CN1287738C

CN1287738C - 由压电膜构成的圆柱超声波接收器和收发器

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Publication number: CN1287738C
Application number: CNB018236073A
Authority: CN
Inventors: 伊扎克·兹洛特; 吉迪恩·什霍茨
Original assignee: Pegasus Technologies Ltd
Current assignee: Pegasus Technologies Ltd
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2021-09-06
Also published as: JP4515092B2; EP1423051A4; KR20040064261A; KR100905145B1; EP1423051A1; CA2459921A1; JP2005502287A; CA2459921C; CN1545397A

Abstract

一种超声波接收器(20)，包括由柔性压电膜构成的中空圆柱体(22)，该中空圆柱体具有外表面(24)、内表面(26)、中心轴线(28)和平行于中心轴线(28)测量的高度。由施加在该表面上的导电材料构成感应电极，而由施加在外表面(24)上的导电材料构成接地电极(32)。由支持结构来支持中空圆柱体(22)，该支持结构被构造为使得振动波能够围绕中空圆柱体(22)的大部分在圆周方向上传播。该感应电极被构造为沿该高度的主要部分在基本平行于中心轴线(28)的延伸方向上延伸的条，该条与中心轴线(28)的对向界定角不超过90°。

Description

由压电膜构成的圆柱超声波接收器和收发器

技术领域

本发明涉及超声波换能器，特别涉及由压电膜构成的圆柱超声波接收器和收发器，及其它们在数字化器系统中的应用。

背景技术

众所周知，可在数字化器系统中使用圆柱超声波换能器来发射超声波信号。圆柱的形式可提供全向的信号发射，并可通过提供类似于点(更精确地说，线)源的效果来简化传播时间的几何计算。在授予De Bruyne的美国专利No.4,758,691中对这些优点进行了详细说明。圆柱超声波换能器的另一优点在于，它们能够围绕着要测量位置的元件进行对中。这在PCT公报WO98/40838中所述的绘图仪数字化器系统中得到了应用。

在结构上，已经提出了许多不同类型的圆柱换能器。De Bruyne的专利提出了一种“Sell换能器”，这是由多个圆柱层的复杂排列(用以产生大约20微米的柱状气隙)而形成的一种电容器件。这种结构的制造成本高，可靠性差。

已在医疗应用领域中提出的第二种类型的换能器是基于压电元件的。可在授予Breyer等人的美国专利No.4,706,681中找到这种类型的医用换能器的示例，其中公开了一种超声波标记器。这里，将圆柱压电环夹在两个电极之间。在电极上施加交变电压使该环振动，由此发出呈放射状传播的超声波信号。

理论上，任何超声波换能器均能够用作为发射器和接收器。然而，实际上，许多因素导致许多发射器结构无法有效地作为接收器。对于圆柱元件尤其如此，在圆柱元件中，通过使用相对高的能量对其进行激励，使得几乎整个柱面都用于广角发射，但是只有一小部分柱面能够正确地定向，以从给定的方向接收输入的信号。此外，该换能器的大的无效区域的固有电容会吸收所接收的信号的大部分振幅，使换能器作为接收器变得不灵敏。

通常，在换能器领域中，大部分工作被投入到基于压电膜(例如PVDF)的器件的开发上。通常通过选择性地在表面区域上印刷导电墨水来在该膜的相对表面上形成导电电极。这些膜的制造成本低廉，并能够承受大范围的工作条件，包括暴露在潮湿的环境中。

尽管采用压电膜可以相对简单地实现圆柱超声波换能器，但是接收器的实现会引起上述圆柱接收器的总体复杂化之外的其它问题。具体来说，参考图1和2，图中显示的是由压电膜构成的自由悬挂圆柱10的平面示意图。图1显示的是它的松弛状态，而图2显示的是圆柱10对输入超声波信号的波阵面12的响应。由于压电膜是柔性的，所以信号12的振动产生绕圆柱10传播的波(为清楚起见对其进行了夸大)。该压电膜的挠曲方向和程度随着围绕该圆柱产生的波形而变化，导致在电极之间产生的电势感应反向。结果，由压电膜产生的大部分电势耗散在电极内的局部涡流中，极大地降低了在电极之间测量到的总体信号电压。

