ES2938849T3 - Transductor de múltiples celdas - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un dispositivo transductor que tiene una matriz plana de celdas electroacústicas, cada una de las cuales incluye una unidad bicapa piezoeléctrica. El dispositivo transductor logra una alta sensibilidad de transmisión a través de un amplio ancho de banda. El dispositivo transductor puede estar diseñado para tener un patrón de directividad amplio o enfocado, o puede ser multifrecuencia, dependiendo de la aplicación particular y tiene una gama de aplicaciones. Por ejemplo, el dispositivo transductor se puede usar con un sensor de resonancia pasivo excitable ultrasónicamente implantado, para excitar el sensor y/o interrogar al sensor, por ejemplo, junto con un análisis basado en Doppler de la frecuencia de resonancia del sensor, y/o para localizar un sensor implantado. La invención también se refiere a un método de fabricación del dispositivo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Transductor de múltiples celdas

Campo de invención

Esta invención se refiere a un transductor electroacústico novedoso, en particular a un transductor de múltiples celdas, a un transmisor ultrasónico que incorpora tal transductor de múltiples celdas y a un método de fabricación de tal transductor electroacústico.

Antecedentes de la invención

Los transductores electroacústicos convierten la energía eléctrica en oscilaciones mecánicas a una frecuencia en el rango acústico, por ejemplo, en el rango sónico o ultrasónico, y/o pueden recibir tales ondas sonoras y convertir la energía mecánica en energía eléctrica. Tal conversión puede lograrse, por ejemplo, mediante dispositivos piezoeléctricos. Los dispositivos piezoeléctricos pueden tener una estructura en capas, que incluye una o dos capas piezoeléctricas y una capa flexible que puede vibrar, que normalmente es de metal, pero también puede ser de un material no metálico.

El documento WO 1997/008761 A1 da a conocer una unidad transductora ultrasónica para la detección de bordes de banda que incluye múltiples elementos (27, 28) transductores unidos a una única placa (30) conductora de sonido. Los elementos transductores son preferiblemente discos piezoeléctricos, y la placa conductora de sonido está formada preferiblemente por microesferas de vidrio huecas en una matriz epoxídica. Múltiples elementos transductores pueden colocarse en la placa conductora de sonido en diversas disposiciones geométricas. Las unidades transductoras según la presente invención pueden montarse en un cabezal de detector de bordes de banda, de manera que pares de elementos transductores de transmisión y recepción están orientados entre sí a través de un espacio de detección a través del cual se hace pasar la banda de material. Los elementos transductores individuales dentro de cada unidad transductora se activan para transmitir/recibir un haz ultrasónico en un patrón seleccionado para proporcionar tanto detección de borde de banda como compensación de señal ultrasónica para condiciones ambientales variables en el espacio de detección. Cada unidad transductora puede incluir un espaciador (33) unido a la placa conductora de sonido y que rodea los elementos transductores y una placa (37) de sellado unida al espaciador para encerrar los elementos transductores dentro de la unidad transductora. Circuitos de control de los elementos transductores pueden estar montados en una porción de la placa de sellado que forma una placa de circuito que está conectada eléctricamente al elemento transductor y a un controlador principal externo al cabezal de detector.

El documento US 2008/290757 se refiere a un método para fabricar un transductor electroacústico de múltiples celdas. El método comprende: colocar sobre una superficie plana una base de sujeción por vacío y alinear una matriz de discos piezoeléctricos sobre dicha base de sujeción por vacío y generar un vacío a través de dicha base de sujeción por vacío. La capa de carriles se dispone después de colocar una primera capa de elementos de PZT. A continuación, se dispone una segunda capa de elementos de PZT encima de la capa de carriles. La base forma una parte integral del transductor y no se retira.

La eficiencia de un transmisor acústico es una función de las eficiencias de transducción mecánica y de radiación del dispositivo, y la eficiencia total de un transmisor de un solo elemento que tiene un transductor puede ser baja incluso cuando la tasa de transducción mecánica es alta. La combinación de varios transductores en una matriz puede superar algunas de las deficiencias del transmisor de un solo elemento, incluyendo la concentración de la potencia acústica disponible en un haz, produciendo de ese modo un nivel de fuente aumentado. Decarpigny, J.N. et al., “The design of low-frequency underwater acoustic projectors: Present status and future trends”, IEEE J. Oceanic Eng., vol.

16, n.° 1, págs. 107-122, enero de 1991; Wilson, O.B., “Introduction to Theory and Design of Sonar Transducers”, en 159, Peninsula Publishing, Los Altos, CA, 1988. Las matrices también pueden mejorar la relación señal/ruido y la sensibilidad. Para una señal acústica dada, una matriz puede generar tensiones más altas cuando las unidades están conectadas en serie y puede generar corrientes más altas cuando las unidades están conectadas en paralelo. Abbott, WL, “Performance testing of sonar transducers”, Sound and Vibration, vol. 19, n.° 12, pág. 8, 1985. Sin embargo, las interacciones entre elementos individuales de matrices estrechamente empaquetadas pueden conducir a diferentes cargas acústicas en cada elemento transductor, dependiendo de su ubicación en la matriz, lo que puede conducir a variaciones en la velocidad de volumen de cada elemento en la matriz. Sherman, CH, “Analysis of acoustic interactions in transducer arrays”, IEEE Trans. Sonics and Ultrasonics, SU-13, n.° 1, pág. 9-15, 1966. Esto puede provocar variaciones significativas en la intensidad de volumen de cada elemento de matriz. Por tanto, a pesar de las mejoras en las relaciones de potencia y señal con respecto a ruido que puede proporcionar una matriz de transductores, las interacciones entre los elementos de la matriz pueden reducir realmente la potencia de salida acústica; en casos extremos, los elementos individuales de la matriz pueden tener una resistencia a la radiación negativa y realmente pueden absorber energía acústica. Tales interacciones pueden ser especialmente problemáticas cuando los elementos transductores son pequeños en comparación con la longitud de onda del campo radiado y cuando tienen una alta eficiencia.

Los transductores electroacústicos pueden usarse en altavoces, micrófonos y transceptores ultrasónicos. En el campo de los dispositivos médicos, tales transductores pueden usarse conjuntamente con sensores resonantes implantables, por ejemplo, sensores resonantes pasivos que pueden excitarse ultrasónicamente, tal como se describe, por ejemplo, en las patentes estadounidenses n.os 7.134.341 concedida a Girmonsky, 5.619.997 concedida a Kaplan y 5.989.190 concedida a Kaplan. En tales sistemas, el transductor electroacústico es una unidad externa que genera ondas ultrasónicas como entrada al sensor implantado y puede recibir señales ultrasónicas procedentes del sensor implantado que representan información sobre el mensurando detectado por el sensor, convirtiendo esas señales en señales eléctricas para su procesamiento en un formato legible por el usuario.

Los dispositivos emisores de ultrasonidos disponibles comercialmente que tienen transductores electroacústicos generalmente son grandes y voluminosos con una sensibilidad de transmisión y un ancho de banda insuficientes para un uso óptimo con sensores implantados. La alta sensibilidad de transmisión y el gran ancho de banda son características deseables porque proporcionan una comunicación más precisa y eficiente entre la unidad externa y el sensor implantado. Otras características físicas tales como perfil bajo y peso ligero también son características deseables en tales aplicaciones, porque el transductor puede unirse a o usarse sobre o dentro del cuerpo humano. Por tanto, existe la necesidad en la técnica de un transductor electroacústico que tenga tales características físicas ventajosas.

Sumario de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo transductor electroacústico según la reivindicación 1 y a un procedimiento de fabricación según la reivindicación 15.

El dispositivo transductor electroacústico de la invención es un transmisor acústico que comprende una pluralidad de celdas electroacústicas dispuestas en una matriz de paneles sustancialmente planos. Cada componente de transducción del dispositivo es una celda que contiene una “bicapa” que comprende un elemento activo y una base inerte. El elemento activo es preferiblemente un disco piezoeléctrico. La base inerte es una placa de flexión que preferiblemente es conductora y puede estar metalizada en un lado. En particular, cada celda del dispositivo transductor de la invención puede incluir un disco piezoeléctrico unido a una placa de flexión y conectado a cables eléctricos, para formar una unidad bicapa piezoeléctrica.

Una capa de carriles comprende una capa de material que forma una pluralidad de aberturas, cuya ubicación, forma y diámetro corresponden a las celdas. La altura de la capa de carriles define la profundidad de una cavidad de celda. Los carriles, también denominados en el presente documento paredes, separan celdas adyacentes.

El dispositivo transductor de la invención tiene un primer lado que está orientado hacia el cuerpo o entorno hacia el que van a transmitirse las ondas ultrasónicas, y también puede denominarse la “parte delantera” del dispositivo. El primer lado incluye opcionalmente una capa de acoplamiento, que tiene una superficie que entra en contacto, por ejemplo, con el cuerpo. El dispositivo transductor tiene un segundo lado, que en algunas realizaciones comprende una capa de refuerzo unida a la capa de carriles. La capa de refuerzo puede proporcionar soporte mecánico y restricción de placa. Sin querer restringirse a la teoría, la masa de la capa de refuerzo puede facilitar la absorción de la energía emitida hacia el lado posterior del transductor. La reducción de la energía emitida hacia la parte posterior dará como resultado un dispositivo más eficiente en el que se pretende que la energía ultrasónica sea direccional y se dirija hacia la parte delantera del dispositivo. La masa de la capa de refuerzo puede ayudar a ampliar el ancho de banda de frecuencia de la respuesta de presión transmitida hacia la parte delantera del dispositivo.

