專(zhuān)利名稱(chēng)：聲傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及換能器領(lǐng)域，具體涉及聲換能器。例如， 一些 實(shí)施例涉及可以檢測(cè)生物聲音、產(chǎn)生精確數(shù)據(jù)以用于信號(hào)處理并確定 與這些聲音的來(lái)源相關(guān)的生物特性的聲傳感器。
背景技術(shù)：
換能器是許多現(xiàn)代技術(shù)中十分實(shí)用的部分。 一類(lèi)有用的換能器將 聲振動(dòng)波等模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。具體而言，麥克風(fēng)包含聲換能器， 可以檢測(cè)并記錄對(duì)應(yīng)于聲音的信號(hào)。人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)本身就是聲換能器。
聲傳感器的設(shè)計(jì)者不斷受到將所需信號(hào)與干擾噪聲分離這一問(wèn) 題的挑戰(zhàn)。該挑戰(zhàn)適用于聲學(xué)噪聲(或外來(lái)聲振動(dòng))和電子噪聲(或 干擾電信號(hào))。聲學(xué)噪聲可以是人耳可檢測(cè)到的令人分心的背景說(shuō)話(huà) 聲，或是由遠(yuǎn)處駛過(guò)街道的卡車(chē)引起的微小而聽(tīng)不見(jiàn)的振動(dòng)。這種噪 聲會(huì)干擾聲傳感器的輸入。電子噪聲可以是引起電氣設(shè)備中的電子振 動(dòng)或運(yùn)動(dòng)的電磁放射。這種噪聲會(huì)干擾聲傳感器的輸出。因?yàn)閾Q能器 是將一種信號(hào)改變到另一種信號(hào)，所以對(duì)于這兩種噪聲，易受到上述 噪聲問(wèn)題的困擾。
現(xiàn)有傳感器的另一個(gè)問(wèn)題是對(duì)于信號(hào)方向過(guò)度靈敏。例如，在許 多情況下，傳感器在結(jié)構(gòu)上能夠有效地檢測(cè)信號(hào)，但是對(duì)于傳感器相 對(duì)于信號(hào)的取向過(guò)度靈敏。即使傳感器的取向發(fā)生相對(duì)較小的改變， 也可能?chē)?yán)重影響接收信號(hào)的強(qiáng)度或?qū)κ欠窠邮盏叫盘?hào)的確定。因此， 許多傳感器由于過(guò)度依賴(lài)于正確的取向而效率較低。這會(huì)導(dǎo)致重復(fù)測(cè) 試(如果操作員察覺(jué)到錯(cuò)誤)或不正確和不可靠的讀數(shù)。
現(xiàn)有傳感器的另一問(wèn)題涉及到信號(hào)在不同時(shí)間到達(dá)傳感器的不 同部分。例如，在一些傳感器中，多個(gè)感測(cè)部分一個(gè)接一個(gè)地垂直堆 疊在一起，來(lái)自該堆疊下面的信號(hào)在一個(gè)時(shí)間只能到達(dá)一個(gè)感測(cè)部分， 而該相同信號(hào)稍后才能到達(dá)其他感測(cè)部分。這種到達(dá)時(shí)間差會(huì)造成傳 感器輸出中的信號(hào)時(shí)間關(guān)聯(lián)歧義。
因此，需要用于提高聲傳感器的靈敏度、改善屏蔽、減少干擾噪 聲并增強(qiáng)信噪比的方法和設(shè)備。還需要用于提高聲傳感器接收來(lái)自不 同方向的信號(hào)的能力而無(wú)需對(duì)傳感器進(jìn)行耗時(shí)和易于出錯(cuò)的重定位的 方法和設(shè)備。此外，需要改進(jìn)傳感器，以最小化不同感測(cè)元件處的到 達(dá)時(shí)間差，并最小化信號(hào)傳感器輸出中的信號(hào)時(shí)間關(guān)聯(lián)歧義。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中， 一種用于感卿來(lái)自源的聲信號(hào)的裝置包括第 一聲感測(cè)元件，包括具有第一極化軸和兩個(gè)導(dǎo)電部分的第一壓電部分。 該裝置還包括第二聲感測(cè)元件，包括具有第二極化軸和兩個(gè)導(dǎo)電部 分的第二壓電部分。該裝置還包括降噪元件。該裝置配置為第一壓電 部分的一個(gè)導(dǎo)電部分與第二壓電部分的一個(gè)導(dǎo)電部分電連接。該裝置 還配置為確定第一和第二壓電部分的取向，以使第一和第二極化軸彼 此之間形成非零角度。
用于感測(cè)聲和電信號(hào)的裝置的另一實(shí)施例包括第一聲感測(cè)元 件，包括具有第一極化軸和兩個(gè)導(dǎo)電部分的第一壓電部分；以及第二 聲感測(cè)元件，包括具有第二極化軸和兩個(gè)導(dǎo)電部分的第二壓電部分。 該裝置還包括與第一和第二聲感測(cè)元件的導(dǎo)電部分電絕緣的電極。該 裝置配置為第一壓電部分的一個(gè)導(dǎo)電部分與第二壓電部分的一個(gè)導(dǎo)電部分電連接。該裝置還配置為確定第一和第二壓電部分的取向，以使 第一和第二極化軸彼此之間形成非零角度。該裝置的一些實(shí)施例還包 括降噪元件。
在另一實(shí)施例中，聲感測(cè)設(shè)備包括第一壓電感測(cè)部分，具有第 一極化軸和兩個(gè)傳導(dǎo)層；以及第二壓電感測(cè)部分，具有第二極化軸和 兩個(gè)傳導(dǎo)層。在該設(shè)備中，第二壓電感測(cè)部分大體上與第一壓電感測(cè) 部分共面放置，第一壓電感測(cè)部分的一個(gè)傳導(dǎo)層與第二壓電感測(cè)部分 的一個(gè)傳導(dǎo)層電接觸。第一和第二極化軸之間具有非零角度。
用于制造聲傳感器的方法的實(shí)施例包括設(shè)置具有第一極化軸的 第一壓電層，并在第一壓電層的兩側(cè)分別設(shè)置一個(gè)傳導(dǎo)層。該方法還 包括設(shè)置具有第二極化軸的第二壓電層，并在第二壓電層的兩側(cè)分 別設(shè)置一個(gè)傳導(dǎo)層。第二壓電層大體上與第一壓電層共面放置，并且 第一壓電感測(cè)部分的一個(gè)傳導(dǎo)層與第二壓電感測(cè)部分的一個(gè)傳導(dǎo)層電 接觸。第一和第二極化軸之間具有非零角度。


現(xiàn)在參照附圖簡(jiǎn)要描述本發(fā)明的特定實(shí)施例。這些附圖只是示 例，本發(fā)明并不限于所示和所述的主題。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的傳感器感測(cè)層組件的示意立體圖。
圖2是沿圖3線(xiàn)2-2的兩個(gè)感測(cè)層組件的示意截面圖。
圖3是圖2中具有電導(dǎo)線(xiàn)和其他組件的感測(cè)層組件的示意平面圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的傳感器(沿圖5線(xiàn)4-4)部分的 部分示意截面圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的傳感器的示意立體圖。
圖6是放置在患者胸腔表面上多個(gè)傳感器的示意圖，具有向處理 器發(fā)送數(shù)據(jù)的電導(dǎo)線(xiàn)。
圖7A-7C是與壓電材料彎折而感應(yīng)的壓電極性和電荷有關(guān)的特定 概念的示意圖。
圖8A-8B是平面材料的多維彎折及相應(yīng)原理的示意圖。
圖9A是放置在患者皮膚上的根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的傳感器、
以及基本上發(fā)射球面聲波的點(diǎn)聲源的切割側(cè)面的示意截面圖。
圖9B是圖9A的傳感器、點(diǎn)聲源和聲波在稍后時(shí)刻的示意截面圖。
圖9C是圖9B的傳感器、點(diǎn)聲源和聲波的示意三維正視圖。
圖IO是根據(jù)本發(fā)明的傳感器的一個(gè)備選實(shí)施例的立體圖。
圖11A是根據(jù)本發(fā)明的傳感器的另一備選實(shí)施例的立體圖。
圖IIB是圖11A中傳感器的平面圖。
圖11C是沿圖11B的線(xiàn)11C-IIC、圖11A中傳感器的示意截面圖。
圖12A是示出了具有兩個(gè)感測(cè)層的一個(gè)傳感器實(shí)施例的有效電特 性的示意電子電路圖。
圖12B是示出了可以與圖12A的電路連接以進(jìn)行測(cè)試和/或數(shù)據(jù) 處理的電氣裝置的示意電子電路圖。
圖12C是具有兩個(gè)感測(cè)層的另一傳感器實(shí)施例的有效電特性的示
意電子電路圖。
圖13A是降噪聲傳感器實(shí)施例中一部分的部分示意截面圖。
圖13B是降噪聲傳感器另一實(shí)施例中一部分的部分示意截面圖。
圖14是組合聲電傳感器中一部分的部分示意截面圖(沿圖15中 線(xiàn)14-14)。
圖15是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的組合聲電傳感器的示意立體圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，感測(cè)層100包括具有壓電中央部分以及頂傳導(dǎo)層110 和底傳導(dǎo)層112。壓電材料可以是壓電共聚物。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中， 壓電部分114由聚偏二氟乙烯(PVDF)形成。PVDF是各向異性的壓電 聚合體，當(dāng)對(duì)該材料施加機(jī)械應(yīng)變時(shí)，其在相對(duì)表面上產(chǎn)生大小基本 相等但極性相反的表面電荷。可以形成該感測(cè)部分的其他優(yōu)選材料由 包括偏二氟乙烯的混合物組成。 一種優(yōu)選材料是偏二氟乙烯在重量上 占75%的壓電共聚物。金屬化PVDF可以從Measurement Specialties, Inc., Hampton VA 23666獲得。由于PVDF的柔度、彈性和壓電特性，其可以有效使用。此外，PVDF價(jià)格便宜，是最常用的商業(yè)壓電聚合物，并且其特性相對(duì)不受到合成條件的影響。也可以使用其他壓電材料， 例如聚偏二乙烯氰化物及其共聚物、芳香族和脂肪族聚脲、聚氯乙烯、芬芳聚酰胺(oddnylons)、具有三氟乙烯(P[VDF-TrFE])、四氟乙烯 (P[VDF-TFE])和六氟丙烯(P[VDF-HFP])的PDVF共聚物、具有聚甲 基丙烯酸甲酯(P麗A)的PVDF混合物、聚氟乙烯、多乙酸乙烯酯、以 及鐵電液晶聚合物。
如示意圖所示，壓電部分114并未被金屬化部分(頂傳導(dǎo)層110 和底傳導(dǎo)層112)完全包圍。優(yōu)選地，當(dāng)感測(cè)層處于所示配置時(shí)，頂 傳導(dǎo)層110和底傳導(dǎo)層112彼此并不電接觸。圖1中感測(cè)層100及其 子層(頂傳導(dǎo)層110、底傳導(dǎo)層112和壓電部分114)并不是按比例繪 制的。