采用压电膜实现圆柱超声波换能器的另一个问题是，电极会作为天线接收到不希望的电磁辐射，这会导致很低的信噪比。

因此，需要一种采用压电膜的圆柱超声波接收器结构。

发明内容

本发明为采用压电膜的圆柱超声波接收器结构。

根据本发明的原理，提供了一种超声波接收器，其包括：(a)由柔性压电膜构成的中空圆柱体，该中空圆柱体具有外表面、内表面、中心轴线和平行于该中心轴线测量的高度；(b)由施加到该内表面上的导电材料构成的感应电极；(c)由施加到该外表面上的导电材料构成的接地电极；和(d)用于支持该中空圆柱体的支持结构，该支持结构被构造为支持该中空圆柱体，使得振动波可以围绕该中空圆柱体的大部分在圆周方向上传播，其中，将该感应电极形成为沿着该高度的大部分在基本上平行于该中心轴线的延伸方向上延伸的条，该条与该中心轴线的对向定界角不超过90°。

根据本发明的进一步的特征，该条与该中心轴线的对向定界角不超过30°。

根据本发明的进一步的特征，该接地电极在外表面的大部分上延伸。

根据本发明的进一步的特征，还提供了由导电材料构成的至少一个附加电极，该导电材料以不与感应电极连接的方式施加在内表面上。

根据本发明的进一步的特征，该至少一个附加电极在内表面的大部分上延伸。

根据本发明的进一步的特征，该至少一个附加电极接地。

根据本发明的进一步的特征，该超声波收发器被构造为可另外作为超声波发射器使用，由此用作为超声波收发器，该超声波收发器还包括一控制模块，该控制模块包括：(a)与该感应电极电连接的接收器电路；(b)发射器电路；和(c)与从该接地电极和该附加电极中选择的激励电极相关联的切换系统，该切换系统被构造为交替地将该激励电极电连接到发射器电路和地。

根据本发明的进一步的特征，该支持结构包括设置在该中空圆柱体内的导电芯元件，将该导电芯元件电接地，该导电芯元件设置为可以避免该导电芯元件与感应电极电接触。根据一个优选实施例，该导电芯元件为金属芯元件。根据一另选实施例，该导电芯元件由导电泡沫构成。

根据本发明的进一步的特征，将该柔性压电膜实现为PVDF膜。

根据本发明的进一步的特征，将该感应电极和该接地电极实现为透明的电极。

根据本发明的原理，还提供了一种用于操作超声波收发器以接收和发射超声波信号的方法，该方法包括以下步骤：(a)提供一种超声波收发器结构，该结构包括：(i)由柔性压电膜构成的中空圆柱体，该中空圆柱体具有外表面、内表面、中心轴线和平行于该中心轴线测量的高度，安装该中空圆柱体，使得振动波能够围绕该中空圆柱体的大部分在圆周方向上传播，(ii)由施加到内表面上的导电材料构成的感应电极，将该感应电极形成为沿该高度的大部分在平行于该中心轴线的延伸方向上延伸的窄条，该条与中心轴线的对向定界角不超过90°，(iii)由导电材料构成的至少一个附加内部电极，施加该导电材料以使其以不与该感应电极连接的方式在内表面的大部分上延伸，和(iv)由导电材料构成的至少一个外部电极，施加该导电材料以使其在外表面的大部分上延伸；(b)通过以下方法接收超声波信号：(i)将附加内部电极和外部电极接地，和(ii)将感应电极与接收器电路电连接；和(c)通过向所述附加内部电极中的至少一个和所述外部电极中的至少一个或者通过向所述附加内部电极中的至少一个或所述外部电极中的至少一个施加驱动电压。

