TW201522921A - 聲感測器及聲感測器系統 - Google Patents

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Abstract

根據一實施例，聲感測器包括基座及第一應變感測元件。基座包括支撐件及由支撐件所支撐的第一膜片單元。第一膜片單元係可撓的。第一應變感測元件被設在第一膜片單元的第一表面上。第一應變感測元件包括第一磁性層、第二磁性層、及被設在第一磁性層與第二磁性層之間的第一中間層。第一磁性層的磁化與第二磁性層的磁化之間的角度藉由聲波係可變的。聲波藉由與第一膜片單元接觸的第一傳遞材料而被傳遞至第一膜片單元。

Description

聲感測器及聲感測器系統 〔相關申請案的交互參照〕
本申請案主張2013年9月20日所申請的日本專利申請案第2013-196205號之權益；其全部內容以參照方式在此被併入。
在此所描述的實施例一般地關於聲感測器及聲感測器系統。
聲發射(以下稱“AE”)例如被使用為使用超音波感測器之用於非破壞性測試的方法。對於聲感測器所欲的是使用這樣的聲發射來改善靈敏度。
根據一實施例，聲感測器包括基座、第一應變感測元件及第一傳遞材料。該基座包括支撐件及由該支撐件所支撐的第一膜片單元。該第一膜片單元係可撓的。該第一應 變感測元件被設在該第一膜片單元的第一表面上。該第一應變感測元件包括第一磁性層、第二磁性層、及被設在該第一磁性層與該第二磁性層之間的第一中間層。聲波經由第一傳遞材料被傳遞至該第一膜片單元，該第一傳遞材料被設成與該第一膜片單元接觸。該第一磁性層的磁化與該第二磁性層的磁化之間的角度根據該聲波係可變的。
根據一實施例，聲感測器包括基座、第一應變感測元件及第一傳遞材料。該基座包括支撐件及由該支撐件所支撐的第一膜片單元。該第一膜片單元係可撓的。該第一應變感測元件被設在該第一膜片單元的第一表面上。該第一應變感測元件包括第一磁性層、第二磁性層、及被設在該第一磁性層與該第二磁性層之間的第一中間層。該第一傳遞材料係與該第一膜片單元接觸，且被組態成將聲波傳遞至該第一膜片單元。
各種實施例將參照隨附圖式在此被描述。
圖式係示意性或概念性；且諸部分的厚度與寬度之間的關係、諸部分間的大小比例等係不必然相同於其實際值。再者，尺寸及比例可在圖式間不同地被描繪，即便是對於相同的部分。
在本申請案的說明書以及圖式中，類似於關於圖上所描述組件之組件被標註以相同的元件符號，且詳細說明適當地被省略。
10‧‧‧第一磁性層
10a‧‧‧磁性堆疊膜片
10b‧‧‧高磁致伸縮磁性膜片
15‧‧‧第一中間層
20‧‧‧第二磁性層
30‧‧‧第三磁性層
30b‧‧‧第五磁性層
35‧‧‧第二中間層
35b‧‧‧第三中間層
40‧‧‧第四磁性層
40b‧‧‧第六磁性層
41‧‧‧緩衝層
42‧‧‧抗鐵磁層
43‧‧‧磁性層
44‧‧‧Ru層
45‧‧‧頂蓋層
50‧‧‧應變感測元件
50s‧‧‧應變電阻改變單元
51‧‧‧第一電極
52‧‧‧第二電極
54b‧‧‧絕緣層
55a‧‧‧偏移層
55b‧‧‧偏移層
57‧‧‧第一互連件
58‧‧‧第二互連件
64‧‧‧轉換器薄膜片
64a‧‧‧膜片表面
64a‧‧‧膜片表面
64b‧‧‧形心
64eg‧‧‧邊緣
70‧‧‧基座
70e‧‧‧非中空部
70h‧‧‧中空部
701‧‧‧下表面
71‧‧‧支撐件
72‧‧‧感測器單元
73‧‧‧聲耦合器
90‧‧‧殼體
91‧‧‧底板
95‧‧‧基座支撐件
96‧‧‧固定單元
97‧‧‧聲耦合器材料
300a‧‧‧聲感測器
300b‧‧‧聲感測器
300c‧‧‧聲感測器
300d‧‧‧聲感測器
305a‧‧‧聲感測器
305b‧‧‧聲感測器
306‧‧‧聲感測器
306a‧‧‧聲感測器
306b‧‧‧聲感測器
307‧‧‧聲感測器
350‧‧‧聲感測器系統
611‧‧‧放大器單元
612‧‧‧濾波器
613‧‧‧A/D變換器
614‧‧‧計數器
615‧‧‧記憶體
616‧‧‧通訊電路單元
617‧‧‧前置放大器
618‧‧‧電子電路單元
619‧‧‧使用者PC
619a‧‧‧輸出請求
619b‧‧‧閾值設定
620‧‧‧電力接受單元
621‧‧‧電力接受單元基板
622‧‧‧放大器
623‧‧‧電力傳送電路
630a‧‧‧電力傳送單元
630b‧‧‧電力接受單元
631‧‧‧電源單元
632‧‧‧脈衝產生器
633‧‧‧放大器
634‧‧‧超音波轉換器
635‧‧‧超音波轉換器
636‧‧‧整流單元
637‧‧‧電力儲存單元
638‧‧‧負載
640‧‧‧整流電路
701‧‧‧晶片
701b‧‧‧晶片
701eg‧‧‧晶片邊緣部
702‧‧‧印刷電路板
703‧‧‧隔膜
704‧‧‧孔
705‧‧‧孔
706‧‧‧液體
707‧‧‧注入孔
708‧‧‧通氣孔
710‧‧‧聲發射產生源
810‧‧‧測量物件
AM1‧‧‧振幅波形
DL1‧‧‧預定值
f‧‧‧頻率
F1‧‧‧第一膜片單元
F1a‧‧‧第一表面
F2‧‧‧第二膜片單元
F2a‧‧‧第二表面
Int‧‧‧強度
L‧‧‧磁性層的長度
△L‧‧‧磁性層的長度的改變量
M01‧‧‧第一層
M02‧‧‧第二層
R‧‧‧電阻
△R‧‧‧電阻的改變量
S1‧‧‧第一應變感測元件
S2‧‧‧第二應變感測元件
S3‧‧‧第三應變感測元件
TM1‧‧‧第一傳遞材料
TM2‧‧‧第二傳遞材料
λ s‧‧‧磁致伸縮常數
圖1係描繪根據第一實施例的聲感測器之示意剖面圖；圖2係描繪根據第一實施例的聲感測器之示意剖面圖；圖3係描繪根據此實施例的聲感測器的部分之示意立體圖；圖4A至圖4C係描繪根據此實施例的聲感測器的操作之示意立體圖；圖5A至圖5B係描繪根據此實施例的聲感測器之示意立體圖；圖6A至圖6D係描繪根據第二實施例的聲感測器之示意視圖；圖7係描繪根據第二實施例的聲感測器的部分之示意平面圖；圖8係描繪根據第三實施例的聲感測器之示意平面圖；圖9係顯示此聲感測器的特性之示意圖；圖10A至圖10D係描繪根據第四實施例的聲感測器的部分之示意平面圖；圖11A及圖11B係描繪根據第五實施例的聲感測器之示意圖；圖12係描繪根據第六實施例的聲感測器之示意剖面圖；圖13係描繪根據第六實施例的聲感測器之示意圖； 圖14係描繪根據第六實施例的聲感測器之示意圖；圖15A至圖15E係顯示根據第七實施例的聲感測器之示意剖面圖；圖16係顯示聲發射波之示意圖；及圖17係描繪根據第八實施例的聲感測器系統之示意圖。
第一實施例
圖1係描繪根據第一實施例的聲感測器之示意剖面圖。
如圖1中所示，根據此實施例的聲感測器300a包括基座70及感測器單元72。感測器單元72例如被設在基座70上。感測器單元72包括應變感測元件50(第一應變感測元件S1)。基座70包括支撐件71及轉換器(transducer)薄膜片64(第一膜片單元F1)。轉換器薄膜片64具有膜片表面64a。轉換器薄膜片64係可撓的。轉換器薄膜片64係可變形的。應變感測元件50例如被固定至該膜片表面64a。應變感測元件50例如被設在膜片表面64a上。