Los materiales y el diseño del dispositivo transductor permiten que el transmisor acústico logre una mayor sensibilidad de transmisión a través de un mayor ancho de banda de la frecuencia de sonido mientras mantiene ventajosamente un perfil más bajo y un peso más ligero que los transductores electroacústicos convencionales que tienen la misma área superficial.

El dispositivo transductor tiene una amplia variedad de aplicaciones. Debido a que el dispositivo transductor electroacústico es comparativamente pequeño y tiene una rigidez plana baja, es especialmente útil cuando se desea un contacto estrecho con la piel, porque las ondas ultrasónicas pueden transmitirse eficazmente al interior del cuerpo. Además de aplicaciones tales como un dispositivo de diagnóstico médico, el dispositivo transductor de la invención también puede tener una aplicación submarina civil o militar, por ejemplo, como navegación submarina con Sonar de Apertura Sintética (SAR), sondeo de profundidad, mapeo oceánico y comunicaciones submarinas. Una aplicación a modo de ejemplo no limitativa para el transductor de la invención es con sensores ultrasónicos implantables, en particular sensores resonantes pasivos que pueden excitarse ultrasónicamente. Tales sensores resonantes pasivos que pueden excitarse ultrasónicamente incluyen un elemento resonante, tal como una membrana, y funcionan sin entrada eléctrica directa. El elemento resonante del sensor implantado se activa mediante energía ultrasónica procedente del exterior del cuerpo, resuena a una frecuencia que varía en función de una variable fisiológica del entorno de medición y devuelve señales ultrasónicas a partir de las cuales puede calcularse esa frecuencia de resonancia. Los ejemplos de sensores resonantes pasivos que pueden excitarse ultrasónicamente que pueden usarse con la presente invención se describen en las patentes estadounidenses n.os 5.619.997, 5.989.190, 6.083.165, 6.331.163, 7.415.883 y 8.162.839 concedida a Kaplan, y la patente estadounidense n.° 7.134.341 concedida a Girmonsky et al. Debido a que puede hacerse funcionar con alta sensibilidad de transmisión a lo largo de los anchos de banda de las frecuencias de trabajo de tales sensores, el dispositivo transductor electroacústico de la presente invención es particularmente adecuado para analizar un sensor resonante pasivo que puede excitarse ultrasónicamente implantado.

El transmisor acústico de la presente solicitud puede usarse para generar a partir de señales eléctricas las ondas ultrasónicas que se comunican con el sensor resonante ubicado de manera remota, por ejemplo, implantado, incluyendo señales ultrasónicas de baja frecuencia para excitar el elemento resonante del sensor, por ejemplo, una membrana vibratoria, con un haz ultrasónico de excitación. El dispositivo transductor también puede emitir ondas portadoras de alta frecuencia al sensor y/o recibir las señales ultrasónicas, por ejemplo, señales reflejadas o moduladas, procedentes del sensor y convertirlas en señales eléctricas para leer la salida del sensor. El dispositivo acústico puede tener un campo acústico amplio o un campo acústico estrecho. El diseño del dispositivo transductor para que tenga un amplio campo acústico permite la excitación ultrasónica de un área grande. Es deseable un campo acústico amplio donde, por ejemplo, se usará un método de desplazamiento Doppler para diferenciar lo que es resonante y lo que no lo es y para determinar la frecuencia de resonancia de un sensor resonante que puede excitarse ultrasónicamente, como se describe, por ejemplo, en detalle en la patente estadounidense n.° 7.134.341 concedida a Girmonsky. Diseñar el transductor para que tenga un campo acústico estrecho es útil cuando se quiere dirigir el campo de excitación en una dirección particular.

Por tanto, un objeto de la invención es proporcionar un transductor electroacústico ligero que tenga un perfil bajo, pero una alta sensibilidad, un gran ancho de banda de frecuencia y un amplio campo acústico.

El transductor también puede estar diseñado para tener un campo de excitación que esté más orientado y, por tanto, sea más dirigible. Por tanto, también es un objeto de la invención proporcionar un transductor electroacústico ligero que tenga un perfil bajo, alta sensibilidad, gran ancho de banda de frecuencia y un campo acústico estrecho.

También es un objeto de la invención proporcionar un transductor de múltiples elementos que tenga más de un rango de funcionamiento, en particular un transductor multifrecuencia. Los diferentes intervalos de frecuencia pueden funcionar de manera independiente o conjunta.

La presente invención también se refiere al procedimiento de fabricación del transductor electroacústico, que implica producir un conjunto de la placa de flexión, un conjunto independiente del disco piezoeléctrico para la pluralidad de celdas, y posteriormente unir los dos conjuntos entre sí.

Otro objeto de la invención es proporcionar un método para fabricar un transductor electroacústico que tiene un perfil bajo, alta sensibilidad y un amplio campo acústico.

Aún otro objeto de la invención es proporcionar un método para fabricar un transductor electroacústico que tiene un perfil bajo, alta sensibilidad y un estrecho campo acústico.

El efecto colectivo de la matriz plana de celdas según la invención proporciona al dispositivo transductor la ventaja de una mayor sensibilidad operando a lo largo de un ancho de banda mayor en comparación con los transductores de una sola celda. La construcción del transductor también proporciona un dispositivo ligero y de perfil bajo con un diseño flexible con el que es relativamente económico obtener un prototipo. El transductor de la invención puede diseñarse para proporcionar una intensidad de campo, frecuencia y anchura de campo o una combinación de frecuencias apropiados para una variedad de aplicaciones.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención puede entenderse y apreciarse más completamente a partir de la siguiente descripción detallada tomada conjuntamente con los dibujos, en los que:

Las figuras 1A-1C ilustran las capas de una realización del transductor de múltiples celdas según la invención, desde una vista en perspectiva elevada.

La figura 2A es una ilustración esquemática de una celda piezoeléctrica, mostrada en sección transversal, según la invención.

La figura 28 es una ilustración esquemática de otra celda piezoeléctrica, mostrada en sección transversal, según la invención.

La figura 2C es una ilustración esquemática de otra celda piezoeléctrica, mostrada en sección transversal, según la invención.

La figura 3 es una ilustración esquemática de dos celdas piezoeléctricas adyacentes, según la invención, mostradas en sección transversal, según la invención.

La figura 4 ilustra la sensibilidad de transmisión para una sola celda piezoeléctrica en función de la frecuencia para diversos materiales de PZT.

La figura 5 ilustra la sensibilidad de transmisión para una sola celda piezoeléctrica en función de la razón del diámetro del disco con respecto al de la placa.

La figura 6A ilustra la sensibilidad de transmisión para una sola celda piezoeléctrica en función del paso.

La figura 6B ilustra la correlación entre el paso y la sensibilidad de transmisión para una sola celda piezoeléctrica. La figura 7 ilustra una realización de un diseño de disposición de celdas para un transductor de múltiples celdas según la invención: un disco sólido.

Las figuras 8A y 8B ilustran realizaciones de un diseño de disposición de celdas para un transductor de múltiples celdas según la invención: un disco con un orificio central (agujero), teniendo la realización de la figura 8B un diámetro de disco mayor, y por tanto más celdas, que la realización de la figura 8A.

La figura 9 ilustra los patrones de haz a diferentes frecuencias para una realización de diseño electroacústico como la mostrada en la figura 7.

La figura 10 ilustra los patrones de haz a diferentes frecuencias para una realización de diseño electroacústico como la mostrada en la figura 8A.

La figura 11 ilustra los patrones de haz a diferentes frecuencias para otra realización de diseño electroacústico como la mostrada en la figura 8B.

La figura 12 es un gráfico de sensibilidad de transmisión para una realización de una celda que tiene carriles altos compuestos por latón, para su uso en un dispositivo transductor según la invención.

La figura 13A es un gráfico de sensibilidad de transmisión para una realización de una celda que tiene una capa de refuerzo que es más gruesa que la capa de carriles, para su uso en un dispositivo transductor según la invención, en el que las capas de carriles y refuerzo están ambas compuestas por el mismo material, latón.

La figura 13B es un gráfico de sensibilidad de transmisión para una realización de una celda que tiene una capa de refuerzo que es más gruesa que la capa de carriles, para su uso en un dispositivo transductor según la invención, en el que las capas de carriles y refuerzo están compuestas por materiales diferentes, latón y tungsteno-resina epoxídica.

La figura 13C es un gráfico de sensibilidad de transmisión para una realización de una celda que tiene una capa de refuerzo que es más gruesa que la capa de carriles, para su uso en un dispositivo transductor según la invención, en el que las capas de carriles y refuerzo están ambas compuestas por el mismo material, tungsteno-resina epoxídica. La figura 13D es un gráfico de sensibilidad de transmisión para una realización de una celda que tiene una capa de refuerzo que es más gruesa que la capa de carriles, para su uso en un dispositivo transductor según la invención, en el que las capas de carriles y refuerzo están compuestas por materiales diferentes, material compuesto de tungsteno-resina epoxídica y material compuesto de latón.

Las figuras 14A-P ilustran una realización del método de fabricación de un transductor de múltiples celdas según la invención.

Descripción detallada de la invención

La presente invención proporciona un transductor electroacústico de múltiples celdas y un método de fabricar tal transductor. El dispositivo transductor electroacústico de la invención es sustancialmente plano, comprendiendo una pluralidad de celdas en un plano. El componente de transducción comprende una celda, y cada celda puede comprender una unidad bicapa. Específicamente, una matriz de discos piezoeléctricos puede unirse a una placa de flexión, en mosaico en un plano para proporcionar una matriz de unidades bicapa (celdas). La entrada eléctrica a los discos piezoeléctricos puede suministrarse a través de cables. Las celdas electroacústicas convierten las señales eléctricas en señales acústicas ultrasónicas, señales que pueden emitirse direccionalmente con pérdida de energía mínima debido al diseño del dispositivo. A través del efecto colectivo de la pluralidad de celdas, el dispositivo transductor puede lograr una alta sensibilidad de transmisión a través de un gran ancho de banda para proporcionar un amplio campo acústico. La matriz también permite diseños que potencian las propiedades direccionales, lo que permite un haz concentrado de potencia acústica.