傳導(dǎo)層110和112可以包括粘附到壓電部分114表面的金屬化層。 傳導(dǎo)層IIO和112可以通過(guò)任何合適工藝(例如沉積工藝)粘附到壓 電部分表面?？梢允褂帽绢I(lǐng)域公知的任何合適材料和任何合適技術(shù)來(lái) 完成壓電部分114的表面金屬化。例如，可以在感測(cè)層114的內(nèi)外表 面上沉積鎳、銀、銅及其合金的金屬薄層。在其他實(shí)施例中，傳導(dǎo)層 110和112可以包括或涂布有傳導(dǎo)墨。
在優(yōu)選實(shí)施例中，壓電層114優(yōu)選地比兩個(gè)傳導(dǎo)層110和112都 要厚。在一些實(shí)施例中，壓電部分114的厚度大約是100微米或更小。 在特定優(yōu)選實(shí)施例中，壓電部分114的厚度小于150微米，頂傳導(dǎo)層 110和底傳導(dǎo)層112各自具有小于30微米的厚度。在一個(gè)優(yōu)選配置中， 感測(cè)層100包括具有銅鎳合金涂層的PVDF。壓電部分可以具有大約 150μm與大約6μm之間的厚度。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，壓電部分114 以及兩個(gè)傳導(dǎo)層110和112組合起來(lái)的總厚度大約是28μm。
典型地，當(dāng)將抗拉應(yīng)變施加于壓電部分114上時(shí)，壓電部分114 的一個(gè)表面獲得相對(duì)應(yīng)另一表面的正電荷。該電荷典型地轉(zhuǎn)移到相鄰 傳導(dǎo)層IIO和112之一。有利的是對(duì)壓電部分114進(jìn)行極化，以使沿 特定方向拉伸壓電部分時(shí)壓電效應(yīng)更大。極化軸也可以稱(chēng)作"拉伸軸"。 這里所用的術(shù)語(yǔ)"極化軸"、"極化"或"極化的"是指在拉伸壓電材料的平面中壓電材料的壓電反應(yīng)的方向依賴(lài)性。雖然雙軸取向(沿兩 個(gè)屏幕內(nèi)維度的拉伸)是可能的，但是這產(chǎn)生雙側(cè)各向同性壓電特性 較低的壓電膜。大多數(shù)商用PVDF是單軸拉伸的，提供了沿拉伸軸或取 向軸的較高水平的壓電反應(yīng)。這里可以互換地稱(chēng)作極化軸的拉伸軸在圖(例如，見(jiàn)圖3， 7A-7C等)中由標(biāo)記為字母"P"的箭頭表示。眾 所周知，壓電層包括具有偶極矩的材料，該偶極矩一般垂直于"拉伸 平面"(例如，與圖1中層110和112之間的方向平行或反平行)。在 一些壓電材料中，偶極矩的方向一般與該壓電材料制造期間的極性還 原(poling)方向相同。這里所用的"極化軸"、"極化"和"極化的" 不是指偶極矩的方向或還原方向。
當(dāng)壓電部分114受到應(yīng)變時(shí)，在壓電部分的相對(duì)層上累積的反向 極化的電荷在頂和底傳導(dǎo)層110和112上擴(kuò)散，在兩個(gè)傳導(dǎo)層110和 112之間形成電容性效應(yīng)。由于這種配置，通過(guò)電容等式Q二CV聯(lián)系 在兩個(gè)傳導(dǎo)層110和112之間測(cè)量的電壓，Q是表面電荷量，C是電容， V是電壓輸出。Q可以采用庫(kù)侖表示，C可以采用法拉表示，V可以采 用伏特表示。PVDF材料的特定配置響應(yīng)于具體施加的力，展示出可預(yù) 測(cè)的電壓輸出V。 一般而言，表面電荷Q的量與壓電材料上的應(yīng)變成 比例，對(duì)于給定的材料和結(jié)構(gòu)，電容C基本上恒定不變。因此，Q和V 一般均與壓電材料上的應(yīng)變成比例。如果電壓或電荷響應(yīng)函數(shù)是已知 的，則任一參數(shù)的測(cè)量均可提供與引起該應(yīng)變的信號(hào)(例如，聲振動(dòng)) 強(qiáng)度有關(guān)的信息。此外，如果針對(duì)給定物理配置，壓電材料的精確響 應(yīng)函數(shù)是未知的，因?yàn)榭梢员容^不同時(shí)間的響應(yīng)，所以輸出電壓仍然 可以提供有用數(shù)據(jù)。
此外，如果壓電部分是極化的，則也可以獲得聲能方向的有關(guān)信 息。備選地，沿不同方向極化的兩個(gè)壓電部分的組合可以配置為提供 與所感測(cè)信號(hào)的幅度相關(guān)的精確數(shù)據(jù)，而與信號(hào)到達(dá)傳感器時(shí)的方向 無(wú)關(guān)。
參照?qǐng)D2，兩個(gè)感測(cè)層210和220 (每一個(gè)均與上述感測(cè)層100 相似)大體上平行放置，彼此部分地錯(cuò)位，并大體上具有共面取向。 雖然在所示實(shí)施例中兩個(gè)感測(cè)層210和220不是精確地共面，但是它們只是在垂直方向上彼此移位了單個(gè)感測(cè)部分的寬度"d"，如上所述，
寬度"d"可以小于100微米。圖2中，沿橫截面示意性地示出了兩個(gè) 感測(cè)層210和220。感測(cè)層210具有頂傳導(dǎo)層212和底傳導(dǎo)層214。感 測(cè)層220具有頂傳導(dǎo)層222和底傳導(dǎo)層224。在優(yōu)選配置中，傳導(dǎo)層 214和222彼此電接觸，并配置為從其各自的壓電部分接收極性相同 的電荷(層214接收當(dāng)層216受到適當(dāng)應(yīng)力時(shí)的電荷，層222接收來(lái) 自適當(dāng)應(yīng)力下的層221的電荷)。例如，如果底傳導(dǎo)層214在壓電部分 216處于應(yīng)力下時(shí)累積負(fù)電荷，則頂傳導(dǎo)層222在壓電部分221處于 應(yīng)力下時(shí)累積負(fù)電荷。類(lèi)似地，外部的兩個(gè)傳導(dǎo)層212和224累積極 性相同的電荷。
感測(cè)層210和220彼此"顛倒"(即，配置為在兩個(gè)感測(cè)層的頂 和底層上分別累積極性相反的電荷)的上述配置提供的優(yōu)點(diǎn)在于，允 許單根電導(dǎo)線(xiàn)接觸兩個(gè)傳導(dǎo)層。(見(jiàn)圖3，電導(dǎo)線(xiàn)244與兩個(gè)傳導(dǎo)層214 和222接觸)。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，感測(cè)層210和220不是彼此顛倒 的(例如，配置為在兩個(gè)感測(cè)層的頂層上累積極性相同的電荷)。相比 于"顛倒"的實(shí)施例，這種實(shí)施例可以有利地提高信噪比。
參照?qǐng)D3，示意性地示出了兩個(gè)感測(cè)層210和220的平面圖。在 該圖中，采用雙向箭頭和字母"P"表示兩個(gè)感測(cè)層210和220的極化。 正交極化的感測(cè)部分210和220提供了多方向感測(cè)能力。例如，使感 測(cè)部分210彎折從而在該部分中產(chǎn)生極少響應(yīng)或不產(chǎn)生電響應(yīng)的信號(hào) 更可能使感測(cè)部分220彎折從而在該部分中產(chǎn)生電響應(yīng)。如下所述， 兩個(gè)機(jī)械連接但是相反極化的感測(cè)部分210和220確實(shí)可以共同工作 來(lái)感測(cè)任何到達(dá)信號(hào)。此外，感測(cè)部分210可能感測(cè)不到的矢量分量 被感測(cè)部分220感測(cè)到的可能性更大。
一些實(shí)施例具有兩個(gè)極化的感測(cè)部分，其中感測(cè)部分的極化方向 不是正交的，也非平行，而是具有0到90度之間的相對(duì)角度。彼此不 是平行極化的感測(cè)部分可以用于感測(cè)來(lái)自多個(gè)方向的進(jìn)入信號(hào)。此外， 可以選擇該相對(duì)角度，以向傳感器提供方向標(biāo)識(shí)功能或更加有效的幅 度感測(cè)能力。
繼續(xù)參照?qǐng)D3，兩個(gè)感測(cè)層210和220以交疊距離230彼此交疊。
在一些實(shí)施例中，交疊距離230大致為3mm。如上所述，感測(cè)層210 和220之間的交疊提供了電連接以及機(jī)械連接。交疊距離230以及兩 個(gè)感測(cè)部分210和220的類(lèi)似特性組合起來(lái)，可以得到近似單平面的 耦合系統(tǒng)。例如，兩個(gè)感測(cè)部分210和220的物理尺寸(例如，厚度 等)和特性(硬度、彈性、抗張強(qiáng)度等)典型的是類(lèi)似的，這是因?yàn)?在一些實(shí)施例中，這兩個(gè)感測(cè)部分是從同種材料上切割的。例如，可 以使用模板，從庫(kù)存的單張PVDF中切割這兩個(gè)感測(cè)部分。在一些實(shí)施 例中，兩個(gè)感測(cè)部分210和220具有相同尺寸，但是相對(duì)于庫(kù)存PVDF 的極化沿不同取向切割的。此外，相比于感測(cè)部分210和220的其他 尺寸，兩個(gè)感測(cè)部分210和220的厚度"d"典型地較小，組合而成的 系統(tǒng)的尺寸比厚度"d"或交疊距離230大很多倍。 一些優(yōu)選實(shí)施例具 有的感測(cè)部分中每一個(gè)均具有如下尺寸14.2ramX30mm，厚度"d"是 大約28μm。
優(yōu)選地，兩個(gè)感測(cè)部分210和220充分交疊230，以保持機(jī)械連 接和電連接，但是并不交疊到顯著改變平面系統(tǒng)的彈性的程度。因此， 兩個(gè)感測(cè)層210和220可以在物理上彎折，并且響應(yīng)方式與相同材料 的連續(xù)平面可能響應(yīng)于撞擊(impinging)聲信號(hào)的方式完全相同。一 些優(yōu)選實(shí)施例具有3mm的交疊距離230。例如，當(dāng)感測(cè)部分是14. 2mm X30mm時(shí)，可以沿兩個(gè)感測(cè)部分210和220的30mm長(zhǎng)度方向進(jìn)行交 疊230。在這種配置中，傳感器的總面積可以大致為762mm2。
所示配置還具有的優(yōu)點(diǎn)是，允許撞擊聲信號(hào)實(shí)質(zhì)上同時(shí)到達(dá)兩個(gè) 感測(cè)層210和220， 即，到達(dá)時(shí)間差(TDOA)最小。因此，在一些實(shí) 施例中，可以將上述配置稱(chēng)為"同表面優(yōu)化材料粘附適應(yīng)(iso surface optimal material adherent compliant)"或"ISOMAC"傳感器。面 積優(yōu)化的兩個(gè)感測(cè)層可以位于同一平面內(nèi)，因此通常提供"同表面"， 或其中多個(gè)不同點(diǎn)與撞擊聲信號(hào)源的距離大體上相等的表面。此外， 如下所述，構(gòu)成傳感器的材料可以適應(yīng)皮膚表面，響應(yīng)于撞擊聲信號(hào) 而彎折，同時(shí)粘附到皮膚表面，以允許有效的機(jī)械連接。