在說明書中，“固定”不受限於應變感測元件及膜片表面直接地被固定在一起，且包括應變感測元件及膜片表面經由其他組件間接地被固定之案例。亦即，“固定”指應變感測元件與膜片表面之間的相對位置關係被固定。
轉換器薄膜片64藉由自外部所施加的壓力(例如，彎折)而被變形。轉換器薄膜片64將應變轉換至應變感測元件50。來自外部的壓力包括由聲波、超音波或類似者所造成的壓力。
形成轉換器薄膜片64的薄膜片可連續地被形成在由外部壓力所變形的部分的外部上。在說明書中，由外部壓力所變形的部分係指轉換器薄膜片。轉換器薄膜片64由固定端(例如，邊緣64eg)所圍繞。在此範例中，支撐件71包括固定端。轉換器薄膜片64的厚度例如係小於固定端的厚度之均一厚度。
應變感測元件50例如被設於該轉換器薄膜片64的上表面及下表面中的至少一者上。應變感測元件50包括第一磁性層10、第二磁性層20、及第一中間層15。第一中間層15被設於第一磁性層10與第二磁性層20之間。
應變感測元件50例如被設於轉換器薄膜片64的應變量大的位置上。亦即，應變感測元件50例如被設於轉換器薄膜片64的中央部及邊緣部中的至少一者上。
根據此實施例的聲感測器300a係使用轉動元件的聲感測器。例如可設有複數個應變感測元件50。靈敏度藉由使用複數個應變感測元件50而被改善。
在此實施例中，例如可另設有第二應變感測元件。第二應變感測元件被設於第一表面F1a上。第二應變感測元件包括第三磁性層、第四磁性層、及設於第三磁性層與第四磁性層之間的第二中間層(參圖6B)。在此實施例 中，例如可設有複數個應變感測元件。應變感測元件的數目可為二個或更多。
基座70包括中空部70h。基座70包括非中空部70e。非中空部70e與中空部70h並置。
中空部70h係未設有形成非中空部70e的材料之部分。中空部70h例如可用傳遞材料(第一傳遞材料TM1)被填充。傳遞材料含有液體及固體中的至少一者。聲感測器例如在0℃至80℃被使用。傳遞材料例如在室溫(例如，25℃)可為液體狀態。傳遞材料例如在室溫可為固體狀態。傳遞材料例如在室溫可為凝膠形式。
根據此實施例的聲感測器(聲感測器300a)包括基座70及第一應變感測元件S1(應變感測元件50)。基座70包括支撐件71及第一膜片單元F1(轉換器薄膜片64)。第一膜片單元F1由支撐件71所支撐。第一膜片單元F1係可變形的。基座70例如能在由支撐件71及第一膜片單元F1(中空部70h)所分隔的空間中容置第一傳遞材料TM1。第一應變感測元件S1被設於第一膜片單元F1的表面(第一表面F1a)上。第一應變感測元件S1包括第一磁性層10、第二磁性層20、及第一中間層15。第一中間層15被設在第一磁性層10與第二磁性層20之間。
聲波藉由與第一膜片單元F1接觸的第一傳遞材料TM1而被傳遞至第一膜片單元F1。如稍後所描述，第一磁性層10的磁化與第二磁性層20的磁化之間的角度能藉由第一膜片單元F1所接受的聲波而被改變。
聲感測器300a例如被安裝成面向測量物件810。第一傳遞材料TM1被設置在聲感測器300a與測量物件810之間。第一傳遞材料TM1的聲阻抗係低於測量物件810的聲阻抗。
中空部70h例如用液體被填充。所置入的液體的聲阻抗例如係低於(小於)測量物件810的聲阻抗。可變形的材料例如可被包括在中空部70h中。藉此，轉換器薄膜片64能被變形。可變形的材料的聲阻抗例如係低於測量物件810的聲阻抗。
聲感測器300a包括基座70、第一應變感測元件S1、及第一傳遞材料TM1。第一傳遞材料TM1與第一膜片單元F1接觸。第一傳遞材料TM1被設於測量物件810與第一膜片單元F1之間。第一傳遞材料TM1將聲波傳遞至第一膜片單元F1。聲感測器300a例如係超音波感測器。
測量物件810例如係金屬、合金、基岩、水泥、木材、植物、或其他者。鐵的聲阻抗例如在25℃係46MRayl。銅的聲阻抗係44MRayl。鋁的聲阻抗係17MRayl。水泥的聲阻抗係8MRayl。木材(常綠橡)的聲阻抗係3MRayl。
被置入中空部70h中的媒體例如係醇(甘油)、油、水、汞、橡膠、蠟、或其他者。這些物的聲阻抗係低於測量物件810的聲阻抗。
聲耦合器73及被置入中空部70h的媒體例如構成聲匹配層。作為聲匹配層，甘油、水、汞、橡膠(例如，苯 乙烯丁二烯橡膠)、或矽樹脂例如被使用。甘油的聲阻抗例如在25℃係2.4MRayl。水的聲阻抗係1.5MRayl。汞的聲阻抗係19.8MRayl。橡膠(例如，苯乙烯丁二烯橡膠)的聲阻抗係1.7MRayl。矽樹脂的聲阻抗係19.6MRayl。
空氣的聲阻抗例如係410Rayl。空氣的聲阻抗大致係被置入中空部的媒體的聲阻抗的1/10,000及類似者(例如，不少於1/50,000且不多於1/1000)。如果在測量物件810與轉換器薄膜片64之間有氣體，彈性波在邊界表面會被反射。在此案例中，使用聲感測器去偵測彈性波會有困難。
在此範例中，基座70藉由基座支撐件95被固定至殼體90。
聲耦合器73被置入於殼體90與基座70之間。聲耦合器73的聲阻抗例如係低於測量物件810的聲阻抗。被使用於聲耦合器73的材料可不同於被置入中空部70h中的材料。亦即，聲匹配層可為多層結構。
當聲耦合器73的材料及被置入中空部70h中的媒體的材料係彼此不同時，聲匹配層例如係多層結構。又，當多層結構的聲耦合器73被使用時，聲匹配層係多層結構。當多層結構的聲匹配層被使用時，較佳的是，層的聲阻抗例如被設定成自測量物件810朝向轉換器薄膜片64逐漸減少。藉此，彈性波的傳播路徑中的能量損失被抑制。
填充物(第一傳遞物質TM1)例如包括第一層M01及被設於第一層M01與第一膜片單元F1之間的第二層M02。第二層M02的聲阻抗較佳地係低於第一層M01的聲阻抗。第二層M02的聲阻抗例如可高於第一層M01的聲阻抗。
當壓力(包括聲音、超音波波或類似者)從外部被施加至轉換器薄膜片64時，轉換器薄膜片64被變形。因此，應變被產生於設在轉換器薄膜片64上的應變感測器(感測器單元72)中。因此，轉換器薄膜片64將壓力訊號傳送(轉換)至感測器單元72。壓力訊號被轉變成感測器單元72中的應變訊號。
應變感測器(感測器單元72)被設於轉換器薄膜片64的上表面及下表面中的至少一者上。
在此範例中，轉換器薄膜片64被設於中空部70h的上側。
平行於膜片表面64a的表面被界定為X-Y平面。在膜片表面64a不是平坦表面的案例中，包括膜片表面64a的邊緣64eg之平面被界定為X-Y平面。垂直於X-Y平面的方向被界定為Z軸線方向。
聲感測器300a易受到外部噪音的影響。在此範例中，像是上述基座70及感測器單元72之組件由殼體90所圍繞。
對於殼體90，鋁、不鏽鋼、或類似者例如被使用。藉此，殼體90例如作用為磁屏蔽。
聲感測器例如被固定至測量物件810。殼體90藉由固定單元96(固定材料)被固定至測量物件810。
對於固定單元96，環氧樹脂基礎黏合劑、蠟、及類似者例如被使用。聲感測器300a被黏至測量物件810，使得測量物件810與聲耦合器73之間沒有氣體。
殼體90例如被設於聲感測器300a中。基座70、第一應變感測元件S1、及第一傳遞材料TM1被設於殼體90中。