Las ventajas de usar una matriz plana de componentes transductores bicapa para el transductor de múltiples celdas de la invención incluyen alta sensibilidad, potencial para un gran ancho de banda, perfil bajo, peso ligero, obtención de prototipos económicos para aplicaciones particulares y diseño flexible del transductor. El gran ancho de banda ventajoso de la presente invención proporciona una respuesta de amplitud de transmisión que proporciona una transmisión acústica eficiente en un amplio intervalo de frecuencias.

En particular, el componente de transducción bicapa del transductor de la invención puede comprender una base inerte y un elemento piezoeléctrico. La matriz bicapa está dividida en una pluralidad de celdas, por una capa de carriles que comprende carriles que definen una pluralidad de aberturas, definiendo cada abertura una cavidad de celda. Los carriles también se denominan en el presente documento paredes. Cada celda tiene su propio diámetro definido por los carriles, y cada celda funciona independientemente, pero la pluralidad de celdas pueden accionarse en paralelo. La capa de carriles también puede tener una altura vertical que ayude a la emisión directa de energía acústica desde la bicapa del componente transductor.

Las celdas piezoeléctricas del transductor de múltiples celdas de la invención pueden tener cualquier forma rotacionalmente simétrica (simetría a lo largo de un eje definido por el centro de la celda). En una realización, las celdas tienen forma y tamaño idénticos. En una realización, las celdas son redondas. En otra realización, las celdas son hexagonales. Aún en otra realización, las celdas son cuadradas. El diámetro de cada celda, entre los carriles, puede ser de una dimensión para obtener una frecuencia deseada. Para algunas realizaciones, el diámetro de cada celda puede ser de entre aproximadamente 4-10 mm, por ejemplo, 6 mm o 7 mm. Las celdas pueden colocarse en mosaico para que tengan una distancia idéntica desde el centro de cualquier celda hasta el centro de cualquier celda adyacente, por ejemplo, colocación en mosaico hexagonal. En una realización, la distribución de celdas puede ser una que proporcione la mayor densidad de empaquetamiento de la pluralidad de celdas en el disco transductor, es decir, con una distancia mínima entre las celdas. Minimizar la anchura de los carriles para disminuir el paso (la distancia entre el centro de las celdas adyacentes) puede proporcionar un ancho de banda aumentado de las frecuencias de trabajo para un dispositivo transductor que tenga un diámetro dado. Cuando las celdas son hexagonales, cada carril puede tener la misma anchura. Por tanto, sin querer restringirse a la teoría, el transductor de la invención puede diseñarse con una densidad de celdas que proporcione una potencia o una densidad de potencia por unidad de área deseada.

El dispositivo transductor puede incluir además una capa de acoplamiento en un primer lado de la matriz y una capa de refuerzo en un segundo lado de la matriz.

El dispositivo transductor incluye preferiblemente una capa de acoplamiento. La capa de acoplamiento está ubicada en un primer lado del dispositivo transductor, en particular, la “parte delantera” del transductor, donde las ondas ultrasónicas se emiten desde el dispositivo y se reciben del entorno, mientras que la capa de refuerzo está ubicada en un segundo lado del dispositivo transductor. La capa de acoplamiento es transparente a las ondas ultrasónicas y preferiblemente está construida a partir de un material que minimiza los desajustes de impedancia acústica cuando las ondas acústicas atraviesan las superficies de contacto entre el entorno, la capa de acoplamiento y la placa de flexión. Dicho de otro modo, la impedancia acústica de la capa de acoplamiento debe ser similar a la del entorno y la placa de flexión para minimizar la reflexión o refracción de las ondas acústicas y también para minimizar los efectos adversos sobre la intensidad, por ejemplo, pérdida de energía acústica y frecuencia de las ondas acústicas. Cuando el dispositivo transductor se usa con un sensor implantado como parte de una unidad externa, por ejemplo, para excitar el sensor y, opcionalmente, para recibir señales del sensor, o para ubicar un sensor, se prefiere que el material de la capa de acoplamiento tenga una impedancia acústica que se aproxime a la de los tejidos blandos del cuerpo. Por tanto, por ejemplo, en tales aplicaciones, la capa de acoplamiento puede tener una impedancia acústica similar a uno o más de agua, tejido o sangre, por ejemplo, en el intervalo de 1,5-1,54 MRayl. La determinación de la impedancia acústica del entorno en el que va a usarse el transductor está dentro de los conocimientos de la técnica. En aplicaciones de diagnóstico médico, la capa de acoplamiento puede tener contacto directo con la piel. Por consiguiente, la capa de acoplamiento puede comprender un material polimérico blando y puede ser biocompatible con la superficie corporal con la que se pretende que entre en contacto.

La capa de refuerzo puede unirse a la capa de carriles, el segundo lado del dispositivo, “sellando” de manera efectiva las cavidades para formar celdas cerradas. Una ventaja de incluir una capa de refuerzo es limitar la transmisión de energía acústica desde la parte posterior del dispositivo, un sentido opuesto al deseado, lo que es menos eficiente y puede cambiar el ancho de banda del dispositivo. Los materiales apropiados para la capa de refuerzo dependerán en parte de las frecuencias de energía acústica que estén usándose y de la estructura general del transductor.

El transductor puede estar diseñado para generar y recibir ondas ultrasónicas de baja frecuencia o, para aplicaciones no médicas, ondas sónicas. Las ondas de baja frecuencia pueden estar, por ejemplo, en el intervalo de aproximadamente 30-200 kHz, aproximadamente 20-160 kHz, aproximadamente 30-100 kHz, aproximadamente 50­ 100 kHz, o aproximadamente 20-80 kHz, o pueden incluir frecuencias de solo 10 kHz o tan bajas como lo exija la aplicación particular. Generalmente es preferible evitar las frecuencias audibles para aplicaciones médicas humanas. Alternativamente, el transductor puede estar diseñado para generar y recibir ondas ultrasónicas de alta frecuencia, por ejemplo, en el intervalo de aproximadamente 1-10 MHz o aproximadamente 1-50 MHz. Alternativamente, el transductor puede diseñarse para generar y recibir una combinación de ondas ultrasónicas (o sónicas) de baja y alta frecuencia, por ejemplo, combinaciones en el intervalo de aproximadamente 30 kHz a aproximadamente 1 MHz o de aproximadamente 20 kHz a aproximadamente 10 MHz.

Se ha encontrado que el diseño de múltiples celdas de la invención produce una mayor sensibilidad de transmisión en comparación con los transductores electroacústicos convencionales con la misma área superficial. Por ejemplo, el diseño de múltiples celdas, cuando se usa dentro de un intervalo de frecuencia de aproximadamente 30-200 kHz, es especialmente adecuado para usarse con un sensor resonante pasivo que puede excitarse ultrasónicamente. El aparato/método de la invención se analiza y explica a continuación con referencia a los dibujos adjuntos. Obsérvese que los dibujos se proporcionan como un ejemplo de comprensión de la presente invención y para ilustrar esquemáticamente realizaciones particulares de la presente invención. Los dibujos no pretenden limitar el alcance de la presente invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Tal como se ilustra en las figuras 1A-1C, en una vista en perspectiva desde abajo, el dispositivo transductor tiene como sus elementos esenciales una placa 11 de flexión, una pluralidad de elementos piezoeléctricos, discos 12a-12c piezoeléctricos, dispuestos en una matriz plana sobre la placa 11 de flexión, y una capa 13 de carriles. La matriz de elementos bicapa (los discos 12a-12c piezoeléctricos activos acoplados a la placa de flexión inerte) comprende el componente de transducción del dispositivo.

Tal como se muestra en la figura 1A, la placa 11 de flexión abarca toda el área del transductor. En particular, la placa 11 de flexión, mostrada en la figura 1A, es la base inerte sobre la que se une una serie de discos 12a-12c piezoeléctricos. Figura 1B.

Generalmente, las capas de placa 11, 111 inerte de flexión y disco 12, 112 piezoeléctrico de la bicapa 20 (figura 2) tendrán no sólo características mecánicas similares sino también un grosor similar (altura en la dirección vertical). Por tanto, por ejemplo, un disco piezoeléctrico de 0,2 mm puede combinarse con una placa de flexión de 0,2 mm. Tal como se usa en el presente documento, los términos “altura” o “altura vertical” se usan indistintamente con “grueso” o “grosor”. En una realización, las características mecánicas de la placa 11, 111 de flexión y el disco 12, 112 piezoeléctrico son similares en el sentido de que el módulo de Young de los materiales de la placa de flexión y el disco piezoeléctrico es del mismo orden de magnitud para lograr una tensión baja en la superficie de contacto durante la deformación por flexión de todo el dispositivo transductor. Puede compensarse la diferencia en el módulo de Young actuando sobre el grosor, también denominado en el presente documento altura vertical, de las dos capas. Por ejemplo, si la placa de flexión está formada por acero inoxidable y el disco piezoeléctrico está formado por PZT-5H, el módulo de Young es de 190 y 61 GPa, respectivamente. Para tener una estructura perfectamente equilibrada, en una realización, la placa de flexión y el disco piezoeléctrico de cada bicapa tienen características mecánicas y altura vertical similares, por ejemplo, la placa de flexión puede formarse con un grosor igual a o de aproximadamente 140 |im y el disco piezoeléctrico puede formarse con un grosor igual a o de aproximadamente 200 |im. En esta realización, la placa de flexión y el disco piezoeléctrico tienen ambos un módulo de Young idéntico. La placa de flexión y los discos piezoeléctricos pueden tener una o más características mecánicas idénticas. En otra realización, tanto la placa de flexión como el disco piezoeléctrico pueden formarse con un grosor idéntico, o altura vertical, de 200 |im. Se prevé que la placa de flexión y el disco piezoeléctrico puedan formarse con una pluralidad de dimensiones alternativas siempre que se mantenga una razón de 1 a 4 para el módulo de Young. El término similar, tal como se usa en el presente documento, abarca cualquier dimensión para la placa de flexión y el disco piezoeléctrico siempre que se mantenga una razón de 1 a 4 para el módulo de Young.