在所示實(shí)施例中，電導(dǎo)線(xiàn)242與傳導(dǎo)層212電接觸。電導(dǎo)線(xiàn)244 與傳導(dǎo)層214和222均接觸。電導(dǎo)線(xiàn)246與傳導(dǎo)層224接觸。在一些
實(shí)施例中，電導(dǎo)線(xiàn)242、 244和246可以包括金屬接線(xiàn)片(lug)，每個(gè) 接線(xiàn)片具有5mm的唇邊(lip)。也可以使用其他電連接方式。如圖所 示，電導(dǎo)線(xiàn)242、 244和246各自與屏蔽的雙絞線(xiàn)248連接。因?yàn)樗?實(shí)施例中的每根雙絞線(xiàn)類(lèi)似，所以圖1中用248標(biāo)記了每根雙絞線(xiàn)。 連接導(dǎo)線(xiàn)242、 244和246與線(xiàn)248的一種方式是焊接或巻邊 (c;rimping)。也可以使用EC粘合劑形成電連接。
電導(dǎo)線(xiàn)242對(duì)應(yīng)于A端子，電導(dǎo)線(xiàn)244對(duì)應(yīng)于C端子，電導(dǎo)線(xiàn)246 對(duì)應(yīng)于B端子。A和B可以是正極端'子，而C是"公共"的或接地端 子。備選地，A可以是正極端子，C是接地端子，而B(niǎo)是負(fù)極端子?？?以進(jìn)行多種電連接，以測(cè)量感測(cè)層210和220之間的電壓差。
電導(dǎo)線(xiàn)242、 244和246提供了使用如下所述的電路和連接測(cè)量 在傳導(dǎo)層212、 214、 222和224上累積的電荷的方法。如果感測(cè)部分 210和220的物理特性已知，則這里所述的等式和物理關(guān)系允許對(duì)聲 信號(hào)的幅度、方向等進(jìn)行計(jì)算。在傳導(dǎo)層212、 214、 222和224中， 壓電部分的頂和底表面上累積的電荷遇到的電阻相對(duì)很小。因此，任 何特定層上存在的電荷可以在該層的任何接觸點(diǎn)處測(cè)量和/或從該層 的任何接觸點(diǎn)收集。
在優(yōu)選實(shí)施例中，可以使用雙板電容器的物理靜電方程對(duì)感測(cè)部 分210和220進(jìn)行建模。例如，在所示配置中，兩個(gè)感測(cè)部分210和 220具有相等面積。該配置大體上類(lèi)似于具有相反電取向的兩個(gè)錯(cuò)位 的電容器。假設(shè)彼此接觸的傳導(dǎo)層214和222具有負(fù)電荷，在電荷累 積之后可以如下描述這兩個(gè)元件單獨(dú)的電容和電壓
Cj = (Ajε)/dj... j = 1,2 (1)
Cj是第元件的電容，Aj是第'j'元件的面積，ε是介質(zhì)(例如， PVDF)的介電常數(shù)，是第元件的傳導(dǎo)層之間的分離距離(與壓電 部分216和226的寬度相對(duì)應(yīng))或者是電容器平行板之間的分離距離。 在優(yōu)選實(shí)施例中，d1=d2=28μm。因此，在任何元件的兩個(gè)板上產(chǎn)生的 相應(yīng)電壓信號(hào)是
Vj= Qj/Cj...j = 1,2 (2)
假設(shè)傳導(dǎo)層212、 214、 222和224均具有相等面積(A1 = A2)，壓電部分216和226均具有相同厚度(d是常數(shù))，壓電部分由相同材 料形成(從而具有相同介電常數(shù))，(s是常數(shù))，根據(jù)等式(1)和(2)
可得
C1=C2=C (3)
因此，使用由如下等式給定的電荷Q (庫(kù)侖)的電容方程，
Q=CV (4)
得到
V1 二 V2 = V (5)
因此，在上述假設(shè)情況下，可以按照需要優(yōu)化物理配置。例如， 可以設(shè)置多個(gè)元件，或可以擴(kuò)展元件的表面面積，以增大傳感器的電 壓輸出。即，如果ε和d已知并保持恒定，則可以改變或優(yōu)化A，以?xún)?yōu) 化或最大化Q和V。備選地，可以改變A、 d、 j禾B/或ε，以獲得所需Q 或V。這里所述實(shí)施例的一些特征之一是如下設(shè)計(jì)限定傳感器的大 小，以使其放置在皮膚上時(shí)覆蓋肋間肌而不與肋骨明顯交疊。傳感器 也可以設(shè)計(jì)為適合安裝在給定大小的粘性包封內(nèi)。例如， 一種此類(lèi)包 封要求傳感器小于1英寸X1英寸。因此，傳感器面積可以具有特定
最小值。電壓輸出也可以設(shè)計(jì)為在任何電子硬件限制下落入特定范圍 內(nèi)。例如，在一些實(shí)施例中，優(yōu)選的電壓輸出在大致0到大致5伏特 之間。電壓信號(hào)進(jìn)入的電子器件的所需增益、動(dòng)態(tài)范圍和其他特性均 可以提供設(shè)計(jì)參數(shù)。例如，對(duì)于大致762mm2的傳感器總面積， 一些實(shí) 施例在這些參數(shù)下獲得足夠的信號(hào)強(qiáng)度。
圖4描繪了在層中添加更多材料之后圖2的結(jié)構(gòu)。如圖所示，感 測(cè)層210和220放置在金屬屏蔽層410和413 (例如，可以由鋁等金 屬形成)之間。已使用粘性材料層411和412將層410和413粘附到 感測(cè)部分210和220上。形成層411和412的粘性材料優(yōu)選為不導(dǎo)電 的柔性材料?？梢苑謩e在金屬屏蔽層410和413與端子C (公共或接 地端子)之間形成電連接。為了進(jìn)行該連接，可以使用柔性導(dǎo)電粘合 劑。如圖所示，可以使用不導(dǎo)電的柔性粘性材料409和414來(lái)粘附兩 個(gè)電絕緣適應(yīng)隔膜415和417?？梢杂糜谛纬呻娊^緣適應(yīng)隔膜415和 417的一種材料是硅。生物適合粘合劑層416可以放置在適應(yīng)隔膜415和417之一上。在所示實(shí)施例中，生物適合粘合劑416已放置在適應(yīng) 隔膜415上。可以用于形成生物適合粘合劑的一種材料是可從Tyco Healthcare Group LP, Chicopee， MA, 01022的分部Ludlow獲得的 "Ludlow Hydrogel"。
金屬屏蔽層410和413可以提供電屏蔽效應(yīng)，以最小化干擾電信 號(hào)。因此，金屬屏蔽層410和413可以形成連續(xù)或基本上連續(xù)的傳導(dǎo) 表面，用于防止雜散電荷穿透屏蔽層410和413內(nèi)部。在一些實(shí)施例 中，金屬屏蔽層可以由提供屏蔽的不連續(xù)網(wǎng)篩形成。優(yōu)選地，屏蔽層 410和413與其他層一起彎折，從而允許聲信號(hào)使傳感器510自由變 形(見(jiàn)圖5)。因此，屏蔽層410和413優(yōu)選地提供法拉第(Faraday) 籠罩，以將感測(cè)部分210和220電隔離，同時(shí)不會(huì)使傳感器過(guò)硬或?qū)?其整體機(jī)械阻抗產(chǎn)生決定性影響。但是，例如可以選擇屏蔽層410和 413的硬度和彈性，以提供部分機(jī)械阻抗，從而使整體機(jī)械阻抗與人 類(lèi)皮膚表面的阻抗相匹配。
形成層411和412的柔性不導(dǎo)電粘性材料優(yōu)選地在感測(cè)部分210 和220與屏蔽層410和413之間提供永久性連接。優(yōu)選地，層411和 412在聲信號(hào)撞擊傳感器510時(shí)易于彎曲，以進(jìn)行層之間的機(jī)械連接， 而不貢獻(xiàn)電響應(yīng)。層411和412也優(yōu)選地確保沒(méi)有電荷從感測(cè)層210 和220到達(dá)屏蔽層410和413。優(yōu)選地，層411和412是均勻分布的， 具有非常少的不規(guī)則性或不連續(xù)性。此外，層411和412優(yōu)選地與它 們接觸的表面平滑和均勻地粘附。
適應(yīng)隔膜415和417可以提供保護(hù)防水層，用于保護(hù)適應(yīng)隔膜415和417內(nèi)部的電連接免受干擾的濕氣。在一些實(shí)施例中，適應(yīng)隔膜415 和417形成連續(xù)外層，包圍除了生物適合粘合劑416之外的其他所有 層。適應(yīng)隔膜415和417也可以具有例如對(duì)應(yīng)于人類(lèi)皮膚的阻抗的機(jī) 械阻抗。因此，當(dāng)皮膚響應(yīng)于撞擊聲能時(shí)，適應(yīng)隔膜415和417可以 連續(xù)地符合人類(lèi)皮膚不斷變化的輪廓。適應(yīng)隔膜415和417有助于將 皮膚與傳感器之間的聲損失保持在最小程度。所述配置通過(guò)利用硅適 應(yīng)材料來(lái)與皮膚表面進(jìn)行交互，可以提供良好的傳感器靈敏度。
形成層409和414的柔性不導(dǎo)電粘性材料優(yōu)選地在屏蔽層410和413與電絕緣適應(yīng)隔膜415和417之間提供永久性連接。優(yōu)選地，層 409和414在聲信號(hào)撞擊傳感器510時(shí)易于彎曲，以進(jìn)行層之間的機(jī) 械連接，而不貢獻(xiàn)電響應(yīng)。層409和414也優(yōu)選地確保沒(méi)有電荷在傳 感器510與屏蔽層410和413之間通過(guò)。優(yōu)選地，層409和414是均 勻分布的，具有非常少的不規(guī)則性或不連續(xù)性。此外，層409和414 優(yōu)選地與它們接觸的表面平滑和均勻地粘附。
在一些實(shí)施例中，生物適合粘合劑416可以用于增強(qiáng)適應(yīng)隔膜415 與皮膚之間的機(jī)械和聲連接。生物適合粘合劑416可以是"Hydrogel" (如上所述)，可以放置在皮膚-傳感器界面處，以增強(qiáng)靈敏度和聲/ 機(jī)械耦合。在一些實(shí)施例中，生物適合粘合劑416可以涂在人類(lèi)皮膚 表面上將放置傳感器510的位置，將傳感器510壓到同一皮膚區(qū)域上。 也可以在將傳感器510壓到合適位置上之前，將粘合劑416放置在傳 感器510上。在一些實(shí)施例中，在封裝傳感器510時(shí)，將生物適合粘 合劑416定位在可移除的帶子(未示出)下，用戶(hù)可以在即將使用傳 感器510之前，移除帶子，顯露出下面的生物適合粘合劑416。
如圖5所示，上述層可以形成傳感器510以及上述對(duì)應(yīng)于A、 C 和B的導(dǎo)線(xiàn)。如圖，圖4示出了沿線(xiàn)4-4的傳感器510的示意截面圖。