圖2係描繪根據第一實施例的聲感測器之示意剖面圖。
如圖2中所示，與殼體90一體的底板91可被設於聲感測器300b的底表面。第一傳遞材料被設置在底板91與第一薄膜單元F1。在此範例中，聲耦合器材料97被設於底板91與測量物件810之間。聲感測器300b被黏至測量物件810。
作為聲耦合器材料97，環氧樹脂基礎黏合劑、蠟、油脂、矽化合物、或類似者例如被使用。聲感測器300b被黏至測量物件810，使得測量物件810與聲耦合器材料97之間沒有氣體。
當測量物件810係金屬或類似者時，磁鐵或類似者例如被使用為固定單元96。
轉換器薄膜片64例如包括絕緣層。轉換器薄膜片64例如含有金屬。轉換器薄膜片64例如含有矽氧化物、矽氮化物、或類似者。轉換器薄膜片64的厚度例如不少於 200nm且不多於3μm。較佳地為不少於300nm且不多於1.5μm。轉換器薄膜片64的直徑例如不少於1μm且不多於3mm。較佳地為不少於60μm且不多於1mm。轉換器薄膜片64例如在垂直於膜片表面64a的Z軸線方向上係可撓的。
應變感測元件50的一端被連接至第一互連件57。應變感測元件50的另一端被連接至第二互連件58。第一互連件57及第二互連件58例如自應變感測元件50朝向基座70延伸。
當聲匹配層包括多層結構時，首先，基座70的中空部70h例如用液體(第一階段)被填充。在這之後，另一液體(第二階段)用平坦的方式被封閉在殼體90中的基座70的下側上。接著，油脂或黏合劑例如被施加至測量物件810與聲感測器之間的接觸表面。
例如磁屏蔽封裝被使用為殼體90。金屬屏蔽膜片被形成於晶片上方，且殼體90形成金屬板屏蔽。金屬屏蔽膜片例如被形成於晶片上方。
圖3係描繪根據此實施例的聲感測器的部分之示意立體圖。
如圖3中所示，應變電阻改變單元50s(應變感測元件50)例如包括第一磁性層10、第二磁性層20、及被設於第一磁性層10與第二磁性層20之間的第一中間層15。第一中間層15係非磁性層。
在此範例中，第一磁性層10係無磁化的層。第二磁 性層20例如係固定磁化的層或無磁化的層。
自第二磁性層20朝向第一磁性層10的方向被界定為Z軸線方向。垂直於Z軸線方向的方向被界定為X軸線方向。垂直於X軸線方向及Z軸線方向的方向被界定為Y軸線方向。
在下文中，對於第二磁性層20係固定磁化的層且第一磁性層10係無磁化的層之案例，應變感測元件50的操作被描述。在應變感測元件50中，鐵磁材料具有的“反向磁致伸縮(inverse magnetostriction)效應”以及應變電阻改變單元50s中所呈現的“MR(磁阻)效應”被運用。
“MR效應”係在包括磁性材料的堆疊膜片中堆疊膜片的電阻值由於磁性材料的磁化改變(由外部磁場所引起)而改變之現象。MR效應例如包括GMR(巨磁阻)效應、TMR(穿隧磁阻)效應、或類似者。藉由將電流傳送通過應變電阻改變單元50s，MR效應被呈現，以讀出磁化方向之間的相對角度的變化來作為電阻改變。基於被施加至應變感測元件50的應力，拉伸應力例如被施加至應變電阻改變單元50s。當第一磁性層10(無磁化層)的磁化方向及被施加至第二磁性層20的拉伸應力的方向係不同時，由於反向磁效伸縮效應，MR效應被呈現。低電阻狀態的電阻被標示為R，且由於MR效應而改變之電阻的改變量被標示為△R。△R/R被稱為“MR比”。
圖4A至圖4C係描繪根據此實施例的聲感測器的操 作之示意立體圖。
此等圖描繪應變感測元件50中的磁化方向與拉伸應力的方向之間的關係。
圖4A顯示沒有施加拉伸應力之狀態。在此範例中，第二磁化層20(固定磁化層)的磁化方向係相同於第一磁化層10(無磁化層)的磁化方向。
圖4B顯示施加拉伸應力之狀態。在此範例中，拉伸應力沿著X軸線方向被施加。沿著X軸線方向的拉伸應力例如藉由轉換器薄膜片64的變形而而被施加至應變感測元件50。在此範例中，拉伸應力被施加在正交於第二磁性層20(固定磁化層)的磁化方向及第一磁性層10(無磁化層)的磁化方向(在此範例中為Y軸線方向)之方向。此時，第一磁性層10(無磁化層)的磁化被旋轉，以致變成與拉伸應力的方向相同之方向。這被稱為“反向磁致伸縮效應”。第二磁性層20(固定磁化層)的磁化被固定。因此，藉由第一磁性層10(無磁化層)的磁化的旋轉，第二磁性層20(固定磁化層)的磁化方向與第一磁性層10(無磁化層)的磁化方向之間的相對角度被改變。
圖4B中所描繪的第二磁化層20(固定磁化層)的磁化方向係一範例。磁化方向可不為圖中所示的方向。
反向磁致伸縮效應中的磁化的簡單軸線隨鐵磁材料的磁致伸縮常數的正負號改變。
許多呈現高的反向磁致伸縮效應之材料具有正值的磁 致伸縮常數。在磁致伸縮常數的符號係正號之案例中，磁化簡單軸線的方向係拉伸應力的方向，如上所述。此時，第一磁化層10(無磁化層)的磁化旋轉朝向磁化簡單軸線的方向，如上所述。
在第一磁化層10的磁致伸縮常數係正值之案例中，第一磁化層10(無磁化層)的磁化方向例如被設定成不同於拉伸應力的方向之方向。另一方面，在磁致伸縮常數係負值之案例中，垂直於拉伸應力的方向之方向係磁化簡單軸線的方向。
圖4C顯示第一磁化層10的磁致伸縮常數係負值之狀態。在此案例中，第一磁化層10(無磁化層)的磁化方向被設定成不同於垂直於拉伸應力方向(在此範例中，X軸線方向)的方向之方向。
在此範例中，第一磁化層10的磁化方向被顯示為第二磁化層20(固定磁化層)的磁化方向。磁化方向可不為圖中所示的方向。
應變感測元件50(應變電阻改變單元50s)的電阻例如由於MR效應而根據第一磁化層10的磁化方向與第二磁化層20的磁化方向之間的角度來改變。
當鐵磁層藉由外部磁場而在某方向上飽和時，磁致伸縮常數(λ s)代表變形的強度。例如，假設在沒有外部磁場的狀態下磁性層的長度係L。假設當外部磁場被施加時磁性層的長度已改變△L。此時，磁致伸縮常數λ s由△L/L來表示。改變量隨著磁場強度而改變。在磁性層的 磁化藉由充分的磁場而飽和之狀態下，磁致伸縮常數λ s係△L/L。
在第二磁化層20係固定磁化層之案例中，含有Fe、Co、及Ni中的至少一者之合金金屬例如被使用於第二磁化層20。此外，具有被加入上述材料的添加元素之材料或類似者被使用於第二磁化層20。CoFe合金、CoFeB合金、NiFe合金、或類似者例如被使用於第二磁化層20。第二磁性層20的厚度例如係不少於2奈米(nm)且不多於6奈米(nm)。
對於第一中間層15，金屬或絕緣物例如被使用。對於第一中間層15，含有Cu、Au、及Ag中的至少一者之金屬及類似者例如被使用。在金屬被使用作第一中間層15之案例中，第一中間層15的厚度例如係不少於1nm且不多於7nm。對於第一中間層15，含有Mg、Al、Ti、及Zn中的至少一者之絕緣物例如被使用。鎂氧化物(MgO等)、鋁氧化物(Al2O3等)、鈦氧化物(TiO等)、鋅氧化物(ZnO等)、或類似者例如被使用為第一中間層15。在絕緣物被使用為第一中間層15之案例中，第一中間層15的厚度例如不少於1nm且不多於3nm。
在第一磁性層10係無磁化層之案例中，含有Fe、Co、及Ni中的至少一者之合金材料例如被使用於第一磁性層10。具有被加入上述材料的添加元素之材料例如被使用。