La placa 11 de flexión puede ser una placa conductora (por ejemplo, metalizada en al menos un lado) y puede fabricarse a partir de cualquier material que se use comúnmente junto con un material piezoeléctrico. Deben considerarse los siguientes criterios cuando se selecciona un material para la placa de flexión: conductividad, capacidad para adherirse a materiales piezoeléctricos, control de grosor, coste y disponibilidad. Así, por ejemplo, el material de la placa de flexión debe poder adherirse de manera fiable al material del disco piezoeléctrico, por ejemplo, a la cerámica si se usa un disco de cerámica piezoeléctrica en la bicapa. Adicionalmente, también se prefiere un material que proporcione un control preciso del grosor. Los materiales a modo de ejemplo no limitativos útiles para una placa de flexión según la invención incluyen acero al carbono (por ejemplo, acero al carbono de calidad 1.1274); acero inoxidable (por ejemplo, acero inoxidable de calidad 1.4310); alúmina (por ejemplo, alúmina metalizada); vidrio (por ejemplo, vidrio metalizado); y silicio.

El disco 12 piezoeléctrico puede fabricarse a partir de cualquier material que se use comúnmente por sus efectos piezoeléctricos. Deben tenerse en cuenta los siguientes criterios cuando se selecciona un material para el disco piezoeléctrico: características mecánicas (por ejemplo, alta constante piezoeléctrica d³¹ , baja pérdida mecánica, baja pérdida eléctrica), características eléctricas (conductividad), forma y tamaño, fiabilidad técnica, coste y disponibilidad. Los materiales a modo de ejemplo no limitativos para los discos piezoeléctricos incluyen titanato de plomo y circonio (PZT), por ejemplo, materiales de PZT blandos, tales como PZT5A y PZT5H, y materiales de PZT duros, tales como PZT4, PZT7A, PZT8. PZT5A se describen, por ejemplo, en Engineering Fundamentals, Inc. en www.efunda.com; PZT5H se describe, por ejemplo, en Heinonen, E., Juuti, J. y Leppavuori, S. Characterization and modelling of 3D piezoelectric ceramic structures with ATILA software. Journal of European Ceramic Society, 25, 2467-2470 (2005). Tales materiales están disponibles, por ejemplo, de Boston Piezo Optics Inc., Bellingham, MA, EE. UU., que describe las propiedades de los materiales en http://bostonpiezooptics.com/ceramic-materials-pzt. Véase también Bar-Chaim, N., M. Brunstein, J. Grünberg y A. Seidman, “Electric field dependence of the dielectric constant of PZT ferroelectric ceramics”, J. Appl. Phys. 45, 2398 (1974); D. Berlincourt y H. H. A. Krueger, (revisado por C. Near), PROPERTIES OF MORGAN ELECTRO CERAMIC CERAMICS, publicación técnica TP-226, Morgan Electro Ceramics, disponible en http://www.morganelectroceramics.com/resources/technical-publications/; Berlincourt, D., “Recent Developments in Ferroelectric Transducer Materials”, Transactions of the IRE Professional Group on Ultrasonic Engineering, vol. 4, n.°: 1, págs. 53-65, Agosto de 1956; Berlincourt, D.; B. Jaffe, H. Jaffe, H.H.A. Krueger, “Transducer Properties of Lead Titanate Zirconate Ceramics”, IRE Transactions on Ultrasonic Engineering, vol.: 7, n.°: 1, págs. 1-6, febrero de 1960; Jaffe, H., D.A., Berlincourt, “Piezoelectric transducer materials”, Proceedings of the IEEE, vol.: 53, n.° 10, págs. 1372-1386, octubre de 1965; Lamberti, N., M. Pappalardo, “A general approximated two-dimensional model for piezoelectric array elements”, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, vol. 42, n.°: 2, págs. 243-252, marzo de 1995.

La capa 13 de carriles está unida a la placa 11 de flexión y comprende una pluralidad de aberturas que corresponden a la pluralidad de celdas del transductor de múltiples celdas, tal como se ilustra en la figura 1C. El material de la capa 13 de carriles que rodea las aberturas forma carriles, o paredes, entre las celdas, definiendo de ese modo los límites de las celdas electroacústicas bicapa. En las realizaciones más eficientes, las aberturas están dimensionadas de manera idéntica y espaciadas por igual. Tal como se ilustra con más detalle en las figuras 2 y 3, cada abertura define una cavidad 115a, 115b delimitada por la placa 111 de flexión y los carriles 113, definiendo los carriles las paredes de las celdas 10, 10a, 10b. Cada disco 12a-12c piezoeléctrico está unido a la placa 11 de flexión (figura 1B) y está ubicado centralmente dentro de las aberturas de la capa 13 de carriles (figura 1C), es decir, dentro de cada cavidad. Cada disco 12a-12c, 112, 112a, 112b piezoeléctrico puede tener la misma forma que el límite de la celda 10, 10a, 10b en la que está contenido, pero un diámetro menor, tal como se ilustra en las figuras 2 y 3. Con cables eléctricos conectados, la unidad piezoeléctrica, la celda, puede convertir señales eléctricas en ondas ultrasónicas y viceversa.

El elemento piezoeléctrico puede activar la placa de flexión, haciendo que se flexione. En una realización, el disco piezoeléctrico puede ser una placa de cerámica piezoeléctrica, similar a las usadas en los auriculares y zumbadores telefónicos. La tecnología actual permite la fabricación de tales placas de cerámica piezoeléctrica con una finura de aproximadamente 0,1 mm. El grosor total de la placa bicapa de material compuesto puede ser del orden de aproximadamente 0,2 mm. Por tanto, cuando se aplica una tensión, la placa de material compuesto puede tener una gran deformación y una baja rigidez a la flexión. La presencia de la placa de flexión impide la vibración radial de la cerámica piezoeléctrica cuando se aplica una corriente CA. Las tensiones asimétricas producidas de ese modo se fuerzan en la placa bicapa haciendo que se flexione.

Sin querer restringirse a la teoría, una primera aproximación de la frecuencia de resonancia de la placa de flexión de la celda viene dada por:

donde t es el grosor (altura vertical), dc es el diámetro de la bicapa, E es el módulo de Young, v es la razón de Poisson y p es la razón del peso con respecto a la superficie. Las cantidades indicadas con línea superior son valores promedio entre el del disco piezoeléctrico y el de la placa de flexión. La constante X2 dependerá del modo de resonancia y del tipo de unión empleada para unir el disco piezoeléctrico a la placa de flexión. Véase Caliano, G., A. Iula, N. Lamberti, M. Pappalardo, “A Piezoelectric Bimorph Static Pressure Sensor”, Sensors & Actuators A, 46-47, págs. 176-178 (1995). Para el primer modo de flexión, X2 puede variar desde aproximadamente 4,9, para una placa apoyada en el borde, hasta aproximadamente 10,2 para una placa sujeta.

En una realización, el elemento del transductor de múltiples elementos puede tener diferentes intervalos de funcionamiento y puede hacerse funcionar mediante cables y componentes electrónicos independientes. Una disposición de este tipo proporciona un transductor multifrecuencia que permite que las celdas de cada intervalo de frecuencia de resonancia funcionen o bien de manera independiente o bien conjuntamente entre sí. Esta realización puede ser ventajosa para determinadas aplicaciones, tales como por ejemplo la vibrometría acústica, donde son indispensables dos frecuencias, por ejemplo, una frecuencia más baja para la excitación y una frecuencia más alta para el análisis Doppler. Los dos intervalos de frecuencia independientes pueden hacerse funcionar desde la misma fuente con propagación coaxial a través de los medios, garantizando de ese modo que el volumen del entorno que se analiza se coloca de manera óptima sobre el volumen del entorno que se excita.

En esta realización de transductores múltiples de frecuencia múltiple, los grupos de celdas pueden diseñarse para vibrar a diferentes frecuencias. Para algunas aplicaciones, las celdas con los mismos intervalos de frecuencia pueden distribuirse por igual a través del transductor entre las celdas con diferentes intervalos de frecuencia. Para otras aplicaciones, las celdas con el mismo intervalo de frecuencia de funcionamiento pueden agruparse o colocarse en áreas particulares del transductor.

La figura 2A ilustra esquemáticamente una vista en sección transversal de una celda 10 de una realización del dispositivo transductor de la invención. En esta realización, la celda 10 incluye la bicapa 120 de una placa 111 de flexión y un disco 112 piezoeléctrico, así como los carriles 113 que definen los límites de celda y una capa 114 de refuerzo que cierra la cavidad 115 definida entre los carriles 113, la placa 111 de flexión y la capa 114 de refuerzo. La figura 2B ilustra esquemáticamente una celda 10 de una realización que comprende una capa de carriles alta y ninguna capa de refuerzo.

La figura 2C ilustra esquemáticamente una celda 10 en la que las capas de carriles y refuerzo están compuestas por el mismo material.