參照?qǐng)D6，上述傳感器可以有利地用在檢測(cè)和處理心音的系統(tǒng)中， 例如在2004年4月23日提交并在2005年2月17日公布的美國(guó)專(zhuān)利 申請(qǐng)No. 10/830,719以及在2006年1月17日提交美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng) No. 11/333,791中描述的系統(tǒng)，兩者的全部?jī)?nèi)容合并在此作為參考， 并構(gòu)成本說(shuō)明的一部分。傳感器510的改進(jìn)感測(cè)能力有助于精確檢測(cè) 和定位例如人類(lèi)心臟部分中的狹窄(stenosis)。例如，在一些實(shí)施例 中，可以采用多個(gè)傳感器收集來(lái)自人類(lèi)心臟周?chē)鄠€(gè)人體位置的數(shù)據(jù)。 具體而言，圖6示意性地示出了多個(gè)傳感器510及其在人體上大致放 置的一種可能配置。在一些實(shí)施例中，可以將四個(gè)傳感器放置在皮膚 表面， 一般在人類(lèi)心臟周?chē)耐獠拷馄式M織構(gòu)造上。傳感器510可以 從源于人體內(nèi)部(例如，冠狀動(dòng)脈)的聲音中收集聲學(xué)數(shù)據(jù)。例如， 傳感器510可以從多個(gè)空間點(diǎn)采集同一聲信號(hào)的數(shù)據(jù)。傳感器可以與 信號(hào)處理系統(tǒng)612進(jìn)行電子通信，例如，傳送電信號(hào)，該電信號(hào)載有 聲信號(hào)的相關(guān)信息。美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 10/830,719和美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng) No. 11/333,791中描述了這種信號(hào)處理系統(tǒng)的示例。無(wú)論聲信號(hào)的到達(dá)方向如何，所述傳感器通過(guò)提供精確聲數(shù)據(jù)，可以幫助臨床研究。
參照?qǐng)D7A，安裝了極化的壓電板(slab) 710。板710經(jīng)受沿極 化方向的應(yīng)變，結(jié)果在板的表面上累積了電荷。板710的頂部壓電材 料經(jīng)受沿極化方向的張力711，結(jié)果在上表面累積了正電荷。相反， 板710的底部壓電材料經(jīng)受沿極化方向的收縮力713，結(jié)果下表面累 積了負(fù)電荷。
圖7B示意性地示出了經(jīng)受與之極化方向正交的方向上的應(yīng)變的 極化的壓電板720如何不在其表面上累積大量電荷。因此，如果輸入 沒(méi)有引起與單極化的壓電板720的極化對(duì)準(zhǔn)的應(yīng)變，壓電板720通常 不會(huì)有效地感測(cè)到該輸入。與圖7A所示的板710相同，板720的頂部 壓電材料經(jīng)受相同的張力，板720的底部壓電材料經(jīng)受相同的收縮力。 但是，因?yàn)榘?20是正交極化的，所以在板720中不會(huì)產(chǎn)生任何壓電 效應(yīng)。
相反，圖7C示出了同一極化的壓電板720如何能夠累積電荷， 從而有效地"感測(cè)"到在板720上引起不同取向的力的信號(hào)。具體而 言，板720的頂部壓電材料經(jīng)受沿相同極化方向的張力721，結(jié)果在 上表面累積了正電荷722。此外，板720的底部壓電材料經(jīng)受沿相同 極化方向的收縮力723，結(jié)果在下表面累積了負(fù)電荷722。
圖8A示出了二維矢量830。矢量830具有該頁(yè)平面內(nèi)的幅度(對(duì) 應(yīng)于其長(zhǎng)度)和方向。如圖所示，矢量830可以"分解"成兩個(gè)矢量 分量，即垂直分量832和水平分量834。兩個(gè)分量832和834的組合 可以提供原始矢量830中固有的相同信息。垂直分量832和水平分量 834也可以特征化為"基本集"，矢量830可以擴(kuò)展到該"基本集"上。
正因?yàn)槭噶?30可以分解成分量，所以進(jìn)入的信號(hào)可以表示為能 夠在笛卡兒坐標(biāo)系(或其他基本集)中分解成兩個(gè)分量的矢量。可以 采用這種概念將單個(gè)傳感器中的兩個(gè)正交極化(或非平行)的感測(cè)部 分組合，并且根據(jù)兩個(gè)感測(cè)部分的各個(gè)信號(hào)，可以計(jì)算方向分量，并 可以產(chǎn)生對(duì)信號(hào)幅度的近似。因此，如果極化板710和720在物理上組合為一個(gè)板是沿與另一個(gè)板正交(或非平行)的方向而極化的，則 可以構(gòu)造對(duì)來(lái)自任何方向的信號(hào)進(jìn)行感測(cè)的設(shè)備。這種設(shè)備優(yōu)選地配置為允許撞擊聲信號(hào)實(shí)質(zhì)上同時(shí)到達(dá)這兩個(gè)板，即，到達(dá)時(shí)間差(TDOA) 最小。當(dāng)傳感器包括這里所示的部分交疊的兩部分薄PVDF材料時(shí)，可 以實(shí)現(xiàn)TD0A的最小化。
圖8B示出了正在經(jīng)受與板的極化軸不對(duì)準(zhǔn)的應(yīng)變的壓電板810。 即，該應(yīng)變沿方向"S",方向"S"既不平行也不垂直與極化軸"P"。 應(yīng)變"S"可以表示成一些正交分量812 (垂直于"P"的分量)和一 些平行分量814 (平行于"P"的分量)。在由應(yīng)變"S"產(chǎn)生的多個(gè)張 力和收縮力的影響下，板810不會(huì)像感測(cè)平行分量814 —樣有效地感 測(cè)正交分量812。這種不對(duì)準(zhǔn)應(yīng)變典型的是由源自患者體內(nèi)并到達(dá)患 者皮膚表面的聲信號(hào)產(chǎn)生的。確實(shí)，因?yàn)楹茈y預(yù)測(cè)要測(cè)量的聲信號(hào)的 到達(dá)方向(尤其是當(dāng)該方向可能是從先前測(cè)試獲得的信息的一部分)， 所以傳感器的極性與進(jìn)入的聲信號(hào)完全對(duì)準(zhǔn)的可能性很小。此外，如 果獲取關(guān)于信號(hào)幅度的信息，但是不需要知道信號(hào)的方向，則組合系 統(tǒng)對(duì)來(lái)自任何方向的信號(hào)是靈敏的，而無(wú)需對(duì)準(zhǔn)傳感器。如果圖7所 示方向上的兩個(gè)板710和720組合形成機(jī)械上連接的系統(tǒng)，該系統(tǒng)經(jīng) 受圖8B所示的應(yīng)變，則兩個(gè)感測(cè)部分710和720可以各自檢測(cè)到聲信 號(hào)的矢量分量。此外，如果兩個(gè)感測(cè)部分710和720位于大體上同一 平面中，則TDOA將最小化，并且兩個(gè)感測(cè)部分響應(yīng)于實(shí)質(zhì)上同一信號(hào)。 因此，圖2-4所示的感測(cè)部分210和220的配置可以提供多方向感測(cè) 能力，并最小化由于較大TDOA而導(dǎo)致的感測(cè)誤差。
參照?qǐng)D9A，示意性地示出了聲源910，并示出了圓形波陣面從該 源910發(fā)出。隨著能量朝著表面920向上傳播，另一波陣面918距離 源910較遠(yuǎn)。在一些實(shí)施例中，源910可以位于人體內(nèi)，表面920可 以是人體表面上的人體皮膚。示意性地示出了傳感器510，以及傳感 器510內(nèi)的感測(cè)部分210和220。在波陣面918到達(dá)表面920之前， 傳感器510不受到任何顯著應(yīng)變，并處于平衡、實(shí)質(zhì)上零信號(hào)的配置。
參照?qǐng)D9B，波陣面918已到達(dá)表面920并引起表面920發(fā)生向外 突起的形變，造成表面920中的應(yīng)變。傳感器510在機(jī)械上與表面920連接，并在波陣面918 (對(duì)應(yīng)于聲信號(hào))到達(dá)表面920時(shí)受到成比例 的應(yīng)變。該應(yīng)變引起電荷在感測(cè)部分210和220的表面上累積，從而 引起信號(hào)從傳感器510發(fā)送，該信號(hào)包含與波陣面918的幅度和方向 有關(guān)的信息。
圖9C示意性地示出了圖9B所示的波陣面918到達(dá)表面920的三 維視圖。如圖所示，感測(cè)部分210和220在多個(gè)維度上受到應(yīng)變。因 此，如上所述，感測(cè)部分210和220可以是沿正交方向極化的，并且 該系統(tǒng)可以采集有效的方向信息。這示出了所述傳感器實(shí)施例的一個(gè) 優(yōu)點(diǎn)，即能夠檢測(cè)到來(lái)自多個(gè)方向的信號(hào)。所述特征可以增強(qiáng)傳感器 將來(lái)自引起皮膚發(fā)生形變的聲波的聲能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能量的能力。例如， 當(dāng)傳感器510安裝在皮膚上時(shí)，該傳感器可以來(lái)自360。視野中任何方向上的信號(hào)。
圖10示意性地示出了兩個(gè)感測(cè)部分1010和1020的實(shí)施例。上 感測(cè)部分1010具有與導(dǎo)線(xiàn)A接觸的上傳導(dǎo)層1012、以及與導(dǎo)線(xiàn)C電 連通的下感測(cè)部分1014。下感測(cè)部分1020的上傳導(dǎo)層1022也與導(dǎo)線(xiàn) C接觸，下感測(cè)部分1020的下傳導(dǎo)層1024與導(dǎo)線(xiàn)B接觸。如圖所示， 上感測(cè)部分1010可以放置為與下感測(cè)部分1020部分交疊。優(yōu)選地， 任何給定傳感器的上和下感測(cè)部分的面積近似相等。相等面積簡(jiǎn)化了 電容計(jì)算，這是因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)在方程兩側(cè)除以該面積，消去這兩個(gè)面 積。因?yàn)椋趫D10所示的實(shí)施例中，上感測(cè)部分1010的面積近似等 于下感測(cè)部分1020的面積。此外，傳導(dǎo)層1012和1024優(yōu)選的是沿一 個(gè)方向極化，傳導(dǎo)層1014和1022優(yōu)選的是沿正交方向極化，如圖IO 中標(biāo)記有"P"的極化箭頭所示。
圖IIA示意性地示出了兩個(gè)感測(cè)部分、外環(huán)1110和內(nèi)環(huán)1120的 實(shí)施例的透視圖。優(yōu)選地，兩個(gè)環(huán)具有相同面積，但是它們不具有相 同半徑。外環(huán)1110具有通過(guò)接觸片1132與內(nèi)環(huán)1120的下傳導(dǎo)層1124 電接觸的上傳導(dǎo)層1112。該配置允許兩個(gè)感測(cè)部分1010和1020處于 電接觸，而無(wú)需具有任何交疊部分。此外，在該實(shí)施例中，兩個(gè)感測(cè) 部分1010和1020是近似共面的。所示端子A與內(nèi)環(huán)1120的上傳導(dǎo)層 1122電接觸。所示端子B與外環(huán)1110的下傳導(dǎo)層1114電接觸。所示端子c與外環(huán)1110的上傳導(dǎo)層1112電接觸，并延伸至與內(nèi)環(huán)1120 的下傳導(dǎo)層1124電接觸。