對於第一磁性層10，具有高的磁致伸縮之材料被使 用。確切地，磁致伸縮的絕對值大於10-5之材料被使用。藉此，磁化隨著應變靈敏地改變。對於第一磁性層10，若非具有正值的磁致伸縮之材料、即是具有負值的磁致伸縮之材料可被使用。
對於第一磁性層10，FeCo合金、NiFe合金、或類似者例如可被使用。對於第一磁性層10，Fe-Co-Si-B例如可被使用。對於第一磁性層10，Tb-M-Fe合金、Tb-M1-Fe-M2合金、Tb-M3-M4-B合金、或類似者可被使用。M代表Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、或Er。M1代表Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、或Er。M2代表Ti、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W、或Ta。M3代表Ti、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W、或Ta。M4代表Ce、Pr、Nd、Sm、Tb、Dy、或Er。鐵氧體係Fe3O4、(FeCo)3O4、或類似者。在Tb-M-Fe合金、Tb-M1-Fe-M2合金、F-M3-M4-B合金、或類似者中，λ s例如係大於100ppm。對於第一磁性層10，Ni、Al-Fe、鐵氧體、或類似者例如可被使用。
第一磁性層10的厚度例如係2nm或更多。
第一磁性層10例如包括二層結構。作為第一磁性層10，作為第一磁性層10，包括FeCo合金層的堆疊結構例如被使用。對於與FeCo合金層堆疊的層，Fe-Co-Si-B合金例如被使用。對於與FeCo合金層堆疊的層，Tb-M1-Fe-M2合金、或F-M3-M4-B合金例如被使用。M代表Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、或Er。M1代表Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、或Er。M2代表Ti、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W 、或Ta。M3代表Ti、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W、或Ta。M4代表Ce、Pr、Nd、Sm、Tb、Dy、或Er。鐵氧體係Fe3O4、(FeCo)3O4、或類似者。在Tb-M-Fe合金、Tb-M1-Fe-M2合金、F-M3-M4-B合金、或類似者中，λ s例如係大於100ppm。對於與FeCo合金層堆疊的層，含有Ni、Al-Fe、及鐵氧體中的至少一者之層例如被使用。
當第一中間層15係金屬時，例如呈現有GMR效應。當第一中間層15係絕緣物時，呈現有GMR效應。在應變感測元件50中，電流沿著應變電阻改變單元50s的堆疊方向傳遞之CPP(電流垂直於平面)-GMR效應例如被使用。
CCP(電流限制路徑)間隔件層可被使用為第一中間層15。CCP間隔件層例如包括在膜片厚度方向上穿透的複數個金屬電流路徑(為絕緣層的部分)。金屬電流路徑的寬度例如係1nm或更多(例如，直徑係大致5nm)。CPP-GMR效應亦在此案例中被使用。
因此，在此實施例中，應變感測元件50中的反向磁致伸縮現象被使用。藉此，高靈敏度的感測變得可能。當反向磁致伸縮效應被使用時，第一磁性層10及第二磁性層20中的至少一者的磁化方向例如隨著自外部所施加的應變而改變。二個磁性層的磁化的相對角度隨著自外部所施加的應變(存在或不存在、其位準等)而改變。由於電阻隨著自外部所施加的應變而改變，應變感測元件50作用為壓力感測器。
圖5A及圖5B係描繪根據此實施例的聲感測器之示意立體圖。
如圖5A中所示，應變感測元件50例如包括第一電極51及第二電極52。應變電阻改變單元50s被設於第一電極51與第二電極52之間。在此範例中，在應變電阻改變單元50s中，緩衝層41、抗鐵磁層42、磁性層43、Ru層44、第二磁性層20、第一中間層15、第一磁性層10、及頂蓋層45以此順序自第一電極51側朝向第二電極52側被設置。緩衝層41的厚度例如係不少於1nm且不多於10nm。緩衝層41例如係含有Ta或Ti之非晶態層。作為緩衝層41，Ru、NiFe、或類似者之層例如被使用。Ru、NiFe、或類似者之層充當作供晶向增長的晶種層。這些物的堆疊膜片可被使用為緩衝層41。
抗鐵磁層42的厚度例如係不少於5nm且不多於10nm。磁性層43的厚度例如係不少於2nm且不多於6nm。第二磁性層20的厚度例如係不少於2nm且不多於5nm。第一中間層15的厚度例如係不少於1nm且不多於3nm。第一磁性層的厚度例如係不少於2nm且不多於5nm。頂蓋層45的厚度例如係不少於1nm且不多於5nm。
作為第二磁性層20，磁性堆疊膜片例如被使用。第一磁性層10包括用於增加MR比的磁性堆疊膜片10a以及設於磁性堆疊膜片10a與頂蓋層45之間的高磁致伸縮磁性膜片10b。磁性堆疊膜片10a的厚度例如係不少於1nm且不多於3nm。磁性堆疊膜片10a例如含有CoFe。高 磁致伸縮磁性膜片的厚度例如係不少於1nm且不多於5nm。
第一電極51例如含有Au、Cu、Ta、及Al中的至少一者。這些係非磁性。第二電極52例如含有Au、Cu、Ta、及Al中的至少一者。作為第一電極51及第二電極52，軟的磁性材料可被使用；藉此，影響應變電阻改變單元50s的來自外部的磁噪訊被降低。作為軟的磁性材料，高導磁合金(NiFe合金)及矽鋼(FeSi合金)例如被使用。應變感測元件50例如用像是鋁氧化物(例如，Al2O3)及矽氧化物(例如，SiO2)的絕緣物被覆蓋。藉此，至周圍的滲漏電流被抑制。
第一磁性層10及第二磁性層20中的至少一者的磁化方向根據應力而改變。至少一磁性層(其中磁性層的磁化方向根據應力而改變)的磁致伸縮常數的絕度值例如被設定為10-5或更多。藉此，磁化方向由於反向磁致伸縮效應而根據自外部所施加的應變來改變。對於第一磁性層10及第二磁性層20中的至少一者，含有Fe、Co、及Ni中的至少一者之合金或類似者例如被使用。磁致伸縮常數藉由所使用的元素、添加元素等而被設定為大的。磁致伸縮常數的絕對值較佳地係大的。能被使用於實際裝置的材料之磁致伸縮常數的絕對值例如係大致10-2或更少。
作為第一中間層15，像是MgO的氧化物例如被使用。MgO層上的磁性層的磁致伸縮常數例如係正號。在第一磁性層10被形成在第一中間層15上之案例中，具有 堆疊組態的CoFeB/CoFe/NiFe例如被使用為第一磁性層10。當最上面的NiFe層被作成富有Ni，NiFe層的磁致伸縮常數係負值且其絕對值係大的。最上面的NiFe層例如與高導磁合金Ni81Fe19比較係非富有Ni。藉此，氧化層上的正磁致伸縮的抵銷例如被抑制。最上面的NiFe層中的Ni的比例較佳地係被設定成小於80原子百分比(原子%)。在無磁化層被使用為第一磁性層10之案例中，第一磁性層10的厚度例如較佳地係不少於1nm且不多於20nm。