La figura 3 ilustra esquemáticamente en sección transversal cómo los carriles 113a, 113b, 113c definen los bordes de dos celdas adyacentes de una realización del dispositivo transductor de la invención. Esta realización es similar a la representada en la figura 2A, que comprende una placa 111 de flexión, discos 112a, 112b piezoeléctricos y una capa 114 de refuerzo que cierra las cavidades 115a y 115b de cada celda. La figura 3 también ilustra que cada disco 112a, 112b piezoeléctrico tiene un diámetro menor que el diámetro de la celda 10a, 10b que lo contiene.

En esta realización, los discos 12a, 12b piezoeléctricos son idénticos y cada uno tiene un diámetro de d1. El diámetro de las celdas 10a y 10b, la placa de flexión entre los carriles 13a, 13b y 13c, es d2. La razón d1:d2 (disco:placa) puede estar en el intervalo de 0,5 a 1. Cuando d1 es de 5 mm, por ejemplo, d2 puede ser de 6 mm. Una celda de este tipo, que tiene una razón d1:d2 de 5:6 (o 0,83), logró una alta sensibilidad de transmisión de aproximadamente el 85%, tal como se ilustra en la figura 5. La anchura de los carriles (d3) afectará la distancia celda-celda (d4), que se mide desde el centro de una celda 10a hasta el centro de una celda 10b adyacente. Por tanto, diseñar una capa de carriles que tenga un d3 pequeño permitirá un d4 más pequeño para la matriz plana de celdas. En una realización, por ejemplo, d3 puede ser de 1 mm.

Tal como se ilustra en la figura 4, entre los diversos materiales evaluados para el disco piezoeléctrico de la invención (PZT4, PZT5A, PZT5H, PZT7A y PZT8), para una realización de una sola celda, PZT5H proporcionó el mayor d³¹ (coeficiente piezoeléctrico transversal, también denominado tensión piezoeléctrica). Las realizaciones de celdas transductoras usadas para generar los datos para la figura 4 y otros datos presentados en el presente documento incluyeron una bicapa que comprende una placa de flexión fabricada a partir de acero al carbono de calidad 1.1274, que está disponible, por ejemplo, de Hasberg Schneider GmbH, Bernau, Alemania.

Las realizaciones de los transductores usados para generar los datos para las figuras 5, 6A, 6B, 9-11, 12 y 13A-D incluyeron una bicapa que comprende un material de cerámica piezoeléctrica fabricado con PZT5H y una placa de flexión fabricada a partir de acero al carbono de calidad 1.1274.

Tal como se indicó anteriormente, el disco piezoeléctrico puede tener un diámetro (d1) menor que el diámetro de la celda (d2) en la que está contenida la placa. El diámetro (d2) de la celda, o la placa, es el diámetro de la región de la placa de flexión para la unidad bicapa de la sensibilidad de transmisión obtenida para el intervalo de razones d1:d2 para una sola celda según la invención que se ilustran en la figura 5. En una realización que comprende una placa de disco piezoeléctrico fabricada con PZT5H, una razón d1:d2 de 5:6 proporcionó frecuencias acústicas ventajosas de hasta aproximadamente 160 kHz.

La distancia entre los centros de las celdas adyacentes (distancia de celda a celda) se denomina “paso”. Se evaluó la sensibilidad de transmisión a lo largo de un intervalo de pasos para una sola celda y se muestra en la figura 6A. Tal como se representa en la figura 6B, el ancho de banda de frecuencia y el valor del paso son inversamente proporcionales. Las celdas circulares pueden disponerse en un patrón en mosaico hexagonal. Alternativamente, pueden usarse formas de celdas hexagonales. Una forma de celda circular o hexagonal permite una separación más estrecha entre las celdas que, por ejemplo, una forma cuadrada. Un disco de 80 mm de diámetro puede tener entre 120 y 150 celdas hexagonales o circulares. En una realización que tiene celdas circulares en una matriz hexagonal, se determinó que un paso de 7 mm puede proporcionar un ancho de banda fraccional del 85%. Pueden usarse otros pasos, teniendo en cuenta la forma de las celdas, con el objetivo de lograr un ancho de banda fraccional lo más cercano posible al 100%. Los valores de paso más pequeños pueden mejorar el ancho de banda, pero a expensas de un mayor número de celdas, lo que requiere más material piezoeléctrico y, por tanto, un mayor coste.

Una ventaja del transductor de la invención es que no está limitado a un diámetro o geometría particular o a una combinación de los mismos, de modo que puede obtenerse la combinación óptima de potencia acústica e intervalo o intervalos de frecuencia. Así, por ejemplo, el transductor puede estar diseñado para penetrar a una profundidad particular, por ejemplo a través del tejido, y tener una anchura de campo particular y un intervalo o intervalos de frecuencia de trabajo particulares, dependiendo de la aplicación.

El transductor puede tener cualquier forma geométrica plana, sin embargo, se ha encontrado que un disco de forma generalmente redonda o circular proporciona una colocación en mosaico eficiente de las celdas. El disco puede ser sólido, tal como se ilustra en la figura 7 o puede incluir un orificio central, como un “orificio de dónut”, tal como se ilustra en las figuras 8A y 8B. Los ejemplos no limitativos del diámetro del disco de material compuesto pueden ser de entre aproximadamente 30-90 mm, entre aproximadamente 50-100 mm, o entre aproximadamente 60-90 mm, por ejemplo, 80 mm de diámetro o 92 mm de diámetro. El orificio central puede tener un diámetro de entre aproximadamente 10-30 mm, por ejemplo, aproximadamente 25 mm. El grosor del disco puede ser de entre aproximadamente 5-40 mm, por ejemplo, 15 mm de grosor, incluyendo los carriles, una capa de refuerzo y una capa de acoplamiento. Sin una capa de refuerzo, el grosor del disco puede ser de entre aproximadamente 1,5-40 mm. La capa bicapa puede tener un grosor de entre aproximadamente 0,2-1 mm, por ejemplo 0,4 mm. Dependiendo de la aplicación particular, los diámetros de disco mayores de 100 mm están completamente dentro del alcance de la invención. El diámetro apropiado (dimensión lateral), y las dimensiones relativas de las otras estructuras, están dentro del alcance de la técnica basándose en la descripción del presente documento.

Pueden usarse dos métodos de modelado para evaluar la impedancia eléctrica y el campo de presión radiado para prototipos de matrices de celdas según la invención. Por ejemplo, puede usarse el modelado de elementos finitos (FEM) para evaluar las respuestas de impulso, es decir, la respuesta de aceleración en el dominio del tiempo del transductor a una excitación impulsiva de tensión. El modelo FIELD II (véase http://fieldii.dk/?./downloading_7_12.html; véase también J. A. Jensen. “Field: A program for simulating ultrasound systems.” Med. Biol. Eng. Comp., 10th Nordic-Baltic Conference on Biomedical Imaging, vol. 4, suplemento 1, parte 1:351-353, 1996b) permite el cálculo del campo de presión radiado generado por transductores conformados de manera arbitraria de tamaño finito en el medio para ondas sinusoidales continuas o pulsadas.

En una realización, un transductor electroacústico de baja frecuencia según la invención tendrá un ancho de banda fraccional de 6dB que se acerca al 100% y una sensibilidad lo suficientemente alta como para obtener 100 kPa usando señales de excitación con una amplitud de decenas de voltios dentro del intervalo de frecuencia deseado, por ejemplo 30-100 kHz (-6dB) en un volumen cilíndrico de interés que tiene una longitud de aproximadamente 160 mm y un diámetro de aproximadamente 40 mm.

Se diseñaron disposiciones a modo de ejemplo de matrices de celdas planas en discos transductores que tienen diferentes formas tal como se ilustra en las figuras 7, 8A y 8B, y se evaluaron la impedancia eléctrica en inmersión (FEM) de las realizaciones de transductor. En estas realizaciones no limitativas, cada celda tiene un diámetro mínimo de 6 mm, y cada carril tiene una anchura mínima de 1 mm.

La figura 7 ilustra una realización de un transductor 130 que tiene una forma de disco sólido y cómo puede disponerse la matriz plana de celdas 10a-10c. En este ejemplo no limitativo, el disco 130 transductor tiene un diámetro exterior de aproximadamente 80 mm, lo que permite una matriz plana de aproximadamente 121 celdas circulares, teniendo cada una, un diámetro de 6 mm. La capacitancia (C) de la realización de la figura 7 a 1 kHz fue de 245,7 nF y la impedancia (Z) fue de 1,82 a 21,2 i Q a 30 kHz, de 2,79 a 12,48 i Q a 60 kHz y de 0,33 a 8,06 i Q a 100 kHz. Se determinó que el ángulo de impedancia eléctrica estaba cerca de -90 grados; las pérdidas se debieron principalmente a la radiación de energía acústica. En otra realización, el disco transductor tiene un diámetro exterior igual a o de aproximadamente 120 mm.

La figura 8A ilustra esquemáticamente otra realización de una matriz plana de celdas 10a-10c en una realización de un transductor 135 que tiene forma de dónut. En este ejemplo no limitativo, el disco 135 transductor tiene un diámetro exterior de aproximadamente 80 mm y un diámetro interior (orificio central) de aproximadamente 25 mm, lo que permite aproximadamente 90 celdas circulares que tienen un diámetro de 6 mm. Para la realización de la figura 8A, se midieron las siguientes capacitancias e impedancias: C = 182,8 nF a 1 kHz y Z = 2,46-28,57 i Q a 30 kHz, 3,75-16,79 i Q a 60 kHz y 0,44-10,84 i Q a 100 kHz.