圖IIB示意性地示出了圖IIA的實(shí)施例的平面圖。圖IIC示意性 地示出了沿圖11B的線(xiàn)11C-11C的截面圖。該實(shí)施例的近似共面特征 在圖IIC的截面圖中明顯可見(jiàn)。此外，傳導(dǎo)層1112和1124優(yōu)選的是 沿一個(gè)方向極化，傳導(dǎo)層1114和1122優(yōu)選的是沿正交方向極化，如 圖11中標(biāo)記有"P"的極化箭頭所示。內(nèi)環(huán)和外環(huán)的表面面積優(yōu)選是 相等的，這可以允許傳感器在聲信號(hào)從任何方向到達(dá)時(shí)均獲得恒定增 益或信號(hào)響應(yīng)。因?yàn)樵撆渲么篌w上是圓柱對(duì)稱(chēng)的，所以在感測(cè)球面波 陣面時(shí)可以提供尤其有效的數(shù)據(jù)。
圖12A示意性地示出了可以用于表示上述一些實(shí)施例的電響應(yīng)特 性的電路的實(shí)施例。例如，圖12A可以表示感測(cè)層210和220相對(duì)于 彼此而"顛倒"的實(shí)施例的電響應(yīng)。端子A與可變電壓源Vs2連接。例 如，可變電壓源Vs2可以對(duì)應(yīng)于傳導(dǎo)層212、 1012或1122。端子B與 可變電壓源Vs,連接。例如，可變電壓源Vs,可以對(duì)應(yīng)于傳導(dǎo)層224、 1024或1114。傳導(dǎo)層具有可變電壓，該可變電壓依賴(lài)于這些傳導(dǎo)層電 接觸的壓電部分上的應(yīng)變量(和壓電部分表面上累積的電荷)。端子C 將兩個(gè)可變電壓源的相對(duì)側(cè)通過(guò)電阻I^和Rs2接地。實(shí)際中，電阻Rs, 和Rs2—般接近零。例如，端子C可以對(duì)應(yīng)于傳導(dǎo)層214和222、 1014 和1022、 1112和1124。當(dāng)這些層接地時(shí)，它們可以引出(或沉積) 所需的電荷，以平衡掉由感測(cè)部分上的壓電效應(yīng)引起的流至端子A和 B的電荷。測(cè)量端子A與C之間的電壓差，測(cè)量端子C與B之間的電 壓差。在一些實(shí)施例中，A-C電壓可以提供與對(duì)應(yīng)于撞擊聲信號(hào)的一 個(gè)矢量分量的信號(hào)有關(guān)的信息，B-C電壓提供與另一個(gè)矢量分量有關(guān) 的信息。圖12C示意性地示出了可以用于表示上述其他一些實(shí)施例的 電響應(yīng)特性的電路的另一實(shí)施例。例如，圖12C可以表示感測(cè)層210 和220相對(duì)于彼此而"顛倒"的實(shí)施例的電響應(yīng)。如上參照?qǐng)D12A所 述的，通常在一些實(shí)施例中，A'-C'電壓可以提供與對(duì)應(yīng)于撞擊聲信號(hào) 的一個(gè)矢量分量的信號(hào)有關(guān)的信息，B'-C'電壓提供與另一個(gè)矢量分量 有關(guān)的信息。
圖12B示意性地示出了可以用于測(cè)試圖12A所示電路和/或分析 由上述實(shí)施例產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的電路實(shí)施例。端子a可以與A連接，端子 c可以與C連接，端子b可以與B連接。如果開(kāi)關(guān)1222閉合，則萬(wàn)用 表1220可以測(cè)量端子A與C之間的電流、電阻和/或電壓降。如果開(kāi) 關(guān)1224閉合，則萬(wàn)用表1220可以測(cè)量端子C與B之間的電流、電阻 和/或電壓降。類(lèi)似地，如果開(kāi)關(guān)1226和1228都閉合，則信號(hào)處理器 612可以處理由傳感器提供的信號(hào)，以確定所感測(cè)系統(tǒng)的電和聲特性。
這里所述的聲傳感器實(shí)施例有利地提高了對(duì)于聲信號(hào)的靈敏度。 但是，在一些情況下，可能希望降低傳感器接收到的聲學(xué)噪聲，以提 供對(duì)特定聲信號(hào)的更加準(zhǔn)確、精確和/或信噪比更高的測(cè)量。"聲學(xué)噪 聲"或"噪聲"是廣義術(shù)語(yǔ)，以其普通含義使用，可以包括傳輸至聲 傳感器附近的周?chē)?、環(huán)境和/或背景噪聲和/或振動(dòng)。例如，聲學(xué)噪聲 可以包括人耳可檢測(cè)到的令人分心的背景噪聲和含混不清的談話(huà)、以 及由例如遠(yuǎn)處駛過(guò)街道的卡車(chē)、變壓器、鎮(zhèn)流器和電機(jī)的哼鳴等引起 的聽(tīng)不到的低幅振動(dòng)。
由聲傳感器接收到的聲學(xué)噪聲可能會(huì)引起壓電聲感測(cè)層的形變， 從而對(duì)傳感器的電信號(hào)輸出有所貢獻(xiàn)。雖然有多種信號(hào)處理方法(例 如，濾波器)可以應(yīng)用于傳感器信號(hào)的后處理，以部分地消除聲學(xué)噪 聲偽像，但是在一些情況下，有利的是提供對(duì)感測(cè)層接收到的聲學(xué)噪 聲強(qiáng)度進(jìn)行降低的降噪特征。例如，聲學(xué)噪聲可以是源自一個(gè)位置或 一個(gè)方向的噪聲?？梢允褂梅较蚱帘误w或阻尼器來(lái)阻止噪聲到達(dá)傳感 器，同時(shí)允許來(lái)自其他方向的聲信號(hào)不受阻地前進(jìn)。因此，具有降噪 特征的聲傳感器的一些實(shí)施例有利地產(chǎn)生干凈和噪聲較少的電輸出信 號(hào)，例如，該電輸出信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)聲學(xué)噪聲環(huán)境中的相對(duì)較弱聲音 的更高信噪比測(cè)量。
這里所用的"降噪"是通用術(shù)語(yǔ)，以其廣義使用，表示對(duì)傳感器 和/或傳感器中放置的任何聲感測(cè)元件接收到聲學(xué)噪聲的量進(jìn)行降低 的組件、裝置和元件。例如，降噪特征可以包括對(duì)聲學(xué)噪聲進(jìn)行屏蔽 和/或阻尼的特征。 一般而言，聲阻尼特征在聲學(xué)噪聲向感測(cè)元件傳播 時(shí)減弱或吸收噪聲。聲屏蔽特征一般使聲學(xué)噪聲偏轉(zhuǎn)、反射和/或折射，以減小噪聲或阻止噪聲到達(dá)感測(cè)元件。在這里，降噪元件可以采用屏 蔽、阻尼和/或其他已知(或當(dāng)前未知)的效應(yīng)來(lái)減小由聲傳感器接收 的聲學(xué)噪聲。例如，多種降噪元件可以使用屏蔽、阻尼、干擾、衍射
等的組合，提供適當(dāng)降噪。
例如，在配置為檢測(cè)和分析由人體產(chǎn)生的聲音的系統(tǒng)(例如，參 照?qǐng)D6所述的心音檢測(cè)系統(tǒng))中有利地使用具有降噪特征的聲傳感器。 由人體產(chǎn)生的聲音的強(qiáng)度通常比檢查室中聲學(xué)噪聲的強(qiáng)度小。此外， 在一些情況下，只有一部分聲信號(hào)載有關(guān)于醫(yī)用狀況的診斷信息。例
如，美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 10/830,719和美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 11/333,791 中所述系統(tǒng)的一些實(shí)施例利用頻率在大約300Hz到大約2000Hz的頻帶 內(nèi)的心音信號(hào)的一部分。因?yàn)槁曅盘?hào)中用于診斷的部分的聲強(qiáng)度一般 比整個(gè)聲信號(hào)的強(qiáng)度弱，所以在這種系統(tǒng)中利用能夠減小感測(cè)元件接 收的聲學(xué)噪聲的聲傳感器是特別有利的。
圖13A是降噪聲傳感器中一部分的示意部分截面圖。除了以下進(jìn) 一步所述的之外，所示傳感器大體上與參照?qǐng)D4所述的傳感器類(lèi)似， 類(lèi)似附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)于大體上類(lèi)似的特征。圖13A所示聲傳感器實(shí)施例 包括一個(gè)或多個(gè)降噪層1320。降噪層1320 —般放置在至少一個(gè)傳感 器表面的至少一部分上或與該部分相鄰放置。在一些實(shí)施例中，降噪 層1320基本上包圍聲傳感器，除了傳感器中配置為與待感測(cè)對(duì)象附著 或聲學(xué)接觸的部分。例如，在圖13A所示的實(shí)施例中，聲感測(cè)層210 和220插入在適應(yīng)隔膜415和降噪層1320之間。在一些實(shí)施例中，降 噪層1320通過(guò)粘性材料409附著到傳感器上。適應(yīng)隔膜415可以通過(guò) 生物適合的粘合劑416附著到患者皮膚上，以接收人體的聲信號(hào)。降 噪層1320有利地減小由感測(cè)層210和220接收到的周?chē)穆晫W(xué)噪聲， 但是不會(huì)顯著降低從患者身體接收到的聲信號(hào)(例如，通過(guò)適應(yīng)隔膜 415)。
僅為示例目的，圖13A示意性地示出了包括單個(gè)降噪層1320的 傳感器實(shí)施例。但是，這并不是對(duì)本發(fā)明的限制。在其他實(shí)施例中， 可以使用多個(gè)降噪層，例如，兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或更多個(gè)層。這些層 可以通過(guò)任何適合類(lèi)型的材料或物質(zhì)彼此(以及/或者與傳感器中的其他組件)分離，這些材料或物質(zhì)包括例如粘合劑、間隙(包括氣隙和/ 或部分或低壓間隙)、電屏蔽層(例如，金屬層410， 413)等。在一
些實(shí)施例中，降噪層1320通過(guò)粘合劑409附著到傳感器上。在一些實(shí) 施例中，降噪層與傳感器中的其他層分隔開(kāi)來(lái)，以在聲速相對(duì)較大的 區(qū)域(例如，在波腹處)提供更強(qiáng)的聲學(xué)阻尼。在其他實(shí)施例中，降 噪層的配置不同于圖13A所示的配置。例如，在一些實(shí)施例中，這些 層不是平面平行層，而可以具有任何合適的形狀、厚度和/或尺寸。
降噪層1320可以包括適合降低傳播到或通過(guò)層1320的任何類(lèi)型 的材料。在一些實(shí)施例中，降噪材料包括開(kāi)孔泡沫(例如，聚氨酯、 聚酯、聚醚、三聚氰胺等)、彈性體(例如，軟硅)、凝膠、隨機(jī)粘附 彈性體顆粒的復(fù)合物、粘彈性材料，或者可以使用上述任何材料的適 當(dāng)材料組合。例如，層1320可以由包圍凝膠的彈性體薄層形成?？梢?選擇材料，以增強(qiáng)對(duì)具有特定頻率的聲波的降噪性。例如，在一些實(shí) 施例中，降噪層1320選擇為降低包括了待檢測(cè)和/或分析的頻帶上的 聲波。在適合用于心音檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施例中，例如，感興趣的頻帶可 以從大約300Hz延伸到大約2000Hz，降噪層可以選擇或設(shè)計(jì)為總體上 減弱該頻帶內(nèi)的聲信號(hào)。在一些實(shí)施例中，降噪層1320包括設(shè)計(jì)來(lái)減 弱更寬聲學(xué)頻帶(例如，從幾個(gè)Hz到10kHz)的多層層壓板。在一些 實(shí)施例中，例如在心音檢測(cè)系統(tǒng)中，降噪層1320優(yōu)選地包括充分柔軟 以便傳感器可以符合患者皮膚輪廓的材料。