在第一磁性層10係無磁化層之案例中，第二磁性層20可為若非固定磁化層、即是無磁化層。在第二磁性層20係固定磁化層之案例中，第二磁性層20的磁化方向實質地不改變，即便應變自外部被施加。電阻隨著第一磁性層10與第二磁性層20的磁化之間的相對角度而改變。應變藉由電阻的改變而被感測。
在第一磁性層10及第二磁性層20兩者係無磁化層之案例中，第一磁性層10的磁致伸縮常數例如係被設定為不同於第二磁性層20的磁致伸縮常數。
在第二磁性層20係若非固定磁化層、即是無磁化層之案例中，第二磁性層20的厚度例如較佳地係不少於1nm且不大於20nm。
在第二磁性層20係固定磁化層之案例中，包括抗磁性層/磁性層/Ru層/磁性層的堆疊結構或類似者之合成AF(抗鐵磁)結構例如可被使用為第二磁性層。對於抗磁性 層，IrMn及類似者例如被使用。可設有硬質偏移層，如稍後所述。
磁性層的轉動被使用在應變感測元件50中。應變感測元件50的面積例如係非常小尺寸。假設應變感測元件50的形狀係正方形，應變感測元件50的尺寸例如就一側的長度而言係10nm或更多，例如20nm或更多。
應變感測元件50的面積例如係足夠地小於由壓力所變形的轉換器薄膜片64。在此，轉換器薄膜片係由固定端所圍繞的部分，如上所述。轉換器薄膜片被設計成藉由外部壓力來變形。轉換器薄膜片的厚度係小於固定端的厚度之均一厚度。應變感測元件50的面積(當被投射至轉換器薄膜片64上時應變感測元件50的面積)例如係不多於基板平面中的轉換器薄膜片64的面積的1/5。轉換器薄膜片64的直徑例如係大致不少於60μm且不多於600μm。當轉換器薄膜片64的直徑係大致60μm這麼小時，應變感測元件50的一側的長度例如係12μm或更少。當轉換器薄膜片的直徑係600μm時，應變感測元件50的一側的長度係120μm或更少。此值例如係應變感測元件50的尺寸的上限。
相較於此上限值，上述不少於10nm且不多於20nm的一側的長度的尺寸係極度地小。例如不須將應變感測元件50的尺寸設定成過度地小。藉此，元件的處理準確度例如被確保。因此，應變感測元件50的一側的尺寸例如被設定成大致不少於0.5μm且不多於20μm。如果元件 尺寸係極度地小，在應變感測元件50中所產生的抗磁場強度增加；因此，應變感測元件50的偏移控制會是困難的。當元件尺寸係大的時，元件的處置在工程觀點上係容易的。從此觀點，不少於0.5μm且不多於20μm係較佳的尺寸，如上所述。
應變感測元件50的沿著X軸線方向的長度例如係不少於20nm且不多於10μm。應變感測元件50的沿著X軸線方向的長度較佳地係不少於200nm且不多於5μm。
應變感測元件50的沿著Y軸線方向的長度例如係不少於20nm且不多於10μm。應變感測元件50的沿著Y軸線方向的長度較佳地係不少於200nm且不多於5μm。
應變感測元件50的沿著Z軸線方向(垂直於XY平面的方向)的長度例如係不少於20nm且不多於100μm。
應變感測元件50的沿著X軸線方向的長度可相同於或不同於應變感測元件50的沿著Y軸線方向的長度。當應變感測元件50的沿著X軸線方向的長度及應變感測元件50的沿著Y軸線方向的長度係不同時，例如發生形狀磁性異向性。藉此，第一磁性層10的磁化方向能被偏移至適合的位置，且第一磁性層10能被作成單一磁化場域。
電流通過應變感測元件50的方向可為若非自第一磁性層10朝向第二磁性層20的方向、即是自第二磁性層20朝向第一磁性層10的方向。
如圖5B中所示，應變感測元件50例如包括偏移層55a及55b(硬質偏移層)。偏移層55a及55b例如被設成面向應變電阻改變單元50s。
在此範例中，第二磁性層20係固定磁化層。偏移層55a與第二磁性層20並置。偏移層55b與第二磁性層20並置。應變感測元件50包括在偏移層55a及55b之間的應變電阻改變單元50s。絕緣層54a被設於偏移層55a及應變電阻改變單元50s。絕緣層54b被設於偏移層55b及應變電阻改變單元50s。
偏移層55a及55b例如將偏移磁場施加至第一磁性層10。藉此，第一磁性層10的磁化方向能被偏移至適合的位置，且第一磁性層10能被作成單一磁化場域。
每一偏移層55a及55b的尺寸(在此範例中，沿著Y軸線方向的長度)例如係不少於100nm且不多於10μm。
每一絕緣層54a及54b的尺寸(在此範例中，沿著Y軸線方向的長度)例如係不少於1nm且不多於5nm。
此實施例能提供高靈敏度的聲感測器。此實施例例如能提供能以高靈敏度來即時監測物件的聲感測器。
根據此實施例的聲感測器例如能被使用為偵測測量物件中的損壞。根據此實施例的聲感測器能被使用於用於測量物件缺陷的系統。磁化被運用在根據此實施例的聲感測器中。藉此，物件能以高靈敏度被監測。
根據此實施例的聲感測器例如被使用於非破壞性測 試。在非破壞性測試中，像是產生於機械部件及結構中的裂縫之損壞在沒有破壞物件的情形下被偵測。聲感測器廣泛地被使用於非破壞性測試中。
使用聲感測器的非破壞性測試方法大略地被分類成超音波偵測法及聲發射法。在超音波偵測法中，超音波藉由聲感測器而被傳送及接收。在聲發射法中，由量測物體的損壞所產生的聲發射被接收。聲發射例如係基於儲存於測量物件中的應變能量的發射之現象。聲發射係由材料的變形或裂縫的發生而被產生。應變能量被發射為彈性波。
在超音波偵測法中，測量物件藉由週期性檢測或異常時所安裝的感測器而被調查。在超音波偵測法中，在測試後評估安全性能是否被維持係困難的。在超音波偵測法中，即便異常發生在測試之間，異常的發生直到下次測試才會被顯現。如果使用超音波偵測法的測試以短週期來進行，成本增加。在測試中測量物件的使用有限制。超音波偵測法可伴隨破壞性測試。
此實施例的聲感測器例如一直被附接至測量物件810。測量物件810例如使用聲發射被測量。藉此，在測量物件810中所產生的損壞以高靈敏度即時被偵測。
在參考範例的聲發射感測器中，像是PZT(鉛鋯酸鈦酸鹽)的壓電材料例如被使用於感測器單元。在聲發射感測器中，共振點的附近積極地被使用。藉此，小的訊號例如能被偵測。
聲發射波的頻率隨著測量物件的材料而改變。在金屬 的案例中，聲發射波的頻率大致係不少於100kHz且不多於1MHz。在基岩的案例中，聲發射波的頻率例如大致係不少於10kHz且不多於100MHz。
典型為PZT的壓電材料不僅具有垂直的壓電效應(其中當電場在極化方向被施加時材料在此方向上延展及收縮)，亦具有水平的壓電效應(其中當材料在電場方向上延展時，它在正交於電場方向的方向上收縮，當材料在電場方向上收縮時，它在正交於電場方向的方向上延展)。參考範例的聲發射感測器主要地運用垂直壓電效應。在此案例中，共振頻率係主要地由壓電材料的厚度來決定，且共振頻率係與壓電材料的厚度成反向比例。在具有相對低的共振頻率(像是不少於10kHz且不少於100kHz)的壓電材料中，壓電材料的厚度係大的。為了獲得小尺寸高靈敏度的形狀，厚度(高度)與寬度(直徑)之間的比幾乎係1。在此案例中，合成變形(寬度方向上的應變與厚度方向上的應變合併)發生。亦即，不能獲得純振盪模式。
