可能需要在相对于设备方向的角度下提供超声波。尤其是对于成年人而言，骨盆带的骨骼，如耻骨，可能会阻碍超声波；然后，所述设备通常需要放置在耻骨上方，并且需要在一定角度下传输和接收超声波。

一般来说，对于长时间使用，设备，尤其是小型可穿戴设备，如膀胱监护仪，需要使用最少的能量，因为电源通常是设备的“车载”，并且应尽可能少地对其充电。现有技术超声技术的电子电路专用于获得尽可能多和尽可能详细的信息，通常使用复杂的电子设备和软件，例如，具有用于高质量成像的动态聚焦。然而，此类设备的能耗相对较大，如果此类设备连接到电网，这不是什么大问题，但考虑到运行时间，对于独立设备而言，这是一个问题。

因此，仍然需要可用于超声装置中的改进阵列，其克服上述一个或多个缺点，而不损害基本功能性和优点。

发明内容

本发明在第一方面涉及一种用于超声波束控制的节能简化模拟相控阵换能器，在第二方面涉及一种产品，例如用于发送人体或动物体内变化(例如人体或动物体腔中的液体体积)信号的小型可穿戴超声装置，在第三方面涉及一种所述产品的用途，在第四方面涉及一种操作超声产品的方法。

目前的相控阵在换能器阵列的接收侧提供能量消耗减少，例如减少75％以上，并且通常减少80％以上，例如减少85％以上。此外，可以降低接收电路的复杂性，例如通过在可比较的现有技术相控阵电子电路中使用少于50％甚至15％的组件。应注意，对于各种应用，换能器阵列获得的信息细节的减少是可以接受的。例如，结合上述组件和能量消耗的显著减少，可以实现非成像应用，例如识别空腔的体积和所述空腔中的液体量。本阵列包括n*m个换能器元件的阵列，其工作频率为20kHz-50 MHz，通常为100kHz-20 MHz，优选为500kHz-15MHz，其中至少两个相邻换能器元件的相互距离约为0.5波长(0.5λ±10％)，优选为0.5λ±5％，更优选为0.5λ±3％，优选地，包括至少1*m换能器、用于阵列波束控制的传输控制电子设备，所述阵列包括至少一个高压脉冲源，其中所述脉冲源连接至用于对至少一个脉冲源进行定时的低压定时电路，简化的接收控制电子设备，适于在处理接收到的超声波时限制能量消耗，以及与阵列电连接的电源或用于向阵列提供电力的电连接。至少一个高压脉冲源的电压可以大于12V，例如20-200V，例如30-50V，而低压定时电路的电压可以小于5.5V，用于至少一个高压脉冲源的定时，例如0.5-3.3V。所述阵列可以相对较小，具有比现有技术超声成像中使用的更小的组件，从而限制能量消耗和组件数量，并且可以包括一行或多行n。由于阵列可能相对较小，所述阵列占用的空间也可以相对较小。阵列行(如用于膀胱扫描)的定向应确保相控阵在相对于行(纵)轴的角度下提供波束控制。为了在相位模式下对换能器进行寻址，以及接收和寻址接收阵列，提供了一个控制器。控制器可以执行进一步的功能。本发明利用能量减少措施来减少处理接收到的超声波时的能量消耗。

在本相控阵换能器中，接收控制电子设备选自(i)至少一个且优选多于2个且最多所有超声接收换能器元件均适于与整流放大器和与模拟加法器相连的整流放大器确定超声能量用于增加整流放大器的输出，(从而避免接收用所有波束控制电子设备的功耗)(ii)连接或可连接到接收电子设备的n*m换能器元件的<50％，最好<20％(其中未连接的换能器元件没有接收电子设备)，从而避免了接收电子设备的大部分功耗)，以及(iii)其组合。