根据本发明的原理，还提供了一种方法，用以操作用于确定可移动元件的位置的系统，该系统包括：第一组可移动超声波换能器，包括与可移动元件相关联的至少一个超声波换能器，和包含通过安装在基座单元上而保持固定几何关系的至少两个超声波换能器的第二组固定超声波换能器，该操作方法包括：(a)在测量模式下操作该系统，其中：(i)第一组和第二组超声波换能器中的一组发射至少一个测量信号，该测量信号由第一组和第二组中的另一组中的超声波换能器接收，并且(ii)通过测量该至少一个测量信号的传播时间来得到该可移动元件的位置；和(b)在校准模式下间歇性地操作该系统，其中：(i)来自第二组的至少一个超声波换能器发射校准信号，并且来自第二组的至少一个其它超声波换能器接收该校准信号，和(ii)通过测量该校准信号的传播时间来得到校准信息。

根据本发明的其它特征，将来自第二组的至少一个超声波换能器实现为上述圆柱超声波换能器结构。

根据本发明的原理，还提供了一种方法，该方法为用于给定频率的超声波信号的超声波换能器提供机械保护，同时使对超声波信号的干涉最小，该方法包括在该换能器边上设置保护格栅，该格栅具有以特定的空间频率分隔的多个开口，该空间频率小于空气中该给定频率的超声波信号的波长的大约二分之一，优选为小于该波长的大约四分之一。对于圆柱换能器，优选地将该格栅构造为围绕该换能器的柱面格栅。

附图说明

在此参照附图仅以示例的方式来描述本发明，其中：

图1显示的是由压电膜构成的处于松弛状态的自由悬挂圆柱的平面示意图；

图2显示的是当暴露在超声波信号中时图1所示圆柱的示意图；

图3显示的是根据本发明的原理构造和操作的圆柱超声波收发器的立体图；

图4A和4B分别为用于图1的圆柱超声波收发器中的压电膜的外表面和内表面的平面图，显示了施加到每个表面上的电极图案的形式；

图4C为图4A和4B的压电膜在其圆柱结构状态下的平面示意图；

图5为图1的圆柱超声波收发器的金属芯元件的立体图；

图6为可用作为图5的芯元件的另选方案的导电泡沫芯元件的立体图；

图7A和7B是显示用于采用导电胶与图1的圆柱超声波收发器形成电接触的第一技术的立体示意图；

图8是显示用于采用弹簧连接与图1的柱状超声波收发器形成电接触的第二技术的立体示意图；

图9是显示用于采用插脚与图1的圆柱超声波收发器形成电接触的第三技术的立体示意图；

图10A为用于图1的圆柱超声波收发器中的压电膜的平面示意图，显示了接头的另选构造；

图10B是显示卷成圆柱形状的图10A的膜的立体示意图；

图11是显示包括图1的圆柱超声波收发器的收发器组件的主要部件的框图；

图12A示意性地表示了用于确定可移动元件位置的系统的操作，该系统根据本发明的原理进行构造和操作，并以主操作模式工作；

图12B示意性地表示了进行自校准操作时图12A的系统的操作；

图13A示意性地表示了根据本发明的原理构造和操作、并在主操作模式工作的用于确定可移动元件位置的另选系统的操作；

图13B示意性地表示了进行自校准操作时图13A的系统的操作；和

图14为根据本发明的原理构造和操作的与超声波换能器一起使用的保护格栅的立体示意图。

具体实施方式

本发明为由压电膜构成的圆柱超声波接收器或收发器。本发明还提供这种收发器在数字化器系统中的应用。

参照附图和附加的描述可以更好地理解根据本发明的接收器和收发器的原理和操作。

现参照附图，图3-11显示了根据本发明的原理构造和操作的超声波接收器(总的指示为20)的不同方面及其相关的组件。

总的说来，接收器20包括主要由柔性压电膜构成的中空圆柱体22，中空圆柱体22具有外表面24、内表面26、中心轴线28和平行于轴线28测量的高度h。在内表面26上施加有由导电材料构成的感应电极30。接地电极32由施加在外表面24上的导电材料构成。圆柱体22由支持结构支持，在此由芯元件34表示支持结构，将其构造为支持该中空圆柱体，使得振动波能够围绕着中空圆柱体22的大部分在圆周方向上传播。