另一方面，在使用不使用磁化的MEMS(微機電系統)技術的參考範例的感測器中，靈敏度在超音波範圍係低的。因此，不使用磁化的MEMS感測器大部分被使用在音波範圍中。
對比地，磁化被使用在根據此實施例的聲感測器中。藉由此實施例，相較於參考範例的不使用磁化的MEMS感測器，即便在高頻側亦獲得高靈敏度。藉此，能提供高 靈敏度的聲感測器。感測器單元72中的共振頻率例如係100kHz或更多。感測器單元72中的共振頻率例如可為200kHz或更多。感測器單元72中的共振頻率例如可為2MHz或更少。
第二實施例
圖6A至圖6D係描繪根據第二實施例的聲感測器之示意圖。
圖6A係聲感測器之示意剖面圖。圖6B係聲感測器的部分之示意立體圖。
在圖6A中所描繪的聲感測器300c中，設有複數個感測器單元72。複數個轉換器薄膜片的尺寸及複數個應變感測元件的尺寸可為相同或不同。
聲感測器300c除了第一應變感測元件S1、第一膜片單元F1、及第一傳遞材料TM1還另包括第二應變感測元件S2及第二傳遞材料TM2。基座70另包括第二膜片單元F2。第二膜片單元F2由支撐件71所支撐。第二應變感測元件S2被設於第二膜片單元F2的表面(第二表面F2a)上。
第二傳遞材料TM2係與第二膜片單元F2接觸。第二傳遞材料TM2將聲波傳遞至第二膜片單元F2。第二傳遞材料TM2例如被設置在支撐件71及第二膜片單元F2所分隔的空間中。
圖6B顯示第二應變感測元件S2。第二應變感測元件 S2包括第三磁性層30、第四磁性層40、及第二中間層35。第二中間層35被設於第三磁性層30與第四磁性層40之間。關於第一應變感測元件S1所描述的組態及材料例如可被使用於第二應變感測元件S2中所包括的組態、材料等。
圖6C係聲感測器之示意剖面圖。圖6D係聲感測器得不分之示意立體圖。
在此實施例中，例如可另設有第三應變感測元件S3。第三應變感測元件例如被設於第一表面F1a。第三應變感測元件S3包括第五磁性層30b、第六磁性層40b、及設於第五磁性層30b與第六磁性層40b之間的第三中間層35b。
圖6D顯示第三應變元件S3。關於第一應變感測元件S1所描述的組態及材料例如可被使用於第三應變感測元件S3中所包括的組態、材料等。
圖7係係描繪根據第二實施例的聲感測器的部分之示意平面圖。
如圖7中所示，複數個感測器單元72例如被一體地形成基座70上。複數個感測器單元72一體地形成在上的合成基座能藉由使用半導體技術來製造。
此實施例提供高靈敏度的聲感測器。
第三實施例
圖8係描繪根據第三實施例的聲感測器之示意平面 圖。
如圖8中所示，亦在根據此實施例中的聲感測器300d中，設有複數個感測器單元72。複數個感測器單元72例如被一體地形成。在此範例中，複數個感測器單元72中所包括的轉換器薄膜片64的尺寸係彼此不同。除此以外，聲感測器300d係類似於聲感測器300c。
在此範例中，轉換器薄膜片64的形狀係圓形。在此實施例中，轉換器薄膜片64的形狀係任意的。
感測器單元72的共振頻率取決於轉換器薄膜片64的尺寸及厚度。當轉換器薄膜片64的形狀係圓形時，感測器單元72的共振頻率例如取決於轉換器薄膜片64的直徑。
應變感測元件50的尺寸例如係不超過轉換器薄膜片64的尺寸的1/50。應變感測元件對感測器單元的共振頻率的影響(其尺寸)係小的。
在聲感測器300d中，由於複數個轉換器薄膜片64的尺寸係彼此不同，複數個感測器單元72的共振頻率係彼此不同。具有實質相同共振頻率的感測器單元72可被包括在複數個感測器單元72中。
亦即，根據此實施例的聲感測器(聲感測器300d)包括基座70、第一應變感測元件S1、及第二應變感測元件S2。基座70包括第一膜片單元F1及第二膜片單元F2。第二應變感測元件S2被設於第二膜片單元的表面(第二表面)上。第二表面的面積及第一膜片單元的表面 (第一表面F1a)的面積係不同。
圖9係顯示聲感測器特性之示意圖。
圖9的水平軸線係頻率f。垂直軸線係強度Int。
在聲感測器中，一感測器單元72中的頻率特性的頻帶係窄的。在此案例中，靈敏度在共振點周圍中係高的。
在聲感測器中，設有複數個轉換器薄膜片64。複數個轉換器薄膜片64的直徑或厚度例如係彼此不同。藉此，感測器單元72的頻帶寬彼此重疊。這樣的陣列型感測器能在寬的頻率範圍中共振。這樣的陣列型感測器的頻率特性整體係寬的頻帶。
另一方面，在參考範例的運用像是PZT的壓電材料的聲感測器中，阻尼器(聲吸收器)例如被設於壓電元件上。阻尼器吸收不必要的振動以抑制共振，且頻帶被加寬。然而，像這樣的參考範例的聲感測器的靈敏度係低的。根據此實施例的聲感測的靈敏度例如係較像那樣的參考範例的靈敏度高大致10至30dB。
在此實施例中，每一感測器元件72例如在共振點的周圍運作。因此，獲得具有高靈敏度及寬頻帶特性的聲感測器。
此實施例提供高靈敏度的聲感測器。
第四實施例
圖10A至圖10D係描繪根據第四實施例的聲感測器的部分之示意圖。
如圖10A至圖10D中所示，轉換器薄膜片64的膜片表面64a的形狀(第一表面F1a的形狀)例如係圓形、扁圓(包括橢圓)、正方形、矩形、或多邊形。膜片表面64a的形狀例如可為多邊形的角係圓角之形狀。在此案例中，膜片表面64a的形心64b係圓形的中心、扁圓的中心、橢圓的中心、正方形的對角線的中心、或矩形的對角線的中心。
在圓形的轉換器薄膜片64的案例中，轉換器薄膜片64的直徑例如主要地決定其共振頻率。
在具有與圓形的轉換器薄膜片64相同面積的矩形的轉換器薄膜片64中，矩形的短側的長度例如係短於圓形的半徑。在此案例中，矩形的轉換器薄膜片64的短側的長度主要地決定其共振頻率。亦即，矩形的轉換器薄膜片64的共振頻率傾向於高於具有相同面積的圓形的的轉換器薄膜片64的共振頻率。
聲感測器的共振頻率能藉由使用具有這樣形狀的轉換器薄膜片64來設定成高的。
此實施例亦提供高靈敏度的聲感測器。
第五實施例
圖11A及圖11B係描繪根據第五實施例的聲感測器之示意圖。
圖式描繪聲感測器中所包括的電路。這些電路可不被包括在聲感測器中，且可被連接至聲感測器。
如圖11A中所示，根據此實施例的聲感測器305a包括電子電路單元618及通訊電路單元616。電子電路單元618及通訊電路單元616彼此被連接。電子電路單元618處理由應變感測元件50所偵測的超音波訊號。通訊電路單元616將由電子電路單元618所偵測的資料傳遞至外部。電子電路單元618例如包括放大器單元611、濾波器612、A/D變換器613、計數器614、及記憶體615。
如圖11B中所示，在根據此實施例的聲感測器305b，電子電路單元618例如包括放大器單元611、濾波器612、A/D變換器613、計數器614、記憶體615、及前置放大器617。
放大器單元611將被偵測的微弱電子訊號放大以供後續處理。濾波器612將無關的電或磁噪訊移除。濾波器612包括低通濾波器及高通濾波器中的至少一者。A/D變換器613將類比訊號變換成數位訊號。計數器614計算超出預定閾值的訊號的出現次數。記憶體615儲存主要處理訊號。放大器單元611將被偵測的小的聲發射訊號放大。在放大處理中，20dB或更多的放大處理例如被進行。