La figura 8B ilustra esquemáticamente cómo puede disponerse la matriz plana de celdas 10a-10c en otra realización de un transductor 235 que tiene un orificio central. En este ejemplo no limitativo, el disco 235 transductor tiene un diámetro exterior mayor de aproximadamente 92 mm y un diámetro interior de aproximadamente 30 mm. Este diseño permite una matriz plana de aproximadamente 132 celdas circulares que tienen un diámetro de 6 mm. Para la realización de la figura 8B, se midieron las siguientes capacitancias e impedancias: C = 268,1 nF a 1 kHz y Z = I , 67-19,48 i Q a 30 kHz, 2,56-11,44 i Q a 60 kHz y 0,30-7,39 i Q a 100 kHz.

Las realizaciones de las figuras 7, 8A y 8B se sometieron a prueba en un modelo de campo de presión radiada (FIELD II) para una onda continua sinusoidal de 1 V, y la magnitud del campo se calculó para un volumen 300 de interés a tres frecuencias diferentes (30 kHz, 60 kHz y 100 Hz). Los resultados se representan en las figuras 9, 10 y I I , respectivamente. En cada una de las figuras 9, 10 y 11, el volumen 300 acústico de interés se ilustra mediante un rectángulo en el panel más a la derecha. El volumen 300 acústico de interés para estas pruebas es un espacio sustancialmente cilíndrico de aproximadamente 40 mm de diámetro, y que se extiende entre aproximadamente 40 mm y aproximadamente 160 mm desde la superficie del dispositivo transductor. Se espera que tal volumen de interés proporcione un intervalo de emisión de ondas ultrasónicas que puede ser apropiado para un transmisor acústico externo usado conjuntamente con un sensor excitable implantado ultrasónicamente. Los datos en las figuras 9, 10 y 11 ilustran el campo ultrasónico generado por el transductor para las realizaciones en las frecuencias sometidas a prueba. La magnitud de las ondas ultrasónicas en cada una de las tres frecuencias está representada por colores según la barra en el lado derecho de cada gráfico. El diámetro de las ondas ultrasónicas en cada una de las tres frecuencias se representa en el eje x.

La figura 9 representa la distribución de campo espacial (patrón de haz) de ondas ultrasónicas de 30 kHz, 60 kHz y 100 kHz, respectivamente, emitidas desde el dispositivo 130 transductor de la figura 7. La figura 9 muestra que en las tres frecuencias, las ondas ultrasónicas de magnitud significativa (aproximadamente 5 dB) alcanzan el campo acústico de interés.

La figura 10 representa la distribución de campo espacial (patrón de haz) de ondas ultrasónicas de 30 kHz, 60 kHz y 100 kHz, respectivamente, emitidas desde el dispositivo 135 transductor de la figura 8A. La figura 10 muestra que en las tres frecuencias, las ondas ultrasónicas de magnitud significativa (aproximadamente 5 dB) alcanzan el campo acústico de interés.

La figura 11 representa la distribución de campo espacial (patrón de haz) de ondas ultrasónicas de 30 kHz, 60 kHz y 100 kHz, respectivamente, emitidas desde el dispositivo 235 transductor de la figura 8B. La figura 11 muestra que en las tres frecuencias, las ondas ultrasónicas de magnitud significativa (alrededor de 5 dB) alcanzan el campo acústico de interés. La comparación de las figuras 11 y 10 ilustra cómo el número de celdas en la matriz plana, aunque a través de un disco de mayor diámetro, afecta la transmisión del campo acústico.

La eficiencia del dispositivo puede potenciarse mediante el diseño particular de la capa de carriles, la capa de refuerzo y la capa de acoplamiento.

La capa de acoplamiento no solo se usa para impedir el contacto eléctrico con el cuerpo del paciente, sino que también está diseñada para acoplar acústicamente el transmisor al entorno de medición, por ejemplo, los tejidos corporales, para maximizar la transferencia de energía. Por tanto, es preferible tener una capa de acoplamiento (no mostrada) que tenga una impedancia acústica similar a cualquier medio a través del cual se transmitan las ondas ultrasónicas. Acoplar la impedancia acústica de esta manera puede minimizar la reflexión, la refracción y la disipación de las ondas ultrasónicas enviadas y recibidas desde el dispositivo transductor. Así, por ejemplo, para aplicaciones en las que el transmisor emitirá y/o recibirá ondas ultrasónicas a través de tejidos blandos corporales, la capa de acoplamiento puede tener una impedancia acústica similar a uno o más de agua, tejido o sangre, por ejemplo, en el intervalo de 1,5-1,54 MRayl, o en el intervalo de aproximadamente 1,2 a 1,72 MRayl, o aproximadamente de 0,18 a 1,72 MRayl. 1 rayl corresponde a 1 kg*(irr2*s'1). En la siguiente descripción se usa la unidad Mrayl. La determinación de la impedancia acústica del entorno en el que va a usarse el transductor está dentro de los conocimientos en la técnica. No se requiere la capa de acoplamiento, sin embargo, es útil para amortiguar la posible resonancia que puede resultar de las interacciones acústicas entre las celdas.

La capa de acoplamiento, que puede estar compuesta por materiales poliméricos duros o blandos conocidos en la técnica, también puede incluir aislamiento eléctrico y proporcionar amortiguación de interacción acústica de celda a celda. Los ejemplos no limitativos de tales materiales poliméricos duros o blandos incluyen compuestos de polvo de silicona, elastómeros y otros compuestos adecuados que tienen una impedancia acústica apropiada. El nanopolvo de silicona tiene una impedancia acústica de aproximadamente 1,48 MRayl. La capa de acoplamiento también es útil como superficie que entra en contacto, por ejemplo, con la piel en aplicaciones de diagnóstico médico. Puede ser deseable una biocompatibilidad adecuada para tales aplicaciones. Un experto en la técnica sabría elegir materiales apropiados para fines particulares, por ejemplo, materiales inertes si el dispositivo va a usarse en un entorno corrosivo.

Una comparación de materiales poliméricos blandos y duros que tienen las mismas características acústicas (plásticos y caucho) usando el modelo FEM reveló que los materiales duros eran menos preferidos que los materiales blandos, porque tendían a influir en los modos de vibración de flexión de las celdas. Los materiales blandos que tienen un comportamiento acústico más similar a los fluidos produjeron mejores resultados. Se demostró que una capa de acoplamiento que comprende un compuesto de nanopolvo de silicona biocompatible y que tiene una impedancia acústica de aproximadamente 1,48 MRayl produce una pérdida de energía acústica muy baja. El grosor de la capa de acoplamiento puede estar en el intervalo de 1 a 20 mm.

El diseño del dispositivo transductor con una combinación apropiada de estructura y materiales de capa de carriles y capa de refuerzo puede usarse para dirigir las ondas de energía acústica y, por tanto, limitar la pérdida de energía acústica. La capa de refuerzo no solo proporciona soporte mecánico y restricción de placa al transductor, sino que también puede diseñarse para absorber y amortiguar la energía emitida de vuelta, es decir, la onda acústica que se desplaza en un sentido opuesto al previsto, hacia la parte delantera del dispositivo. El diseño particular de la capa de refuerzo puede afectar a la forma de la banda de frecuencia del dispositivo transductor. Pueden usarse diferentes combinaciones de materiales y altura vertical para lograr las características deseadas de la capa de refuerzo, teniendo en cuenta los siguientes parámetros: el espacio disponible, los requisitos de excitación de banda ancha y las interconexiones eléctricas. Los ejemplos no limitativos de materiales de la capa de carriles y la capa de refuerzo pueden incluir, por ejemplo, latón y plástico. Los plásticos a modo de ejemplo no limitativos incluyen resina epoxídica y resina epoxídica con relleno de tungsteno.

Pueden usarse diversas combinaciones de estructuras de capa de carriles y capa de refuerzo según la invención para lograr el resultado deseado. En una realización, el dispositivo transductor comprende una capa de carriles alta y la cavidad está abierta, es decir, no hay capa de refuerzo. En otra realización, el dispositivo puede comprender una capa de carriles corta y una capa de refuerzo alta; en tales realizaciones que incluyen una capa de refuerzo, la cavidad está aislada, es decir, cerrada. Aún en otra realización, que tiene una cavidad cerrada, el dispositivo puede comprender una capa de carriles alta y una capa de refuerzo corta. Para mantener un dispositivo ligero y de perfil bajo, el transmisor acústico en su conjunto puede tener un grosor de menos de 15 mm, por ejemplo, 10 mm u 11 mm. Así, las capas altas pueden ser del orden de 8-10 mm, las capas cortas pueden ser del orden de 1-2 mm. Pueden usarse otras combinaciones de alturas y materiales, dependiendo de la aplicación particular, y pueden determinarse por el experto habitual en la técnica basándose en la presente descripción.

Se fabricaron y se sometieron a prueba prototipos de una sola celda de combinaciones a modo de ejemplo de algunos de los diseños y materiales estructurales anteriores, cuyos resultados se ilustran en las figuras 12 y 13A-D. La figura 12 representa la sensibilidad de transmisión simulada por FEM del diseño estructural simple que comprende una capa de carriles alta y ninguna capa de refuerzo, tal como se representa en la figura 2B. En esta realización del dispositivo transductor, la capa de carriles comprende latón y tiene una altura de capa de carriles de aproximadamente 10 mm. La sensibilidad de transmisión no se altera en la banda de funcionamiento, sin embargo hay un pico en alta frecuencia. Es posible la alteración del patrón de radiación a determinadas frecuencias debido a los modos radiales de la estructura del carril que pueden excitarse por la presión neta sobre la superficie del transductor durante el funcionamiento.