在一些實(shí)施例中，降噪層1320選擇為提供對(duì)聲學(xué)噪聲的所需減 弱量。例如，在一些實(shí)施例中，降噪層配置為提供例如3dB、 5dB、 10dB、 20dB和30dB的聲學(xué)衰減。在一些實(shí)施例中，降噪層1320具有從大約 lmm到大約3cm范圍上的厚度。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，使用厚度為大 約l/8英寸的軟硅層。層厚度可以依據(jù)硅的柔軟性而不同(例如，較 軟的硅可能需要較大厚度，以實(shí)現(xiàn)相同衰減)。
在一些實(shí)施例中，降噪層包括部分地屏蔽、偏轉(zhuǎn)、反射或折射聲 波以使之遠(yuǎn)離感測(cè)層210和220的材料。例如，在圖13B所示的實(shí)施 例中，降噪層包括諸如半剛性外殼之類(lèi)的外殼1324，該外殼1324基 本上包圍聲傳感器的其他部分。在該實(shí)施例中，外殼1324通過(guò)例如防止入射聲學(xué)噪聲的實(shí)質(zhì)部分到達(dá)感測(cè)層210和220，來(lái)部分地屏蔽感 測(cè)層210和220免受到聲學(xué)噪聲能量。在一些實(shí)施例中，外殼1324 的形狀為屏蔽來(lái)自合理寬度范圍的入射方向上的聲學(xué)噪聲。例如，圖 13B所示的外殼1324呈圓形(例如，球體、卵形體、橢圓等的一部分)； 但是，可以使用其他形狀。例如，在一些實(shí)施例中，外殼可以具有一 個(gè)或多個(gè)平坦或成角度的表面。在一些實(shí)施例中，外殼通過(guò)氣隙、聲 學(xué)阻尼泡沫或其他合適材料與傳感器的其他層分隔開(kāi)來(lái)，以進(jìn)一步減 弱經(jīng)由外殼傳輸?shù)娜魏温晫W(xué)噪聲信號(hào)。在圖13B所示的實(shí)施例中，聲 學(xué)阻尼層1320放置在外殼1324與其他層之間。如這里進(jìn)一步描述的， 傳感器可以通過(guò)生物適合的粘性層416貼到皮膚上。圖13B所示的傳 感器實(shí)施例有利地屏蔽和阻尼環(huán)境噪聲，從而基本上減小了到達(dá)感測(cè) 層210和220位置處的噪聲影響。
雖然描述了具有降噪功能的多個(gè)傳感器實(shí)施例，但是對(duì)于本領(lǐng)域 技術(shù)人員而言，顯而易見(jiàn)的是在不背離本發(fā)明范圍或精神的前提下可 以使用備選材料、結(jié)構(gòu)、組件和配置。在多種實(shí)施例中，降噪組件可 以按照合理需求而配置為提供更大或更小程度的噪聲降低，或者在一 些實(shí)施例中，可以去除降噪組件?？梢源嬖诙喾N變體。
本公開(kāi)描述了提高靈敏度、改善電和聲屏蔽、減小聲學(xué)上的到達(dá) 時(shí)間差并提高信噪比的聲傳感器的多種實(shí)施例。這些傳感器可以有利 地用于檢測(cè)來(lái)自人體的低幅聲信號(hào)。如上參照?qǐng)D6所述，這里公開(kāi)的 任何聲傳感器實(shí)施例在與檢測(cè)患者心音的系統(tǒng)一起使用時(shí)是有利的。 在這些系統(tǒng)中的一些中，需要識(shí)別心跳的一個(gè)或多個(gè)部分，例如，心 臟舒張或心臟收縮部分。例如，美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 10/830， 719和美國(guó) 專(zhuān)利申請(qǐng)No. 11/333,791公開(kāi)了系統(tǒng)實(shí)施例，其中可以將心電圖 ("EKG";也稱(chēng)作"ECG")與心跳聲信號(hào)結(jié)合使用，以檢測(cè)、診斷和/ 或定位冠狀動(dòng)脈中的阻塞。這些系統(tǒng)的一些實(shí)施例利用分離的聲傳感 器和EKG傳感器來(lái)分別檢測(cè)來(lái)自心臟的聲和電信號(hào)。但是，使用針對(duì) 聲和電信號(hào)的分離傳感器的實(shí)施例可能需要向患者身上附著多達(dá)16 個(gè)傳感器(例如， 一個(gè)系統(tǒng)中的4個(gè)聲傳感器和12個(gè)EKG傳感器)。 因此，組合聲和電靈敏性的單個(gè)傳感器不僅可以有利地減少必須附著 到患者身上的傳感器數(shù)目，還可以提高患者的舒適感，降低一個(gè)或多 個(gè)不起作用的傳感器引起虛假測(cè)量的可能性。
圖14是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的組合聲電傳感器的一部分的示意部分截面圖。該圖是沿圖15中的線(xiàn)14-14截取的。除了以下進(jìn)一步 所述的之外，所示傳感器大體上與參照?qǐng)D4和13所述的傳感器類(lèi)似， 類(lèi)似附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)于大體上類(lèi)似的特征。在該實(shí)施例中，傳感器包括 降噪層1420，其與圖13A所示的層1320大體上相似。在其他實(shí)施例 中，包括其他降噪特征，例如，聲學(xué)噪聲屏蔽層(例如，圖13B所示 的外殼1324)。但是，在其他實(shí)施例中，傳感器包括附加于或替代降 噪層1420而使用的適應(yīng)隔膜(大體上類(lèi)似于圖4的隔膜417)。
為了檢測(cè)并發(fā)送電信號(hào)，組合聲電傳感器包括導(dǎo)電電極1430。如 圖14所示，組合傳感器可以配置為將電極1430附著或電連接到患者 皮膚上(例如，電極1430是傳感器中的底層或最下層)。在一些實(shí)施 例中，在將電極放置到皮膚上之前，可以將導(dǎo)電粘合劑1416放置在電 極1430上。優(yōu)選地，導(dǎo)電粘合劑1416包括生物適合的物質(zhì)，該物質(zhì)具有小到足以降低電阻損失的電阻抗和降低聲學(xué)反射損失的聲阻抗。 在一些實(shí)施例中，粘合劑1416選擇為具有與人體的聲阻抗近似匹配的 聲阻抗。在一些實(shí)施例中，粘合劑1416包括導(dǎo)電水凝膠，其可以放置 在皮膚與傳感器界面處，以提高靈敏度和增強(qiáng)聲/機(jī)械/電連接。在一 些實(shí)施例中，導(dǎo)電粘合劑1416可以涂到人體皮膚表面上放置傳感器的位置，然后將該傳感器壓到該這一皮膚區(qū)域上。在將傳感器壓到合適 位置上之前，可以將粘合劑1416放置在傳感器上。在一些實(shí)施例中， 在封裝傳感器時(shí)，導(dǎo)電粘合劑1416位于傳感器上的可拆卸條或片(未 示出)下面，在即將使用該傳感器時(shí)，用戶(hù)可以拆去該條，以露出下 面的生物適合的粘合劑1416。
在一些實(shí)施例中，電極1430包括配置為與患者皮膚電連接(或 位于患者皮膚上或附近)的導(dǎo)電薄層。電極1430可以通過(guò)粘性層414 粘附到傳感器上。優(yōu)選地，粘性層414是不導(dǎo)電的，以將電極1430 與金屬屏蔽層410、 413以及與感測(cè)層210和220的導(dǎo)電部分絕緣。在 一些實(shí)施例中，電極1430包括一個(gè)或多個(gè)金屬層，諸如鋁、鎳、銀、金、銅或者它們的合金或鹽。雖然在一些實(shí)施例中金屬層通過(guò)粘性層 414粘附到傳感器上，但是在其他實(shí)施例中，可以通過(guò)例如涂布、金 屬化、氣相沉淀或其他方法在傳感器的下表面上形成金屬層。在這種實(shí)施例中，絕緣介電層或非導(dǎo)電物質(zhì)可以插入在電極1430與金屬屏蔽 層413之間。在其他實(shí)施例中，可以用傳導(dǎo)墨將電極1430涂布在傳感 器的下表面上。在優(yōu)選實(shí)施例中，電極1430包括一層或多層導(dǎo)電的塑 料、聚合物或復(fù)合物，例如，包含導(dǎo)電碳添加劑的聚醚或聚酯聚氨酯。 在一些實(shí)施例中，電極1430包括多層層壓板，該層壓板包括交替的導(dǎo) 電塑料和金屬層，以提高導(dǎo)電性。
優(yōu)選但非必要的，電極1430足夠薄和柔軟，以便可以符合患者 皮膚的輪廓。此外，足夠薄和柔軟的電極1430可以有利地允許入射聲 信號(hào)傳播到組合傳感器內(nèi)部，以便由聲感測(cè)層210和220檢測(cè)。在一 些優(yōu)選實(shí)施例中，電極1430的厚度小于或等于大約30pm，但是可以 使用其他厚度(例如，從大約10nm到大約lOO(im)。在其他實(shí)施例中， 電極的厚度可以高達(dá)或等于lmm或更大。
在圖14所示的實(shí)施例中，電極1430放置在感測(cè)層210和220下面并與之稍微分隔開(kāi)來(lái)。優(yōu)選地，這些層之間的分隔厚度足夠小，以 使電信號(hào)(到達(dá)電極1430)和聲信號(hào)(到達(dá)感測(cè)層210和220)的到 達(dá)時(shí)間差最小。因此，組合傳感器優(yōu)選地同時(shí)或幾乎同時(shí)地測(cè)量患者 體內(nèi)的電和聲活動(dòng)。在其他實(shí)施例中，電極1430可以放置得與圖14 所示的不同。例如，在一些實(shí)施例中，電極1430不放置在圖14所示 的其他層下面，而是從聲靈敏層210和220的周邊或圓周一部分側(cè)向 錯(cuò)位和/或部分地包圍這一部分。在組合了電極與圖IIA所示的聲傳感 器的實(shí)施例中，電極包括導(dǎo)電材料，該導(dǎo)電材料可以放置在內(nèi)環(huán)1120 內(nèi)的環(huán)面中、以及/或者在內(nèi)環(huán)1120與外環(huán)1110之間的環(huán)狀間隙內(nèi)、 以及/或者在外環(huán)1110外部。在其他實(shí)施例中，電極包括放置在內(nèi)環(huán) 和/或外環(huán)1120和1110下面的一個(gè)或多個(gè)層中的導(dǎo)電材料。在組合聲 傳感器的一些實(shí)施例中，電極不放置在聲感測(cè)層210和220下面，這 些傳感器有利地允許聲感測(cè)層和電極基本上同時(shí)地分別接收聲和電信 號(hào)。此外，在一些實(shí)施例中，來(lái)自體內(nèi)源的聲信號(hào)有利地到達(dá)聲感測(cè)
層，而不必傳播通過(guò)電極。