外部的噪訊可能被混合於在應變感測元件50及放大器元件611之間的訊號中。在根據此實施例的聲感測器305a中，放大器單元611被設於內部。因此，應變感測元件50與放大器單元611之間的電線長度係短的，且外部噪訊的混入在應變感測元件50與放大器單元611之間顯著地被抑制。
濾波器612例如帶通濾波器。濾波器612允許物件的超音波的頻率範圍(例如，20kHz至1MHz)中的訊號通過，且不允許其他頻率的訊號(例如，將它們減弱)通過。藉此，像是背景噪訊及白噪訊的物件的頻率頻帶以外的波形被移除。
噪訊傳遞路徑的截止或屏蔽例如被進行，以作為對抗其他噪訊(像是具有接近聲發射及電或磁噪訊的頻率成分之聲噪訊)的方法。
類比超音波訊號藉由A/D變換器613被變換成數位訊號。
計數器614計算聲發射事件的數目。聲發射事件的數目例如係聲發射波的振幅的強度超過預定閾值的次數。
在被偵測的聲發射波中，縱向波、橫向波、彈性表面波、及這些波的反射波被混合。在聲發射的產生之後，縱向波例如先抵達聲感測器，接著橫向波抵達。彈性表面波在測量物件的表面上傳播。計數器614所測量的聲發射事件的數目例如係這些聲發射波的偵測的累積數目。
記憶體615將電子電路單元618的主要資料儲存在聲感測器中。
通訊電路單元616執行由電子電路單元618所處理的主要處理資料的外部通訊。通訊電路單元616例如將資料傳遞至作為中間處理單元的PC或類似者。通訊電路單元616被連接至連接器及電線，以利執行外部通訊。
在使用者PC 619(中間處理單元)中，輸出請求 619a或閾值設定619b例如關於聲感測器而被執行。
第六實施例
圖12係描繪根據第六實施例的聲感測器之示意剖面圖。
如圖12中所示，根據此實施例的聲感測器306除了包括根據第一至第五實施例的任一聲感測器還包括電力接受單元620。電力接受單元620例如被設於殼體90中。電力接受單元620例如包括電力接受單元基板621、放大器622及設於電力接受單元基板621上的電力傳送電路623。電力接受單元620例如形成超音波電力供應的電力接受單元。
圖13係描繪根據第六實施力的聲感測器之示意圖。
圖13描繪被用於根據此實施例的聲感測器306a之電路單元。圖13描繪使用超音波作為傳送方法的電力傳送系統之方塊圖。基於超音波的無線電力傳送系統包括電力傳送單元630a及電力接受單元630b。
電力傳送單元630a傳送電力。電力傳送單元630a例如包括電源單元631、脈衝產生器632、放大器633、及超音波轉換器634。脈衝產生器632產生AC電壓脈衝。所產生的AC電壓脈衝藉由放大器633被放大，且被施加至超音波轉換器634。藉此，超音波被產生。
電力接受單元630b接受電力。電力接受單元630b例如包括超音波轉換器635、整流單元636、電力儲存單元 637、及負載638(電子電路)。電力接受單元630b將被接受的超音波變換至DC電力。電力被供應至負載638。
圖14係描繪根據第六實施例的聲感測器之示意圖。
圖14描繪被使用於根據此實施例的聲感測器306b之整流電路640。整流電路640係用於無線電力傳送系統的整流電路。藉由被設於殼體90中電力接受單元，電力無線地被供應而沒有使用電線。
第七實施例
圖15A至圖15E係描繪根據第七實施例的聲感測器之示意剖面圖。
如圖15A中所示，在聲感測器307中，設有晶片701及印刷電路板702。晶片701例如藉由被施加至晶片邊緣部701eg的黏著劑而被附接至印刷電路板702。印刷電路板702例如在隔膜703上方的位置中設有孔704。藉此，隔膜703能被變形。印刷電路板702包括用於擷取互連的孔705。
如圖15B中所示，液體706的至中空部70h中的填充例如在液體706中被執行。在液體填充之後，液體例如可用光固化樹脂或類似者被密封。如果液體注入中空部70h在空氣中被執行，被施加至隔膜703的上表面的壓力與被施加至下表面的壓力之間的差異會發生，且隔膜703會捲曲。隔膜的捲曲能藉由將液體706置入中空部70h而在液體706中被抑制。晶片701例如用防水塗層被處理。
如圖15C中所示，在聲感測器307a中，殼體90設有注入孔707及通氣孔708。在此範例中，注入孔707及通氣孔708被設在殼體90的側表面。
液體706被注入中空部70h，且液體706的下表面701例如係平的。在那之後，液體被注射通過注入孔707。此時，當氣體通過通氣孔708被移除時，液體被置入。藉此，液體例如被置入而沒有留下氣體。在液體被置入之後，注入孔707及通氣孔708被密封。光固化樹脂例如被使用於注射孔707及通氣孔708的密封。
如圖15D中所示，可不設有通氣孔708。由殼體及基座所圍繞的空間藉由大氣壓力被密封。在此案例中，在聲感測器被解除壓縮時，注入孔707被浸入液體706中。在那之後，聲感測器被回復至大氣壓力，已造成氣壓中的差異，結果液體706進入殼體90中的中空部70h。雖然隔膜在解除壓縮期間向下被彎折，當回復至大氣壓力時，它回復至它的原始位置。最後，注入孔707被密封。光固化樹脂例如被使用於注入孔707的密封。在根據此實施例的聲感測器中，藉由使用這樣的用於液體填充的方法，液體能被置入而在液體填充以之後沒有在隔膜上產生應變。
如圖15E中所示，在聲感測器307b中，液體706被設置在晶片701b下方。應變感測元件50可開始與圍繞液體706接觸，且短路可被形成。應變感測元件50例如以防水塗層來處理。
隔膜的直徑例如係不少於1μm且不多於3mm。較佳 地不少於60μm且不多於1mm。應變感測元件50的直徑例如係20μm。因此，應變感測元件50的防水塗層對隔膜703的應變的影響係小的。
圖16係顯示聲發射波之示意圖。
當測量物件810的中斷較接近時，聲發射的出現頻率例如變得更高。測量物件810的劣化程度藉由測量聲發射的發生而被估計。如圖16中所示，聲發射波的振幅波形AM1超過預定值DL1的次數被測量。
第八實施例
圖17係描繪第八實施例的聲感測器系統之示意圖。
如圖17中所示，在根據此實施例的聲感測器系統350中，複數個聲感測器被使用。在此範例中，複數個聲感測器300a被使用。作為聲感測器，根據以上所描述的此等實施例的任何聲感測器及其修改可被使用。藉由複數個聲感測器，聲發射產生源710的位置識別(位置地點)的準確度例如被改善。聲感測器的安裝的間隔例如被設定成窄於測量物件810中的聲發射的傳播距離。複數個聲感測器300a例如被配置在一直線上。藉此，聲發射產生源710的一維位置例如能被識別。複數個聲感測器300a例如被配置在相同平面上。藉此，聲發射產生源710的二維位置例如能被識別。複數個聲感測器300a例如被配置在複數個平面上。藉此，聲發射產生源710的三維位置例如能被識別。
此實施例提供聲感測器及聲感測器系統。
在此申請案的說明書中，“垂直”及“平行”不僅指嚴格垂直及嚴格平行，亦包含例如由於製造過程等的變動。它足夠為實質垂直及實質平行。