Las figuras 13A-D representan la sensibilidad de transmisión simulada por FEM de una realización del diseño estructural que tiene una capa de carriles corta y una capa de refuerzo alta, y diversas combinaciones de material. La figura 13A muestra datos de una realización de una celda en la que las capas de carriles y de refuerzo están compuestas por el mismo material, latón, tal como se representa en la figura 2C. La altura de la capa de carriles es de aproximadamente 1 mm y la altura de la capa de refuerzo es de aproximadamente 10 mm. El rendimiento de esta combinación es bueno y la sensibilidad de transmisión no se altera. Debido a la excitación de los modos radiales de refuerzo con esta realización, es posible tener una alteración del patrón de radiación a determinadas frecuencias. La figura 13B representa datos de una realización de una celda en la que las capas de carriles y de refuerzo están compuestas por materiales diferentes. La capa de carriles comprende latón y la capa de refuerzo comprende resina epoxídica infundida con tungsteno. De manera similar al dispositivo de la figura 2C, en esta realización, la altura de la capa de carriles es de aproximadamente 1 mm y la altura de la capa de refuerzo es de aproximadamente 10 mm. La sensibilidad de transmisión en esta realización está fuertemente alterada.

La figura 13C representa datos de una segunda realización de una celda en la que las capas de carriles y de refuerzo están compuestas por el mismo material, resina epoxídica con relleno de tungsteno. La altura de la capa de carriles es de aproximadamente 1 mm y la altura de la capa de refuerzo es de aproximadamente 10 mm.

La figura 13D representa datos de una segunda realización de una celda en la que el carril y el refuerzo están compuestos por materiales diferentes. La capa de carriles comprende resina epoxídica infundida con tungsteno y la capa de refuerzo comprende latón. En esta realización, la altura de la capa de carriles es de aproximadamente 1 mm y la altura de la capa de refuerzo es de aproximadamente 10 mm. En esta realización, se altera la sensibilidad de transmisión, pero el pico a frecuencias más altas puede potenciar de manera útil el ancho de banda. Los modos radiales del refuerzo de latón de baja pérdida permiten la alteración del patrón de radiación a determinadas frecuencias.

Tal como entenderá el experto habitual en la técnica, el diseño particular de cada celda en la matriz dependerá de la frecuencia particular que se use. Cuando va a usarse un amplio intervalo de frecuencias, es un esfuerzo complicado obtener un diseño particular que funcione para todas las frecuencias. Se ha descubierto que una combinación de una capa de carriles corta y una capa de refuerzo alta, fabricadas a partir del mismo material, produce una buena eficiencia (85%) para un amplio intervalo de frecuencias, tal como se describe a continuación.

Otro aspecto de la invención se refiere a un procedimiento de fabricación del dispositivo transductor. Las figuras 14A-P ilustran esquemáticamente una realización de un método de fabricación de un dispositivo transductor según la invención, que representan una sección transversal a través de las estructuras usando un ejemplo de dos celdas. Un experto en la técnica puede ampliar a escala un método de este tipo a un dispositivo de múltiples celdas que tenga una matriz de 80-150 unidades bicapa, tales como las descritas anteriormente, usando la descripción proporcionada en el presente documento. En términos generales, los discos piezoeléctricos y la capa de carriles se forman como un conjunto con un disco piezoeléctrico que se encuentra en el centro de cada abertura de la capa de carriles. La placa de flexión se forma como un segundo conjunto independiente. Posteriormente, los dos conjuntos se combinan uniendo la capa de carriles y los discos piezoeléctricos a la placa de flexión.

Tal como se ilustra en la figura 14A, una base 400 de sujeción por vacío que comprende una pluralidad de elementos 400a-c de base de sujeción por vacío adyacentes se coloca primero sobre una superficie plana. Las bases 400a-c de sujeción por vacío están espaciadas por igual entre sí. Una herramienta 401 de alineación que comprende una pluralidad de aberturas entre las porciones 401 a-c de contacto se coloca entonces encima de cada uno de los elementos 400a-c de base de sujeción por vacío, teniendo cada una de las aberturas de la herramienta de alineación un diámetro. La porción 401a de contacto está alineada con y centrada sobre el elemento 400a de base de sujeción por vacío, la porción 401b de contacto está alineada con y centrada sobre el elemento 400b de base de sujeción por vacío, etc., tal como se ilustra en la figura 14B. Una vez que la herramienta 401 de alineación está en su sitio, se coloca una pluralidad de discos 412a-b piezoeléctricos en los elementos 400a-c de base de sujeción por vacío entre las porciones 401a-c de contacto de la herramienta 401 de alineación, tal como se ilustra en la figura 14C. La herramienta 401 de alineación se usa para posicionar la matriz de discos 412a, 412b piezoeléctricos. Por tanto, la distancia entre los bordes de las porciones 401 a-c de contacto de herramienta de alineación (diámetro de la abertura) será aproximadamente equivalente al diámetro de los discos 412a-b piezoeléctricos de modo que los discos 412a-b piezoeléctricos abarquen el diámetro de las aberturas de la herramienta de alineación y cubran los espacios entre las bases 400a-c de sujeción por vacío, tal como se representa en la figura 14C. Se aplica vacío para sujetar los discos 412a, 412b piezoeléctricos sobre los elementos 400a-c de base de sujeción por vacío y luego se retira la herramienta 401 de alineación. La figura 14D, representa los discos 412a-b piezoeléctricos situados en la matriz deseada, descansando sobre los elementos 400a-c de base de sujeción por vacío después de que se haya retirado la herramienta de alineación. Entonces se coloca una capa 413 de carriles que tiene una primera superficie, una segunda superficie, un diámetro y una pluralidad de aberturas sobre la base 400 de sujeción por vacío, de modo que los discos 412a-b piezoeléctricos estén centrados dentro de las aberturas de la capa de carriles entre los carriles 413a-c, y que la primera superficie de la capa 413 de carriles entre en contacto con la base 400 de sujeción por vacío, para formar una pluralidad de cavidades 415a, 415b, tal como se representa en la figura 14E. A continuación, las cavidades 415a, 415b se llenan con un polímero 402 curable hasta la altura de los carriles 413a-c, tal como se muestra en la figura 14F. Los ejemplos no limitativos de polímero 402 curable incluyen silicio RTV o cualquier polímero que no se adhiera a metales, plásticos y cerámica piezoeléctrica. Preferiblemente, el polímero curable es vertible y curable a una temperatura relativamente baja. Las cavidades llenas se cubren entonces con una herramienta 403 plana, tal como se ilustra en la figura 14G, y se inicia el proceso de curado. Una vez que se cura el polímero 402 y se libera el vacío, puede quitarse la base 400 de sujeción por vacío, tal como se ilustra en la figura 14H. Esto completa la fabricación del primer conjunto 405.

Para preparar el segundo conjunto, tal como se muestra en la figura 14I, se coloca un soporte 406 de placa sobre una superficie plana. La placa 411 de flexión que tiene una primera superficie, una segunda superficie y un diámetro, se coloca sobre el soporte 406 de placa tal como se muestra en la figura 14J. Entonces se aplica adhesivo 407 a toda la primera superficie de la placa 411 de flexión, tal como se ilustra en la figura 14K. Esto completa la fabricación del segundo conjunto 408. El primer conjunto 405 se coloca entonces sobre el segundo conjunto 408, de modo que la primera superficie de la capa 413 de carriles entre en contacto con el adhesivo 407 en la primera superficie de la placa 411 de flexión, tal como se ilustra en la figura 14L. Entonces se cura el adhesivo 407, uniendo así el primer conjunto 405 al segundo conjunto 408, es decir, para adherir la capa 413 de carriles y la matriz de discos 412a-b piezoeléctricos a la placa 411 de flexión y formar la matriz de múltiples celdas. Se retira la herramienta 403 plana, tal como se ilustra en la figura 14M. Se retira el polímero 402 curable, tal como se ilustra en la figura 14N. Posteriormente, se retira el soporte 406 de placa, tal como se ilustra en la figura 14O. Finalmente, tal como se ilustra en la figura 14P, pueden unirse entonces cables 420a-c eléctricos a cada uno de los discos 412 piezoeléctricos en el lado de la cavidad y a la segunda superficie de la placa 411 de flexión, por ejemplo, mediante soldadura. Esto completa la fabricación del transductor 410 de múltiples celdas que comprende una matriz plana de celdas piezoeléctricas según la invención, para una realización que no tiene una capa de refuerzo.

Entonces puede unirse una capa de acoplamiento a la placa de flexión para formar el transmisor ultrasónico novedoso de la presente invención, útil para emitir energía ultrasónica en un entorno, como un cuerpo. Si se usa una capa de refuerzo, puede cortarse para que coincida con el diámetro de la capa de carriles y se una a la capa de carriles una vez que la matriz de celdas está completa (figura 14P) o antes de añadir la capa de carriles al primer conjunto. En este último caso, las cavidades formadas por el conjunto de capa de carriles - capa de refuerzo pueden llenarse de silicona RTV antes de la etapa (figura 14E). La capa de refuerzo puede incorporarse en una realización con o sin la capa de acoplamiento. Cuando se usan en combinación tanto la capa de refuerzo como la capa de acoplamiento, la capa de acoplamiento sirve para amortiguar los “modos de superficie” e impedir la diafonía acústica entre las celdas, lo que puede alterar la respuesta de frecuencia de transmisión del dispositivo en inmersión.