在一些優(yōu)選實(shí)施例總，電極1430用作EKG電極，并可以用于測(cè) 量電信號(hào)，例如由心臟肌肉的收縮和舒展產(chǎn)生的動(dòng)作電勢(shì)(action potential)。眾所周知，在心跳周期中，電流傳播通過(guò)人體并在皮膚 上產(chǎn)生不同的電勢(shì)。通過(guò)放置一個(gè)或多個(gè)與皮膚電接觸的電極1430， 可以采用醫(yī)學(xué)領(lǐng)域公知的技術(shù)方便地測(cè)量這些電勢(shì)差。 一般而言，EKG 檢測(cè)電勢(shì)(例如，電壓)；但是，電極1430不限于此，可以用于檢測(cè) 例如電流、電阻或其他合適的量。在多種系統(tǒng)中，兩個(gè)到十二個(gè)電傳 感器用于測(cè)量心臟的電信號(hào)(具有大約lmV的峰峰幅度)。在一些實(shí)施 例中，任何金屬層均可以用作EKG電極。例如，在一些實(shí)施例中，諸 如金屬屏蔽層410和413之類(lèi)的層可以用于測(cè)量電信號(hào)。
正常心跳周期包括多個(gè)電氣特征，例如P波、QRS復(fù)形(complex) 和T波。QRS復(fù)形表示心室的收縮，R波典型的是具有最大電勢(shì)的特征 量。諸如美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 10/830， 719和美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 11/333, 791 中描述的用于檢測(cè)和處理心音的一些系統(tǒng)實(shí)施例利用心臟電信號(hào)中的 用于診斷目的的特征量(例如，相繼R波之間的持續(xù)時(shí)間)，從而識(shí)別 心率(單位是每分鐘的心跳次數(shù))和心跳的心臟舒張和/或心臟收縮的 持續(xù)時(shí)間。這里所述的組合聲電傳感器可以有利地與這些心音系統(tǒng)一 起使用，因?yàn)樵摻M合傳感器測(cè)量心臟發(fā)出的聲和電信號(hào)。使用組合傳 感器有利地減少了測(cè)量和診斷心音所需的傳感器的總數(shù)(例如， 一個(gè) 實(shí)施例中使用四個(gè)組合傳感器)。例如，可以在美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 10/830, 719和美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 11/333,791中找到關(guān)于傳感器在患 者身體上放置的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。在其他實(shí)施例中，可以根據(jù)心電圖的其 他原理(例如，根據(jù)Einthoven三角)來(lái)放置組合傳感器。
圖15是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的組合聲電傳感器1510的示意立 體圖。組合傳感器1510優(yōu)選地可以彎曲，以便能夠符合患者皮膚輪廓， 從而傳感器1510內(nèi)的感測(cè)層210和220可以發(fā)生形變，以響應(yīng)于上述 入射聲能來(lái)產(chǎn)生電信號(hào)。此外，傳感器1510的一部分(例如，電極 1430)優(yōu)選地與皮膚電接觸，以產(chǎn)生對(duì)接觸點(diǎn)的電勢(shì)進(jìn)行指示的電信 號(hào)。希望傳感器1510中的電極1430足夠薄和柔軟，以使來(lái)自人體的聲信號(hào)在通過(guò)電極1430時(shí)基本上不會(huì)衰減，并且電和聲信號(hào)具有充分 小的到達(dá)時(shí)間差。
如圖15示意性地示出的，傳感器1510包括四根電導(dǎo)線(xiàn)A、 B、 C和E。三根導(dǎo)線(xiàn)A、 B禾n C通常與參照?qǐng)D5所述的導(dǎo)線(xiàn)A、 B禾B C基本 上類(lèi)似，用于提供至聲感測(cè)層210和220中的傳導(dǎo)層的電連接。圖15 中的電導(dǎo)線(xiàn)E提供至電極1430的電連接。導(dǎo)線(xiàn)E可以包括本領(lǐng)域公知 的任何合適類(lèi)型的電連接。例如，電導(dǎo)線(xiàn)E可以包括與電極1430連接 (或構(gòu)成其一部分)的金屬接線(xiàn)片。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)線(xiàn)E具有5mm 的唇邊。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)線(xiàn)E與屏蔽雙絞線(xiàn)連接，該雙極型大體 上與參照?qǐng)D3所述的線(xiàn)248類(lèi)似。導(dǎo)線(xiàn)E可以通過(guò)焊接、壓褶、EC粘合或其他合適方法與線(xiàn)連接。
圖15所示的導(dǎo)線(xiàn)E載有電極1430檢測(cè)到的電信號(hào)，該電信號(hào)至其他裝置或組件，以進(jìn)行進(jìn)一步處理或測(cè)量。例如，在一個(gè)實(shí)施例中， 導(dǎo)線(xiàn)E與萬(wàn)用表(與圖12B中的萬(wàn)用表1220大體上類(lèi)似)連接，該萬(wàn) 用表可以測(cè)量電流、電阻和/或電壓等合適的電氣量。在其他實(shí)施例中， 導(dǎo)線(xiàn)E可以與圖6所示信號(hào)處理系統(tǒng)612等處理器(備選地或附加地) 連接。在這種實(shí)施例中，可以采用一種或多種公知技術(shù)，包括例如數(shù) 字化、濾波、放大和/或復(fù)用等，處理電信號(hào)。人體聲音檢測(cè)系統(tǒng)(包 括美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 10/830, 719和美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 11/333， 791中 公開(kāi)的系統(tǒng))可以使用由電極1430檢測(cè)到的電信號(hào)，以識(shí)別心跳中的 所需部分或?yàn)榱似渌线m的目的。在一些有利實(shí)施例中，系統(tǒng)利用來(lái) 自電極1430和聲感測(cè)層210和220的信號(hào)來(lái)執(zhí)行診斷過(guò)程。
雖然描述了具有降噪特征和/或電檢測(cè)特征的一些有利實(shí)施例， 公認(rèn)的是，其他實(shí)施例的配置可以與圖13A-15中示意性示出的配置不 同。例如，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，降噪和電特征可以容易地結(jié) 合到上述參照?qǐng)D10和11A-11C所示的傳感器實(shí)施例中。此外，在一些 實(shí)施例中，可以組合上述一些層的功能。例如，可以通過(guò)單個(gè)膠粘泡 沫層實(shí)現(xiàn)(或輔助實(shí)現(xiàn))粘合功能和噪聲衰減功能。因此，在本公開(kāi) 的范圍或精神之內(nèi)可以存在多種層組合和/或傳感器配置。
可以針對(duì)不同(例如，高效)的制造工藝，有利地調(diào)整這里所述的實(shí)施例。例如，可以使用化學(xué)沉積和集成電路工藝來(lái)形成電連接和 電路。此外，可以使用沉積工藝來(lái)將一層材料沉積在另一層上，而不 需要這里所述的粘性材料。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，在本發(fā) 明范圍之內(nèi)，可以使用多種制造方法和技術(shù)來(lái)制造這里所述的傳感器。
雖然以特定優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是各個(gè)實(shí)施例的多種特 征可以組合，以形成額外的實(shí)施例和未明確描述的明顯修改。此外， 在閱讀本公開(kāi)之后，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的其他實(shí) 施例也在本發(fā)明范圍內(nèi)。此外，雖然適當(dāng)?shù)孛枋隽硕喾N特征、方面和 優(yōu)點(diǎn)，但是要認(rèn)識(shí)到，并非每個(gè)實(shí)施例都需要結(jié)合或?qū)崿F(xiàn)每個(gè)所述特 征、方面或優(yōu)點(diǎn)。因此，例如， 一些實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)或優(yōu)化這里所示 的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)或一組優(yōu)點(diǎn)，而無(wú)需實(shí)現(xiàn)這里所述或暗示的其他特征、方 面或優(yōu)點(diǎn)。在不背離本發(fā)明精神和范圍的前提下，可以進(jìn)行多種改變、 修改和組合。因此，這里所公開(kāi)的發(fā)明的范圍不應(yīng)該受到上述特定實(shí) 施例的限制，而應(yīng)該由所附權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種用于感測(cè)來(lái)自源的聲信號(hào)的裝置包括第一聲感測(cè)元件，包括具有第一極化軸和兩個(gè)導(dǎo)電部分的第一壓電部分；第二聲感測(cè)元件，包括具有第二極化軸和兩個(gè)導(dǎo)電部分的第二壓電部分；以及降噪元件；其中第一壓電部分的一個(gè)導(dǎo)電部分與第二壓電部分的一個(gè)導(dǎo)電部分電連接；確定第一和第二壓電部分的取向，以使第一和第二極化軸彼此之間形成非零角度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中降噪元件包括適于減弱聲學(xué)噪聲的降噪材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中降噪材料包括降噪泡沫、彈性體或凝膠。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中降噪材料基本上包圍第一和第二聲感測(cè)元件中至少一個(gè)的至少一部分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中降噪元件配置為將第一或第二聲感測(cè)元件中至少一個(gè)與聲學(xué)噪聲至少部分地屏蔽開(kāi)來(lái)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，還包括適于減弱聲學(xué)噪聲的降噪材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中降噪元件配置為減小聲學(xué)頻帶中的聲學(xué)噪聲。