在第二方面中，本发明涉及一种包括根据本发明的相控阵换能器的产品，其中所述产品优选地选自可穿戴设备、便携式设备、医疗设备、无损检测设备及其组合。如果所述产品是一种无损检测设备，它可以使用节能的简化相控阵，以低能量、低复杂度和低成本实现任意角度的波束控制。在一个示例性实施例中，所述产品是一个小型的、通常可穿戴的无线超声波设备，用于发送身体组织、身体血管或体腔(例如膀胱)变化信号，最好是独立设备。

在本发明的上下文中，术语“小”与本产品的组合涉及尺寸，表示本产品可以长时间佩戴而不会给使用者带来相关的不适，并且当穿在衣服内时优选(几乎)看不见。术语“无线”表示不存在将本产品连接到外部世界的电导体；术语“可穿戴”表示产品用户可以自由移动。由于所述产品体积小、可穿戴且无线，因此它可以佩戴，并且同样是便携式和可穿戴的，例如，在不限制用户移动的情况下。此外，体腔涉及动物或人类中的流体(液体/气体)填充空间，而不是血管(例如血管和淋巴管)中的流体(液体/气体)填充空间。此外，姿势被视为人体形态的一般术语，而姿势一词与(非)有意或习惯性假定的身体姿势有关。典型姿势为站立、坐、蹲、蹲、跪、卧。其他位置，如非典型位置和压力位置也属于所述术语。“半连续”一词用于表示可在较长时间内进行监测和发送信号；在上述时间段内，任何给定时刻都可能发生监控/信号发送；然而，通常在所述时间段内，产品至少部分时间处于空闲模式；最好仅在特定和选定的时刻进行主动测量。考虑到“计算”，应注意，通常精确的结果是有问题的；在这种情况下，所述术语可指“估算”。

本设备或产品可用于永久性和半永久性测量或监测。其它还可以以永久或半永久模式与物体接触；因此，接触装置最好与人体皮肤兼容，例如毒性、刺激性、粘附性、随时间稳定的形态等。

在第三方面中，本发明涉及本产品用于测定或监测腔内液体体积(例如膀胱、子宫(羊水)、窦、胸膜腔、心包膀胱和血管(例如主动脉)的用途，用于检测或监测动脉瘤、感染、肿瘤、脱水中的至少一种，胸腔积液、至少一个肾脏的尿液流量率、脑积水、人或动物体腔大小、用于测定肺部液体体积、用于训练、用于超声成像、作为流量换能器、用于较长时间内(半)连续监测、用于正常生活中的监测，以及用于在医院内部或外部或(长期)护理环境中进行监测，可选地与另一(第二)换能器或产品组合。