本发明的最优选实施例的一个特殊特征在于，将感应电极30形成为沿高度h的大部分在平行于中心轴线28的延伸方向上延伸的条，并且与中心轴线28的对向定界角α不超过90°(见图4C)。条30的尺寸优选为小于圆柱体22中由预定工作频率的超声波振动导致的振动的波长的大约1/4。在大多数情况下，对尺寸进行选择使得圆柱体22只支持大约1种振动波长(而不是图2中示意性所示的大约3种波长)，以使干涉效应等最小。因此，只要条30与中心轴线28的对向定界角α不超过90°，就可以极大地避免相位抵消的问题。然而，优选地，通常将条30的宽度选择为使得与中心轴线28的对向定界角α在大约20°到大约30°之间。

通过再次参照图1和2可以理解接收器20的工作原理。如上所述，入射压力波会引起围绕圆柱体外围传播的振动波。结果，圆柱体表面上任意设置的局部传感器也会受到基本相同的振动，而与压力波入射的方向无关。同时，由于相对于通过该膜传播的振动的波长来说，感应电极30的周向尺寸很小，所以可避免上述相位抵消和大电容的问题。结果是高效的广角超声波接收器。通过以下更详细的描述，本发明的构造的这些和其它优点将变得更加明显。

对于材料，应该注意，可采用任何压电膜材料和合适的导电电极材料来实施本发明。膜本身最好的示例为聚偏氟乙稀(PVDF)。极化方向应该围绕圆柱体在圆周方向上取向。由于其宽的频带响应，使用这种膜可提供特殊的优点。具体来说，已经发现，基于压电陶瓷的传统窄频带接收器会将信号噪声转移到测量频率范围中，大大地降低了信噪比。相反，已经发现本发明的宽频带接收器能够提供得到很大改善的信噪比，本发明的宽频带接收器可与后续的滤波结合使用，以识别所关心的信号。

用于电极的合适的导电材料包括但不限于含炭、银和金的成分。在需要透明结构的应用中，可使用透明导电材料。

如前所述，与采用压电膜实施圆柱超声波换能器相关的一个主要问题是电极具有作为电磁(EM)辐射天线的倾向。为了使该问题最小化或消除该问题，本发明的优选实施例包括一个或多个有助于屏蔽感应电极30使其免受EM辐射的特征，如现将详细描述的。

首先，接地电极32优选地在膜的外表面24的大部分上延伸。这会形成一个围绕感应电极30的导电壳，由此将电磁场排除所容纳的体积之外。顺便提一下，这是优选地将感应电极30设置在压电膜的内表面上而不是外表面上的原因。

优选地，通过提供由不与感应电极连接的方式施加在内表面上的导电材料形成的附加接地电极36来提供另外的屏蔽。优选地，附加电极36在内表面26的大部分上延伸。在需要两个或更多个分离区域的情况下，优选地可以通过导电材料的桥接部分38将它们进行电连接，如图4B所示。

优选地，通过采用电接地的导电芯元件34来进一步改善EM屏蔽或作为EM屏蔽的另选方案，该导电芯元件34设置在圆柱体22内，避免与感应电极30电接触。尽管不是必需的，但是芯元件34通常为圆柱体22的支持结构的一部分。