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中聲學(xué)頻帶是從大約300Hz 到大約2000Hz。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中降噪元件的至少一部分與第一和第二聲感測(cè)元件分隔開(kāi)來(lái)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，還包括外殼，第一和第二聲感測(cè)元件放置在所述外殼中，所述外殼包括表面部分，所述表面部分適 于允許來(lái)自所述源的聲信號(hào)被第一和第二感測(cè)元件接收。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中降噪元件包括放置在所 述外殼內(nèi)的降噪材料。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中第一或第二聲感測(cè)元件 的至少一部分大體上放置在所述外殼的表面部分與降噪材料之間。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中降噪材料基本上包圍第一或第二聲感測(cè)元件。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述源位于人體內(nèi)，所 述外殼的表面部分適于粘貼到人體皮膚上。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述非零角度大約是90度。
16. —種用于感測(cè)聲和電信號(hào)的裝置，包括 第一聲感測(cè)元件，包括具有第一極化軸和兩個(gè)導(dǎo)電部分的第一壓電部分；第二聲感測(cè)元件，包括具有第二極化軸和兩個(gè)導(dǎo)電部分的第二壓電部分；以及與第一和第二聲感測(cè)元件的導(dǎo)電部分電絕緣的電極， 其中第一壓電部分的一個(gè)導(dǎo)電部分與第二壓電部分的一個(gè)導(dǎo)電部分電連接，確定第一和第二壓電部分的取向，以使第一和第二極化軸彼此之 間形成非零角度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述電極包括導(dǎo)電層。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述導(dǎo)電層包括金屬或金屬合金.
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述電極配置為至少部 分地傳輸來(lái)自聲源的聲信號(hào)，以使聲信號(hào)可以被第一或第二聲感測(cè)元 件中的至少一個(gè)接收。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述電極適于與患者皮 膚電連接。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述電極配置為接收來(lái) 自患者心臟的電信號(hào)，第一和第二聲感測(cè)層適于接收來(lái)自患者體內(nèi)的 解剖結(jié)構(gòu)的聲信號(hào)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，還包括降噪元件。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其中降噪元件包括適于減弱 聲學(xué)噪聲的降噪材料。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其中降噪元件配置為將第一 或第二聲感測(cè)元件中至少一個(gè)與聲學(xué)噪聲至少部分地屏蔽開(kāi)來(lái)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述非零角度大約是90度。
26. —種聲感測(cè)設(shè)備，包括第一壓電感測(cè)部分，具有第一極化軸和兩個(gè)傳導(dǎo)層；以及 第二壓電感測(cè)部分，具有第二極化軸和兩個(gè)傳導(dǎo)層，第二壓電感 測(cè)部分大體上與第一壓電感測(cè)部分共面放置，第一壓電感測(cè)部分的一 個(gè)傳導(dǎo)層與第二壓電感測(cè)部分的一個(gè)傳導(dǎo)層電接觸，第一和第二極化 軸之間具有非零角度。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中第一壓電部分與第二壓 電感測(cè)部分彼此部分地錯(cuò)位。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中第一壓電感測(cè)部分的一 個(gè)傳導(dǎo)層與第二壓電感測(cè)部分的一個(gè)傳導(dǎo)層之間的電接觸由所述兩個(gè) 傳導(dǎo)層之間的直接接觸形成。
29. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中第一壓電感測(cè)部分的一 個(gè)傳導(dǎo)層與第二壓電感測(cè)部分的一個(gè)傳導(dǎo)層之間的電接觸由所述兩個(gè) 傳導(dǎo)層之間的曲折的金屬連接形成。
30. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中第一壓電感測(cè)部分的一 個(gè)傳導(dǎo)層與第二壓電感測(cè)部分的一個(gè)傳導(dǎo)層之間的電接觸形成包括所 述兩個(gè)傳導(dǎo)層的等勢(shì)表面。
31. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中第一和第二壓電感測(cè)部 分相對(duì)于彼此顛倒，從而在所述兩個(gè)壓電感測(cè)部分經(jīng)受取向相似的應(yīng) 變時(shí)， 一個(gè)壓電感測(cè)部分的上傳導(dǎo)層接收的電荷的極性與另一個(gè)壓電感測(cè)部分的下傳導(dǎo)層接收的電荷的極性相同。
32. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中所述壓電感測(cè)部分各自包括聚偏二氟乙烯。
33. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中所述傳導(dǎo)層包括金屬化 部分。
34. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中所述壓電感測(cè)部分各自 具有比所述兩個(gè)傳導(dǎo)層的組合厚的感測(cè)層。
35. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中第一和第二極化軸之間 的所述角度是近似90度。
36. —種用于制造聲傳感器的方法，包括 設(shè)置具有第一極化軸的第一壓電層； 設(shè)置兩個(gè)傳導(dǎo)層，分別位于第一壓電層的兩側(cè)； 設(shè)置具有第二極化軸的第二壓電層和兩個(gè)傳導(dǎo)層，所述兩個(gè)傳導(dǎo)層分別位于第二壓電層的兩側(cè)，第二壓電層大體上與第一壓電層共面 放置，第一壓電感測(cè)部分的一個(gè)傳導(dǎo)層與第二壓電感測(cè)部分的一個(gè)傳 導(dǎo)層電接觸，第一和第二極化軸之間具有非零角度。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，還包括將第一壓電層與第 二壓電層部分地錯(cuò)位。
38. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，還包括通過(guò)將第一壓電層 的一個(gè)傳導(dǎo)層與第二壓電層的一個(gè)傳導(dǎo)層直接接觸，形成所述兩個(gè)傳 導(dǎo)層之間的電接觸。
39. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，還包括通過(guò)第一壓電層的 一個(gè)傳導(dǎo)層與第二壓電層的一個(gè)傳導(dǎo)層之間的可彎折傳導(dǎo)導(dǎo)線(xiàn)，形成所述兩個(gè)傳導(dǎo)層之間的電接觸。
40. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，還包括將第一和第二壓電 層相對(duì)于彼此顛倒，從而在所述兩個(gè)壓電層經(jīng)受取向相似的應(yīng)變時(shí)， 一個(gè)壓電層的上傳導(dǎo)層接收的電荷的極性與另一個(gè)壓電層的下傳導(dǎo)層 接收的電荷的極性相同。
41. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，還包括設(shè)置包括聚偏二氟 乙烯的至少一個(gè)壓電層。
42. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，還包括設(shè)置金屬傳導(dǎo)層。
43. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，還包括設(shè)置比所述兩個(gè)傳導(dǎo)層的組合厚的壓電層。
44. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，還包括以近似90度的角度 確定第一和第二極化軸的方向。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了用于有效捕獲聲數(shù)據(jù)的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。一些實(shí)施例具有包括極化軸和傳導(dǎo)層的壓電感測(cè)部分。在一些實(shí)施例中，壓電感測(cè)部分可以放置為彼此大體上是共面的，并部分地電接觸。在一些實(shí)施例中，兩個(gè)壓電感測(cè)部分的極化軸之間具有非零角度。一些實(shí)施例包括降噪元件。在一些實(shí)施例中，包括用于檢測(cè)電信號(hào)的電極。
文檔編號(hào)G01P15/09GK101203765SQ200680022242
公開(kāi)日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2006年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月21日
發(fā)明者亨錢(qián)德·希爾土克迪, 彼得·V·貝克曼 申請(qǐng)人:麥德斯科恩索尼科公司