在第四方面中，本发明涉及根据本发明的操作超声产品的方法，包括基于所确定的量来确定膀胱中液体的量、执行进一步动作或避免进一步动作的步骤。

所述产品、其用途和操作方法的详细信息可在WO 2016/085341 A2中找到，其说明书和权利要求书以引用的方式并入本文中。

因此，本发明提供了上述一个或多个问题的解决方案。

本发明的优点在整个描述中详细说明。

附图说明

图1：现有技术传输装置部分的示意图设置。

图2：现有技术接收设备部分的示意图设置。

图3：模拟波束形成原理。

图4：数字波束形成原理。

图5a-f：计算的振幅轨迹。

图6：传输-接收灵敏度的宽度(粗线)和相对于中心峰值(细线)的旁瓣的最大高度。

图7：传输-接收灵敏度的宽度(粗线)和相对于中心峰值(细线)的旁瓣的最大高度。

图8a-d示出了根据示例性实施例的可能阵列布局。

图9a-d示出了根据示例性实施例，与接收中的标准波束控制方法相比，简化和限制能量消耗的几个选项。

图10a-c显示了根据各个实施例，仅将一小部分可用换能器元件连接到接收电路的一些选项。

图1：现有技术中使用的通过相控阵向焦点传输脉冲形成。为此，向每个换能器元件E提供一个电压脉冲，所述脉冲具有明确定义的延迟D，以便在所需点P处形成光束焦点。

图2：现有技术中使用的相控阵接收来自焦点的反射。每个信号的延迟使得所有信号在求和时同时到达。

图3：模拟波束形成原理，在模拟求和和和模数转换之前，在模拟域中进行延迟，如现有技术中所用。

图4：数字波束形成原理，其中每个信号首先通过模数转换器数字化，然后在数字域中的信号处理期间添加延迟，如现有技术中所用。

图5a-f：三种方法计算的来自不同方向(分别为8(a)、16(b)、24(c)、33(d)、42(e)和54(f)度)的超声束振幅轨迹，以构建这些数据(未校正的“干扰数据”、已校正的“abs(数据)”和负值为零“pos(数据)”)和一条参考线(“常规波束控制”)，具有干扰和最佳接收延迟，如现有技术所知。

图6扩展了接收波束控制方法，其中包括四个(例如24个)接收换能器，其间有非接收换能器元件，其中详细阐述了所有可能性。从所述图可以看出，当仅使用四个换能器元件接收超声波时，接收元件之间的三个非接收换能器元件是最佳配置。这就形成了一个由24个换能器元件组成的阵列，其中所有24个换能器用于发送超声波，只有6、10、14和18号换能器用于接收超声波。观察到，传输中第一(和最大)旁瓣的方向角与接收中第一最小旁瓣的角度一致，从而大大降低了发送接收灵敏度中的旁瓣。作为参考，我们展示了具有24个换能器发送的相控阵：虚线表示单个接收换能器元件，虚线表示所有24个接收换能器元件。应注意，24个元素的数量仅用作说明原理的示例。不同的优化可能适用于不同数量的元素。

图7扩展了接收波束控制方法，其中换能器之间有三个非接收换能器元件，其中换能器元件的数量有所变化，保持其距离固定。从所述图可以看出，在本例中，五个接收换能器和三个非接收换能器元件之间的接收换能器是最佳配置。这将产生24个换能器元件的阵列，其中所有换能器用于发送，只有4、8、12、16和20号换能器用于接收超声波。作为参考，我们展示了具有24个换能器发送的相控阵：虚线表示单个接收换能器元件，虚线表示所有24个接收换能器元件。

图8a、b显示了一个阵列，所述阵列在底部连接一个电触点，在顶部连接十个电触点(俯视图和俯视图)，图8c、d显示了一个阵列，所述阵列在底部连接两个电触点，在顶部连接十个电触点(俯视图和俯视图)。

图9a-d显示了接收中的标准、现有技术、波束控制方法的示例(图9a)，所述方法使用从电路中选择的整流放大器，如二极管、二次放大器、用于将负振幅转换为正振幅和用于保持正振幅的转换器、对数放大器，以及其变体及其组合(图9b)、连接的换能器元件数量减少的波束控制方法(图9c)和上述组合(图9d)。

图10a-c显示了根据各个实施例，仅将一小部分可用换能器元件操作或连接到接收电路的一些概念。在脉冲回波超声系统的这种配置中，换能器充当传输器和接收器。换能器可通过高压脉冲激活，通常为25至150伏，持续时间短，通常为100至500纳秒，接收器将接收到低于1伏的电压，通常为毫伏范围。

在图10a中，显示了一个实施例，其中多个换能器元件E通过相应的开关S连接到传输电路Tx和接收电路Rx。通过相应地操作开关S来设置相应的操作，即发送或接收。在一个实施例中，所有或相对大量的换能器元件在传输阶段切换到传输电路，而只有一部分或相对少量的换能器元件在接收阶段切换到接收电路。这样，节能模式可通过相应地单独控制开关S来实现，同时原则上保持在接收阶段使用所有换能器元件的能力。

图10b所示的选项显示了一个实施例，其中仅为接收阶段实际使用的换能器元件提供了数量减少的开关S。所述实施例除了提供与节能和省电有关的优点外，尤其是在接收期间，还可有助于减少接收电子设备的元件数量和电路复杂性。