图5显示了作为金属芯元件的芯元件34的一个优选实施例，该芯元件34可以是如所示的实心的或者是中空的。为了确保圆柱体22的膜可以自由地振动，这里将芯元件34形成为在高度的大部分上具有直径缩小部分38。在特定的情况下，由直径缩小部分34定义的非接触区域足以有效地避免与感应电极30的电接触。另选地，可在芯元件34和感应电极30之间插入附加绝缘层。

图6显示了由导电泡沫形成的芯元件34的另选实施例。在这种情况下，芯元件34和圆柱体22之间的接触通常不会明显干扰圆柱体22内的振动的传播。在这种情况下，在芯元件34和感应电极30之间通常需要附加绝缘层。

为了使用接收器20，必须在各种电极和相关电路的适当电元件之间明确地进行适当的电连接(稍后描述)。应该注意，在压电器件设计领域已知很多种类的有效连接结构。然而，出于完整性考虑，将对多种连接结构进行简单的说明，这些连接结构被认为是特别优选的。

首先，参照图3、4A和4B，应该注意，将圆柱体22的优选形式构造为从其上伸出承载所有电触点的接头40。图7A-7B、图8和图9分别显示了用于将这些触点与印刷电路板(PCB)的相应触点相连的三种技术。

根据图7A-7B的技术，接头40对准并紧压着PCB的相应触点42，通过在每个触点位置上滴上一滴导电胶44来制备触点42。

根据图8的技术，将接头40压在PCB和一个或多个弹簧元件46之间。在PCB和弹簧中的一个上设置电触点，或者通常在二者之上都设置电触点。

根据图9的技术，将多个导电插脚48穿过接头40的触点部分插入，并与PCB上相应的插孔接合。

转到图10A和10B，显示了压电膜的另选构造，其中，触点接头40a和40b从圆柱体22轴向延伸，而不是切向延伸。在其它方面，该构造与图3-4的构造完全类似。

尽管到目前为止将器件20作为超声波接收器进行了描述，但是如现将描述的，同样的结构也非常适合于在收发器系统中使用，即用于接收和发送信号。再次参照图4B，注意，附加电极36优选地覆盖表面26的大部分区域与接地电极32相对。这样，施加在这两个电极之间的驱动电势能够非常有效地产生超声波信号，这与传统的圆柱超声波发射器的操作类似。

如前所述，优选地，在超声波信号的接收过程中，将接地电极32和附加电极36均接地以实现屏蔽。为了保持该优点，当需要发射时，可使用切换系统来选择性地将接地电极中的一个的连接切换到发射器电路。

这样，参照图11，显示了采用器件20的收发器组件的说明。该收发器组件还包括控制模块50，该控制模块50包括通常通过放大器54与感应电极30电连接的接收器电路52。控制模块50还包括发射器电路56和切换系统58。切换系统58与作为激励电极的接地电极32或附加电极36相关联，交替地将其连接到发射器电路以进行发射和在接收期间将其接地。整个组件通常都在处理器60的控制下工作，处理器60的细节不是本发明的要点。

在工作时，当将该组件用于接收时，附加电极36和外部电极32均接地，由此提供最大可能的电磁屏蔽。当需要发射时，将驱动电压施加给接地电极32或附加电极36，以产生所需的信号。

在这一点上应该注意，在本发明的原理的范围之内可进行许多变化和改进。例如，应该注意，接收器20可使用围绕圆柱体22分布的多于一个的感应电极30。这是有用的，原因有多种。首先，通过单独分析所检测的信号并识别信号之间的相位差，可以根据单个接收器的测量得到大致的方向信息。另选地，在波长与圆柱体22的尺寸相比较短的情况下，可以选择多个公共连接的感应电极的间隔，以实现接收器对所关心的频率的固有调谐。换句话说，对于给定的频率，如果该间隔对应于围绕圆柱体的同相间隔(in-phase spacing)，那么来自各个感应电极的信号将具有相同的符号，并加在一起形成更大的振幅。在其它许多频率处，会出现不同程度的抵消，如以上图2的内容中所述。