在此以上，本發明的實施例參照確切範例被描述。然而，本發明的實施例不受限於這些確切的範例。例如，熟習此項技術者可自習知技藝適合地選擇聲感測器及聲感測器系統的確切組態，像是基座、感測器單元、膜片單元、轉換器薄膜片、固定單元、應變感測元件、磁性層、中間層、傳遞材料、聲匹配層、及訊號處理電路，並類似地施作本發明。這樣的施作被包括於本發明的範疇中至獲得其類似的效果的程度。
再者，確切範例的任何兩個或更多的組件在技術可行性的程度內可被合併，且被包括在本發明的範疇中至包括本發明的主旨的程度。
此外，藉由熟習此項技術者基於在以上被描述成本發明的實施例的聲感測器及聲感測器系統的適合設計修改而可實現之所有聲感測器及聲感測器系統亦被包括在本發明的範疇內至包括本發明的精神的程度。
各種其他變化或修改能由熟習此項技術者在本發明的精神內而被知曉，且所了解的是這樣的變化及修改亦被包含在本發明的範疇內。
雖然某些實施例已被描述，這些實施例僅以範例的方式被呈現，且不意在限制本發明的範疇。的確，在此所描 述的新穎實施例可用各種其他形式被實施；再者，在此所述實施例的形式之各種省略、替代及改變在沒有背離本發明的精神的情形下可被作成。隨附的申請專利範圍及它們的均等物意在涵蓋會落在本發明的範疇及精神之這樣形式或修改。
50‧‧‧應變感測元件
57‧‧‧第一互連件
58‧‧‧第二互連件
64‧‧‧轉換器薄膜片
64eg‧‧‧邊緣
70‧‧‧基座
70e‧‧‧非中空部
70h‧‧‧中空部
71‧‧‧支撐件
72‧‧‧感測器單元
73‧‧‧聲耦合器
90‧‧‧殼體
95‧‧‧基座支撐件
96‧‧‧固定單元
300a‧‧‧聲感測器
810‧‧‧測量物件
F1‧‧‧第一膜片單元
F1a‧‧‧第一表面
M01‧‧‧第一層
M02‧‧‧第二層
S1‧‧‧第一應變感測元件
TM1‧‧‧第一傳遞材料

Claims (20)

  1. 一種聲感測器，包含：基座，其包括支撐件及由該支撐件所支撐的第一膜片單元，該第一膜片單元係可撓的；及第一應變感測元件，其被設在該第一膜片單元的第一表面上，該第一應變感測元件包括第一磁性層、第二磁性層、及被設在該第一磁性層與該第二磁性層之間的第一中間層，聲波經由第一傳遞材料被傳遞至該第一膜片單元，該第一傳遞材料被設成與該第一膜片單元接觸，該第一磁性層的磁化與該第二磁性層的磁化之間的角度根據該聲波係可變的。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之聲感測器，其中該第一傳遞材料被設置在由該支撐件及該第一膜片單元所分隔的空間中。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之聲感測器，另包含固定單元，以將該基座固定至測量物件，該測量物件發射聲波，該第一傳遞材料的聲阻抗係低於該測量物件的聲阻抗。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之聲感測器，另包含：殼體；及底板， 該基座、該第一應變感測元件、及該第一傳遞材料被設在該殼體中，該第一傳遞材料被設置在該底板與該第一膜片單元之間。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之聲感測器，另包含聲耦合器材料，該聲耦合器材料被設在該底板及該測量物件之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之聲感測器，其中該第一傳遞材料包括液體、凝膠、及固體中之至少一者。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之聲感測器，其中該第一傳遞材料包括水、甘油、汞、及橡膠中之至少一者。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之聲感測器，其中該第一傳遞材料包括：第一層；及第二層，其被設在該第一層與該第一膜片單元之間。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之聲感測器，另包含：第二應變感測元件；及第二傳遞材料，該底座另包括第二膜片單元，該第二膜片單元由該支撐件所支撐，該第二應變感測元件被設在該第二膜片單元的第二表面，該第二應變感測元件包括第三磁性層、第四磁性層、及被設在該第三磁性層與該第四磁性層之間的第二中間 層，該第二傳遞材料係與該第二膜片單元接觸，且被組態成將該聲波傳遞至該第二膜片單元。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之聲感測器，其中該第一表面的面積係不同於該第二表面的面積。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之聲感測器，其中該第一應變感測元件的共振頻率係不同於該第二應變感測元件的共振頻率。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之聲感測器，另包含第二應變感測元件，該第二應變感測元件被設在該第一表面，該第二應變感測元件包括第三磁性層、第四磁性層、及被設在該第三磁性層與該第四磁性層之間的第二中間層。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之聲感測器，另包含第三應變感測元件，該第三應變感測元件被設在該第一表面，該第三應變感測元件包括第五磁性層、第六磁性層、及被設在該第五磁性層與該第六磁性層之間的第三中間層。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之聲感測器，其中該第一表面的形狀係圓形。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之聲感測器，其中該第一表面的形狀係多邊形。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之聲感測器，其中該第一表面的形狀係矩形。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之聲感測器，其中該第一表面具有圓角。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之聲感測器，其中該第一應變感測元件當被投射至該第一表面上時具有第一面積，且該第一面積係不多於該第一表面的面積的1/5。
  19. 一種聲感測系統，包括設置為複數個如申請專利範圍第1項所述之聲感測器。
  20. 一種聲感測器，包含：基座，其包括支撐件及由該支撐件所支撐的第一膜片單元，該第一膜片單元係可撓的；第一應變感測元件，其被設在該第一膜片單元的第一表面上，該第一應變感測元件包括第一磁性層、第二磁性層、及被設在該第一磁性層與該第二磁性層之間的第一中間層；及第一傳遞材料，其係與該第一膜片單元接觸，且被組態成將聲波傳遞至該第一膜片單元。
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