图10c所示为一个实施例，其中传输和接收电子设备直接耦合到换能器元件，两者之间没有任何开关。如果脉冲发生器的输出电阻足够高，例如>1MΩ，因此当接收信号进入时，没有电流流动(通常<1μA)，则这是可能的。所述实施例可通过避免图10a和图10b中的开关S进一步有助于减少元件计数和电路复杂性。

尽管在详细的解释性上下文中描述了本发明，但是可以结合所附的示例和附图来最佳地理解本发明。

具体实施方式

本发明在第一方面涉及根据权利要求1的用于超声波束控制的节能简化相控阵换能器。

作为参考，图9a(与图2相同)显示了接收中的标准、现有技术、模拟波束控制电子设备。在本相控阵换能器整流放大器的示例性实施例中，这些放大器选自二极管、二次放大器、用于将负振幅转换为正振幅并保持正振幅的转换器、对数放大器及其变体等电路，及其组合。图5显示了添加这些整流放大器输出的结果，图9b显示了整流放大器的示意图。

在本相控阵换能器的示例性实施例中，接收控制电子设备适用于优化至少两个(最好不是全部)超声波接收换能器元件的接收中的波束控制，扩展换能器的宽度，以优化波束宽度，而不会在超声波传输光束强度较强的角度引入强光栅波瓣。图9c所示为接收光束控制电子设备，但连接的换能器元件数量减少的示意图。

图9d中示出了减少数量的通道和整流放大器的组合的示例。

在非整流放大器的情况下，本相控阵换能器的示例性实施例可具有适于将接收信号的正相位振幅和负相位振幅相加的模拟加法器，如图5所示。

在示例性实施例中，本相控阵换能器可包括每个换能器一个高压脉冲传输源，其中源最好相同。

在示例性实施例中，本相控阵换能器可包括用于向换能器施加电压的电压控制器。

在本相控阵换能器的示例性实施例中，接收控制电子设备连接或可连接到<50％的接收换能器元件(图6-7)，例如<20％的接收换能器元件，如图9C所示。

在本相控阵换能器的示例性实施例中，选择连接或可连接的接收换能器元件，使得k个未连接的换能器元件位于连接的换能器元件之间，其中k从1-7(图6)中选择，优选其中k为2-6，更优选其中k为3-5，例如k为3。对于k为3的某些情况，传输方向性中的最大旁瓣由接收方向性中的最小旁瓣进行补偿，使得在某些情况下首选此选择。

在本相控阵换能器的示例性实施例中，n∈[1-10]且m∈[2-1024]，优选其中n∈[1-3]且m∈[4-128]，更优选其中n∈[1-3]且m∈[8-48]，甚至更优选其中n∈[1,2]且m∈[16-36]，例如n∈[1]且m∈[24-32]。

在本发明的示例性实施例中，相控阵换能器元件包括MEMS(例如CMUT和PMUT)、体压电材料(例如陶瓷和晶体材料)、压电复合材料、有源压电材料、铁电陶瓷及其组合。

在本产品的示例性实施例中，换能器元件能够在相移模式、并行模式、空间扫描模式、强度模式、脉冲模式、谐波模式、其变化及其组合中分别、顺序地工作。

在示例性实施例中，本相控阵换能器可包括长度上至少一系列m个换能器元件，其中所有m个换能器元件一侧的每个电极与相应的换能器电子设备电连接，其中另一侧的(反)电极i)全部连接在一起(图8a、b)，或ii)另一侧的电极分为两半，其中每个电极长度的一半连接到第一电极连接器，另一半电极长度连接到第二电极连接器，(允许单独激活两半，例如在换能器阵列的这两半上应用两个不同的声学透镜(例如棱镜或聚焦透镜)(图8c、d)或iii)p≥3的电极长度的第p部分连接至第p电极连接器，其中p优选∈[3-5]，垂直于长换能器元件，允许甚至更多不同的透镜，或iv)其组合。