如前所述，将圆柱体22优选地构造为只支持由工作频率的超声波信号导致的压电膜内的振动波的大约一个波长。更具体地说，周长的一半(πD/2)优选地等于膜内的振动波的波长。由于该原因，通常将圆柱体的直径选择为与预定工作频率成反比。例如，对于90kHz的工作频率，约为5mm的圆柱体直径通常是优选的。

现再次参照图12A-13B，应该注意，本发明的换能器的收发器功能对于根据本发明的另一个方面的自校准模式的实施特别有用，其提高了用于确定可移动元件位置的系统的精度和可靠性。

通过介绍，应该注意，由于通过空气的音速会随着温度、压力和湿度的改变而产生显著的变化，所以基于超声波传播时间的数字化器系统受到精度问题的困扰。为了补偿这种变化，本发明的这一方面提供了自校准功能，现对其进行描述。

再次参照图12A，示意性地显示了用于确定可移动元件位置的系统，包括与可移动元件72关联的可移动超声波换能器70和通过安装在基座单元78上来保持固定几何关系的至少两个超声波换能器74、76。在此所示的示例中，系统的正常测量模式包括从可移动超声波换能器70发射至少一个测量信号，该测量信号由固定的超声波换能器74和76接收。然后使用该超声波测量信号的传播时间测量来得到可移动元件72的位置。

根据本发明的原理，在校准模式下间歇地操作该系统，其中换能器74从其正常接收功能切换到发射功能，发出由换能器76接收的校准信号。由于换能器74和76之间的距离为由基座单元78的结构限定的固定值，所以可以使用校准信号的传播时间测量来得到表示系统当前所工作的环境中的音速变化的校准信息。然后，可以将该校准信息用于修正可移动元件72的位置偏差。

参照图13A和13B，这些图显示了本发明的该方面的系统的实施例，其中，可移动换能器70用作为接收由固定换能器74和76发射的信号的接收器。在该示例中，通过瞬时地采用换能器76作为接收器接收由换能器74发射的校准信号来实现校准模式。在所有其它方面，本发明的原理与前述的相同。

现参照图14，显示了根据本发明的另一方面的原理构造和操作的保护格栅(总的表示为80)，用于为超声波换能器提供机械保护。

通常，必须为换能器提供机械保护，特别是那些采用容易损坏的压电膜的换能器。由于在换能器的前面存在各种保护结构，所以许多现有的换能器结构容易产生严重的信号失真和/或“盲点”(即发射强度和接收灵敏度受到严重影响的方向)。

为了使这些问题最小化或者消除这些问题，本发明提供了一种保护格栅结构80，其中，开口的周期模式具有不超过λ/2的空间周期(spatialperiod)S，优选地不超过λ/4，这里λ为超声波工作频率在空气中的波长。通过采用具有明显小于现有系统的格栅节距(grating step)S的栅格，对超声波信号产生的方向性影响很小或没有影响。作为实际的示例，对于90kHz的工作频率(对应于空气中约4mm的波长)，已发现1.9mm的格栅节距对信号的发射和接收的影响最小。

为了使信号衰减最小，最好使格栅开口的比例达到最大，该比例应符合结构的机械要求。在上述示例中，格栅的开口面积优选地至少为每个格栅节距内的总面积的大约70％。

尽管在此示意性地显示了矩形形式的栅格，但是很明显，格栅80可以实施为不同的形式，以满足各个具体的应用。这样，对于圆柱换能器(例如上述的那些)，优选地将格栅80实施为具有带有周期间隔S的开口的圆柱套筒。

具体到与书写工具的书写点相关联的换能器，应该注意，换能器20和格栅80的所有部件优选地实现为基本透明的元件(对电极使用透明导电材料，而对栅格80使用透明塑料等)，以达到这样的程度，即超声波换能器的位置可以非常接近并围绕笔尖而不会阻挡用户到笔尖的视线。