Por tanto, en una realización, el método de la invención puede comprender: colocar sobre una superficie plana una base de sujeción por vacío que comprende una pluralidad de aberturas espaciadas por igual; colocar una herramienta de alineación en dicha pluralidad de bases de sujeción por vacío, comprendiendo dicha base de alineación una pluralidad de aberturas dimensionadas y espaciadas por igual; usar dicha herramienta de alineación para establecer una matriz de discos piezoeléctricos en dichos elementos de sujeción por vacío sobre dichas aberturas de la base de sujeción por vacío y con espaciado por igual de cada uno de dichos discos piezoeléctricos entre sí; en el que cada uno de dichos discos piezoeléctricos tiene un diámetro ligeramente menor que el diámetro de abertura de la herramienta de alineación correspondiente para permitir que dicho disco piezoeléctrico encaje dentro de dicha abertura de herramienta de alineación correspondiente; generar un vacío a través de dicha base de sujeción por vacío y retirar dicha herramienta de alineación; colocar una capa de carriles que tiene una primera superficie, una segunda superficie y un diámetro sobre dicha base de sujeción por vacío de modo que dicha primera superficie entre en contacto con dicha base de sujeción por vacío, comprendiendo dicha capa de carriles una pluralidad de aberturas en una matriz correspondiente a dicha matriz de discos piezoeléctricos, siendo los diámetros de abertura de dicha capa de carriles mayores que el diámetro de dicho disco piezoeléctrico, teniendo dicha capa de carriles una altura vertical para definir una pluralidad de cavidades correspondientes a dicha pluralidad de aberturas de capa de carriles; llenar dicha pluralidad de cavidades con un relleno polimérico curable; cubrir dichas cavidades llenas con una herramienta plana; curar dicho polímero curable; retirar dicho vacío; retirar dicha base de sujeción por vacío para formar un primer conjunto; proporcionar de manera independiente un soporte de placa y colocar sobre dicho soporte de placa una placa de flexión que tiene una primera superficie, una segunda superficie y un diámetro equivalente al diámetro de dicha capa de carriles; aplicar un adhesivo curable a dicha primera superficie de dicha placa de flexión para cubrir dicha primera superficie de dicha placa de flexión y para formar un segundo conjunto; colocar dicho primer conjunto sobre dicho segundo conjunto de modo que dicha primera superficie de dicha capa de carriles entre en contacto con dicho adhesivo sobre dicha primera superficie de dicha placa de flexión; curar dicho adhesivo; retirar dicha herramienta plana; retirar dicho relleno polimérico curado; y retirar dicho soporte de placa. El método puede comprender además adherir una capa de acoplamiento a dicha segunda superficie de dicha placa de flexión. El método puede comprender todavía adicionalmente adherir una capa de refuerzo a dicha segunda superficie de dicha capa de carriles.

Se han observado efectos de segundo orden en el sistema, tales como efectos de picos y la consiguiente reducción de la sensibilidad y/o el ancho de banda, en relación con el adhesivo. Por ejemplo, existen restricciones elásticas producidas por la adhesión entre la placa de flexión y la capa de carriles y los discos piezoeléctricos. Además, el grosor del adhesivo puede ser de entre aproximadamente 10-50 |im, y puede afectar a la sensibilidad de transmisión.

Los expertos habituales en la técnica apreciarán que pueden realizarse muchas variaciones, adiciones, modificaciones y otras aplicaciones a lo que se ha mostrado y descrito en particular en el presente documento a modo de realizaciones, sin apartarse del alcance de la invención. Por tanto, se pretende que el alcance de la invención se defina en las reivindicaciones a continuación.

Claims (22)

1. REIVINDICACIONES

   i. Transductor electroacústico de múltiples celdas, que comprende:

   una placa (11) de flexión;

   una pluralidad de discos (12a - 12c) piezoeléctricos, estando dispuestos dichos discos piezoeléctricos en una matriz plana sobre y unida a dicha placa (11) de flexión, definiendo cada uno de dichos discos (12a -12c) piezoeléctricos y dicha placa (11) de flexión una unidad bicapa; y

   una capa (13) de carriles que comprende una pluralidad de carriles que definen una pluralidad de aberturas, estando unida dicha capa de carriles a dicha placa de flexión;

   en el que cada uno de dicha pluralidad de discos (12a - 12c) piezoeléctricos está centrado dentro de cada una de dicha pluralidad de aberturas, definiendo dichos carriles paredes de una pluralidad de celdas electroacústicas bicapa,

   caracterizado porque dicha placa (11) de flexión y dichos discos (12a - 12c) piezoeléctricos tienen cada uno un módulo de Young del mismo orden de magnitud.
2. 2. Transductor según la reivindicación 1, en el que dicha placa (11) de flexión y dicho disco piezoeléctrico de cada unidad bicapa tienen la misma altura vertical.
3. 3. Transductor según la reivindicación 1, en el que dicha placa (11) de flexión se selecciona del grupo que consiste en: acero al carbono, acero inoxidable, alúmina, silicio y vidrio.
4. 4. Transductor según la reivindicación 1 ó 2, en el que cada de dicha pluralidad de discos (12a - 12c) piezoeléctricos comprende una cerámica de PZT.
5. 5. Transductor según la reivindicación 4, en el que dicha cerámica de PZT se selecciona del grupo de cerámicas de PZT blandas que consisten en PZT5A y PZT5H.
6. 6. Transductor según la reivindicación 4, en el que dicha cerámica de PZT se selecciona del grupo de cerámicas PZT duras seleccionadas del grupo que consiste en PZT4, PZT7A y PZT8.
7. 7. Transductor según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, que comprende además una capa de acoplamiento en un primer lado, adyacente a dicha placa de flexión.
8. 8. Transductor según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, que comprende además una capa (114) de refuerzo en un segundo lado adyacente a dicha capa de carriles.
9. 9. Transductor según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que cada uno de dicha pluralidad de discos (12a - 12c) piezoeléctricos tiene un tamaño idéntico y una forma seleccionada del grupo que consiste en: hexagonal, circular y cuadrada.
10. 10. Transductor según una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que dicha placa (11) de flexión tiene una forma de disco circular sólido.
11. 11. Transductor según una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que dicha placa (11) de flexión tiene una forma de disco tipo dónut que comprende un orificio central.
12. 12. Transductor según la reivindicación 10 u 11, en el que dicha placa (11) de flexión tiene un diámetro de aproximadamente 80 mm.
13. 13. Transductor según la reivindicación 11, en el que dicha placa (11) de flexión tiene un diámetro de aproximadamente 120 mm.
14. 14. Transductor según cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en el que dicho transductor es un transductor multifrecuencia.
15. 15. Método para fabricar un transductor electroacústico de múltiples celdas, que comprende:

    a) colocar sobre una superficie plana una base de sujeción por vacío que comprende una pluralidad de aberturas espaciadas por igual;

    b) alinear con una herramienta de alineación, una matriz de discos piezoeléctricos sobre dichas aberturas de la base de sujeción por vacío para espaciar por igual cada uno de dichos discos piezoeléctricos entre sí; c) generar un vacío a través de dicha base de sujeción por vacío;

    d) retirar la herramienta de alineación;

    e) colocar una capa de carriles que tiene una primera superficie, una segunda superficie y un diámetro sobre dicha base de sujeción por vacío de modo que dicha primera superficie entre en contacto con dicha base de sujeción por vacío, comprendiendo dicha capa de carriles una pluralidad de aberturas en una matriz correspondiente a dicha matriz de discos piezoeléctricos, siendo los diámetros de abertura de dicha capa de carriles mayores que el diámetro de dicho disco piezoeléctrico, teniendo dicha capa de carriles una altura vertical para definir una pluralidad de cavidades correspondientes a dicha pluralidad de aberturas de capa de carriles;

    f) llenar dicha pluralidad de cavidades con un relleno polimérico curable;

    g) cubrir dichas cavidades llenas con una herramienta plana;

    h) curar dicho polímero curable;

    i) retirar dicho vacío;

    j) retirar dicha base de sujeción por vacío para formar un primer conjunto;

    caracterizado por

    k) proporcionar de manera independiente un soporte de placa y colocar sobre dicho soporte de placa una placa de flexión que tiene una primera superficie, una segunda superficie y un diámetro equivalente al diámetro de dicha capa de carriles;

    l) aplicar un adhesivo curable a dicha primera superficie de dicha placa de flexión para cubrir dicha primera superficie de dicha placa de flexión y para formar un segundo conjunto;

    m) colocar dicho primer conjunto sobre dicho segundo conjunto de modo que dicha primera superficie de dicha capa de carriles entre en contacto con dicho adhesivo sobre dicha primera superficie de dicha placa de flexión;

    n) curar dicho adhesivo;

    o) retirar dicha herramienta plana;

    p) retirar dicho relleno polimérico curado; y

    q) retirar dicho soporte de placa.
16. 16. Método según la reivindicación 15, en el que dicha herramienta de alineación comprende una pluralidad de aberturas dimensionadas y espaciadas por igual; y

    en el que dicha etapa de alineación incluye además usar dicha herramienta de alineación para establecer dicha matriz de discos piezoeléctricos sobre dichas aberturas de la base de sujeción por vacío en dicha base de sujeción por vacío, en el que cada uno de dichos discos piezoeléctricos tienen un diámetro ligeramente menor que el diámetro de abertura de herramienta de alineación correspondiente para permitir que dicho disco piezoeléctrico encaje dentro de dicha abertura de herramienta de alineación correspondiente.
17. 17. Método según la reivindicación 15 ó 16, que comprende además unir cables a dicha placa de flexión y dicha pluralidad de discos piezoeléctricos.
18. 18. Método según la reivindicación 17, que comprende además adherir una capa de acoplamiento a dicha segunda superficie de dicha placa de flexión.
19. 19. Método según la reivindicación 17 ó 18, que comprende además adherir una capa de refuerzo a dicha segunda superficie de dicha capa de carriles.
20. 20. Transductor según cualquiera de las reivindicaciones 1-14, en el que dicha placa de flexión tiene una forma geométrica plana.
21. 21. Transductor según cualquiera de las reivindicaciones 1-14 ó 20, en el que cada celda del transductor electroacústico de múltiples celdas puede excitarse de manera independiente.
22. 22. Transductor según cualquiera de las reivindicaciones 1-14 ó 20, en el que puede excitarse cualquier número de celdas del transductor electroacústico de múltiples celdas conjuntamente entre sí.