在本产品的示例性实施例中，所述产品是小型无线超声产品，用于发送身体组织、身体血管或体腔(例如膀胱)变化信号，优选为独立产品。

在示例性实施例中，本产品可包括至少一个换能器控制器，用于指导生成和/或检测装置，能够确定给定换能器是否放置在正确位置。可以使用身体中的参考点，例如骶骨、直肠、耻骨或女性的宫颈，使用定向装置(例如使用波束控制)进行这种对准。为了在使用过程中(在正常使用寿命的所有姿势下)对校准进行(电子)微调，换能器可在一个方向上包含超过m个换能器元件(m+x)，其中只有上m个元件或下m个元件，或中间的任何m个元件连接到传输电子设备，因此，将光束移动最大x个换能器元件的距离，以微调对准。

在示例性实施例中，本产品可包括用于将产品保持在某个位置的定位器、优选用于确定用户身体姿势的至少一个换能器、用于将产品接触到身体皮肤的接触装置、能量清除器、用于将模拟阵列信号转换为数字化输出信号的ADC，其中所述产品可穿戴且基本平坦。本产品可以定制，例如，可以获得期望的频率和/或功率。所述产品通常包括用于控制所述产品的至少一个处理器，例如用于操纵换能器以提供脉冲和/或用于确定反射脉冲、打开/关闭所述产品等。任选地，所述处理器用于处理数据、生成声音信号和数据通信中的一个或多个。所述产品可包括与换能器、收发器和处理器连接的电力供应器，例如电池、电容器、能量清除器及其组合。电源供应器可以是柔性的，这样它可以调整到与本产品连接的身体的曲率，例如，提高佩戴者的舒适度。所述产品包括一个定位器，用于将所述产品保持在适当的位置。已经发现，为了进行可靠的测量，根据接触方式，产品应保持在原位；在这方面，随时间变化的小偏差(例如相对于原始位置的几毫米)是可以接受的；因此，存在一定的容忍度。

在本产品的示例中，其中的电子产品是IC、ASIC、印刷电路板(PCB)及其变体和组合中的一个或多个。

在本产品的示例中，换能器是MEMS(CMUT或PMUT)、压电(陶瓷或晶体)及其组合中的一个或多个。考虑到成本、可制造性、易磨损性、可更换性等，最好是非常小的产品。

在示例性实施例中，本产品可包括运动传感器，例如加速计、陀螺仪和磁传感器。

在本产品的示例性实施例中，可穿戴产品包括一个集成包。

附图和示例进一步详细说明了本发明，附图和示例是示例性和解释性的，并且不限制本发明的范围。

Claims (19)

1.一种用于超声波束控制的相控阵换能器，包括

以20kHz-50MHz的频率运行的n*m换能器元件阵列，优选其中至少两个相邻换能器元件位于约0.5波长(λ±10％)的相互距离处，优选至少1*m换能器，

用于阵列波束控制的传输控制电子设备，包括至少一个高压脉冲源，优选>12V，其中源连接到低压定时电路，优选<5.5V，用于至少一个脉冲源的定时，

接收控制电子设备，简化以限制处理接收到的超声波时的能耗，其中所述接收控制电子设备选自(i)至少一个且优选所有超声接收换能器元件，其适于确定与整流放大器相关的超声能量，以及与用于添加整流放大器输出的模拟加法器相关的整流放大器，(ii)连接或可连接以接收电子设备的n*m换能器元件的<50％，优选好<20％，以及(iii)其组合，以及