可以理解，以上描述仅意在作为示例，在本发明的主旨和范围内，可以有多种其它的实施例。

Claims

1.一种超声波接收器，其包括：

(i)由柔性压电膜形成的中空圆柱体，所述中空圆柱体具有外表面、内表面、中心轴线和平行于所述中心轴线测量的高度；

(ii)由施加在所述内表面上的导电材料形成的感应电极；

(iii)由施加在所述外表面上的导电材料构成的接地电极；和

(iv)用于支持所述中空圆柱体的支持结构，所述支持结构被构造为支持所述中空圆柱体，使得振动波能够围绕所述中空圆柱体的大部分在圆周方向上传播，

其中，所述感应电极被构造为沿所述高度的大部分在基本平行于所述中心轴线的延伸方向上延伸的条，所述条与所述中心轴线的对向定界角不超过90°。

2.根据权利要求1的超声波接收器，其中所述条与所述中心轴线的对向定界角不超过30°。

3.根据权利要求1的超声波接收器，其中所述接地电极在所述外表面的大部分上延伸。

4.根据权利要求3的超声波接收器，还包括由导电材料构成的至少一个附加电极，该导电材料以不与所述感应电极连接的方式施加在所述内表面上。

5.根据权利要求4的超声波接收器，其中所述至少一个附加电极在所述内表面的大部分上延伸。

6.根据权利要求5的超声波接收器，其中所述至少一个附加电极接地。

7.根据权利要求5的超声波接收器，将其构造为另外还用作为超声波发射器，由此用作为超声波收发器，该超声波收发器还包括控制模块，该控制模块包括：

(i)与所述感应电极电连接的接收器电路；

(ii)发射器电路；和

(iii)与从所述接地电极和所述附加电极中选择的激励电极相关联的切换系统，该系统被构造为交替性地将所述激励电极与所述发射器电路和地电连接。

8.根据权利要求1的超声波接收器，其中所述支持结构包括设置在所述中空圆柱体内的导电芯元件，该导电芯元件的设置方式使得可以避免与所述感应电极电接触，所述导电芯元件电接地。

9.根据权利要求8的超声波接收器，其中所述导电芯元件为金属芯元件。

10.根据权利要求8的超声波接收器，其中所述导电芯元件由导电泡沫形成。

11.根据权利要求1的超声波接收器，其中所述柔性压电膜被实施为PVDF膜。

12.根据权利要求1的超声波接收器，其中所述感应电极和所述接地电极被实施为透明的电极。

13.一种用于操作接收和发射超声波信号的超声波收发器的方法，该方法包括以下步骤：

(i)提供超声波收发器结构，该结构包括：

(a)由柔性压电膜构成的中空圆柱体，所述中空圆柱体具有外表面、内表面、中心轴线和平行于所述中心轴线测量的高度，所述中空圆柱体安装为使得振动波能够围绕所述中空圆柱体的大部分在圆周方向上传播，

(b)由施加在所述内表面上导电材料形成的感应电极，所述感应电极被构造为沿所述高度的大部分在基本平行于所述中心轴线的延伸方向上延伸的窄条，所述条与所述中心轴线的对向定界角不超过90°，

(c)由导电材料形成的至少一个附加内部电极，施加该导电材料，使其以不与所述感应电极连接的方式在所述内表面的大部分上延伸，和

(d)由导电材料形成的至少一个外部电极，施加该导电材料，使其在所述外表面的大部分上延伸；

(ii)通过以下步骤接收超声波信号：

(a)将所述附加内部电极和所述外部电极都接地，和

(b)将所述感应电极与接收器电路电连接；和

(iii)通过向所述附加内部电极中的至少一个和所述外部电极中的至少一个或者通过向所述附加内部电极中的至少一个或所述外部电极中的至少一个施加驱动电压来发射超声波信号。