与阵列电连接的电源或用于向阵列提供电源的电连接。

2.根据权利要求1所述的相控阵换能器，其中所述整流放大器选自二极管、二次放大器、用于将负振幅转换为正振幅并保持正振幅的转换器、对数放大器及其变体以及其组合等电路。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的相控阵换能器，其中所述接收控制电子设备适于优化接收中的波束控制，用于至少两个(优选并非全部)超声接收换能器元件。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的相控阵换能器，其中所述模拟加法器适于将所述接收信号的正相位振幅和负相位振幅相加。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的相控阵换能器，每个换能器元件包括一个高压脉冲传输源，其中源最好相同。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的相控阵换能器，包括用于向所述换能器元件施加电压的电压控制器。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的相控阵换能器，其中所述接收控制电子设备连接或可连接到<50％的所述接收换能器元件，例如<20％的所述接收换能器元件，和/或其中选择连接的或可连接的接收换能器元件，使得k个未连接的换能器元件位于连接的换能器元件之间，其中k从1-7中选择，优选其中k为2-6，更优选其中k为3-5，例如k为3。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的相控阵换能器，其中n∈[1-10]且m∈[2-1024]，优选其中n∈[1-3]且m∈[4-128]，更优选其中n∈[1-3]且m∈[8-48]，甚至更优选其中n∈[1,2]且m∈[16-36]，例如

且m∈[24-32]，和/或

其中换能器元件包括MEMS(例如CMUT和PMUT)、体压电材料(例如陶瓷和晶体材料)、压电复合材料、有源压电材料、铁电陶瓷及其组合。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的相控阵换能器，包括长度上至少一系列m个换能器元件，其中所有m个换能器元件一侧的每个电极均与相应的换能器电子设备电连接，其中另一侧的(反)电极i)全部连接在一起，或ii)另一侧的电极分为两半，其中一半电极长度连接到第一电极连接器，另一半电极长度连接到第二电极连接器，或iii)p≥3的电极长度的第p部分连接至第p电极连接器，其中p优选∈[3-5]，垂直于长换能器元件，或iv)其组合。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的相控阵换能器，

其中所述换能器元件能够以相移模式、并行模式、空间扫描模式、强度模式、脉冲模式、谐波模式、其变化及其组合单独、顺序地工作，和/或

其中传输和接收电子设备都直接耦合到换能器元件，优选地，其中传输机的输出电阻高，例如>1MΩ。

11.一种包括根据权利要求1-10中任一项所述的相控阵换能器的产品，其中所述产品优选地选自可穿戴设备、便携式设备、医疗设备、无损检测设备、其变体以及其组合。

12.根据权利要求11所述的产品，其中所述产品是一种小型无线超声波装置，用于发送身体组织、身体血管或体腔(例如膀胱)变化信号，优选为独立装置。

13.根据权利要求11或12所述的产品，包括至少一个换能器控制器，和/或

用于将产品保持在某个位置的定位器，优选用于确定用户身体姿势的至少一个传感器，用于将所述产品接触到身体皮肤的接触装置，能量清除器，用于将模拟阵列信号转换为数字化输出信号的ADC，其中所述产品是可穿戴的且基本平坦。

14.根据权利要求11-13中任一项所述的产品，包括运动传感器、加速计、陀螺仪和磁传感器中的任一个。

15.根据权利要求11-14中任一项所述的产品，其中所述产品电子设备是IC、压电元件、印刷电路板(PCB)及其组合中的一个或多个。

16.根据权利要求11-15中任一项所述的产品，其中所述换能器是MEMS(CMUT或PMUT)、压电(陶瓷或晶体)及其组合中的一个或多个。

17.根据权利要求11-16中任一项所述的产品，其中所述可穿戴产品包括一个集成包。

18.一种根据权利要求11-17中任一项所述的产品的用途，用于测定或监测空腔中的液体体积，例如膀胱、子宫(羊水)、窦、胸膜腔、心包膀胱和血管，例如主动脉，用于检测或监测动脉瘤、感染、肿瘤、脱水、胸腔积液中的至少一种，来自至少一个肾脏、脑积水、人或动物体腔大小的尿液流入率，用于测定肺中的液体体积，用于训练，用于超声成像，作为流量换能器，用于较长时间内(半)连续监测，用于正常生活中的监测，用于监测医院内外或(长期)护理环境，

可选地与另一(第二)设备组合。

19.根据权利要求11-17中任一项所述的操作超声产品的方法，包括以下步骤：

测定膀胱中的液体量，

根据确定的量，采取进一步行动或不采取进一步行动。

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