ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ И МАТРИЦА Российский патент 2012 года по МПК H04R13/00 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к области ультразвуковой терапии, а именно к преобразователю для ультразвуковой терапии и, в частности, к электромагнитному ультразвуковому преобразователю и к матрице ультразвуковых преобразователей.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Электромагнитный ультразвуковой преобразователь является новым типом источника ультразвуковых волн и включает упругую вибрационную пластину, вибрационную катушку (или магнитопроводящую вибрационную мембрану) и магнитостатическую катушку (или постоянный магнит). Принцип работы заключается в следующем: на катушку с током действует сила Лоренца в магнитном поле. При прохождении переменного тока через катушку величина и направление действия на вибрационную катушку соответственно меняется. Если вибрационная катушка закреплена на упругой вибрационной пластине, то сила Лоренца, воздействующая на вибрационную катушку, создает колебания упругой вибрационной пластинки с передачей звуковых волн. Электромагнитный излучатель работает на этом принципе.

Так как электромагнитный ультразвуковой преобразователь имеет такие преимущества, как отсутствие контакта с поверхностью материала, отсутствие необходимости в применении акустического соединительного элемента, высокую повторяемость, высокую скорость детектирования и т.д., он широко используется в области неразрушающего контроля. Но электромагнитный ультразвуковой преобразователь, используемый при ультразвуковом контроле, имеет низкую частоту, вследствие чего трудно осуществлять фокусирование, и, таким образом, этот тип электромагнитного ультразвукового преобразователя не может непосредственно использоваться для ультразвуковой терапии.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устраняя недостатки известного уровня техники, технические решения настоящего изобретения направлены на создание электромагнитного ультразвукового преобразователя и излучателя, который может генерировать высокочастотные звуковые волны и использоваться для ультразвуковой терапии. Этот излучатель может иметь любую форму и гибко управлять множеством элементов излучателя ультразвукового преобразователя.

Технические решения проблем, предложенные в соответствии с настоящим изобретением, состоят в следующем: предложенный электромагнитный ультразвуковой преобразователь содержит упругую пластину, расположенную на опоре, намагничивающее устройство на упругой пластине и генератор магнитного поля, обеспечивающий вибрацию намагничивающего устройства. При этом толщина намагничивающего устройства составляет несколько микрон.

В известном уровне техники размер упругой катушки или проводящей мембраны упругого магнита имеет размер порядка одного сантиметра. Частота этого вида ультразвуковых преобразователей, в основном, лежит в диапазоне звуковой частоты. Чем меньше размер упругой катушки или проводящей мембраны упругого магнита, тем выше частота ультразвуковых волн, и максимальная частота ультразвуковых волн может достигнуть уровня одного мегагерца. Поэтому, намагничивающее устройство в настоящем изобретении может быть сделано как микронный элемент при помощи технологии микромашинной обработки, и соответственно упругая катушка или проводящая мембрана упругого магнита может создать ультразвуковые волны с высокой частотой.

Когда для намагничивающего устройства используется проводящая мембрана упругого магнита, предпочтительно ее толщина лежит в диапазоне от 1,0 до 300 микрон.

Предпочтительно, толщина указанной упругой пластины также порядка нескольких микрон. Когда упругая пластина имеет форму прямоугольника, предпочтительно, ее длина и ширина составляет от 10 до 1000 микрон и ее толщина составляет от 5 до 500 микрон. Когда упругая пластина имеет круглую форму, предпочтительно, ее диаметр составляет от 10 до 1000 микрон и ее толщина составляет от 5 до 500 микрон. Соответственно, упругая пластина и проводящая мембрана упругого магнита на ней могут быть изготовлены как один элемент. Чем меньше размер упругой пластины, тем выше ее резонансная частота, поэтому, когда размер упругой пластины также порядка нескольких микрон, частота ультразвукового преобразователя может быть порядка нескольких мегагерц.

Предпочтительно, опора поддерживает мягкий магнит. Указанный генератор магнитного поля может включать опору, состоящую из мягкого магнита, катушки, намотанной на этом мягком магните, и источник питания переменного тока, соединенный с катушками.

Более предпочтительно, направление намотки катушек на опоре делает направление индуктивного потока, созданного в проводящей мембране упругого магнита, вертикальным к направлению магнитного поля в мягком магните. При этом сила Лоренца, созданная генератором магнитного поля, является максимальной, и магнитное притяжение к намагничивающему устройству также является максимальным. Под действием этой силы упругая пластина может создать максимальную вибрацию и передавать ультразвуковые волны с чрезвычайно высокой частотой.

Более предпочтительно, чтобы форма указанной опоры была бы вогнутой. Два конца упругой пластины закреплены на двух выпуклых частях на обоих концах опоры эластичным крепежным материалом. Таким образом, в углублении в середине опоры образуется воздушный колодец. Вогнутый мягкий магнит позволяет легко и удобно создать магнитное поле, параллельное направлению намотки катушек, и, соответственно, создается максимальная сила Лоренца для притяжения намагничивающего устройства. Воздушный колодец, сформированный во впадине в середине вогнутой опоры, создает благоприятные условия для упругого элемента (имеется в виду упругая пластина и намагничивающее устройство на ней), чтобы создать вибрацию и, в то же время, это благоприятное условие для ультразвуковых волн упругим элементом из-за малого содержания влаги, но сильного затухания ультразвука в воздушном колодце.

В настоящем изобретении могут быть использованы другие формы для опоры, например форма «С» и форма «Е». Но вогнутая опора предпочтительней, потому что она проста в обработке и имеет низкую стоимость производства.

Для того чтобы обеспечить интенсивность ультразвуковых волн, созданных упругим элементом, на максимально высоком уровне, предпочтительно, чтобы частота тока указанного источника питания переменного тока, соединенного с катушками, была бы равна резонансной частоте воздушного колодца. Эта частота превышает величину 0,1 МГц, и наилучшая частота должна быть более 0,5 МГц. Поскольку резонансная частота воздушного колодца зависит от физического размера воздушного колодца, предпочтительна длина воздушного колодца от 10 до 200 микрон, ширина от 10 до 200 микрон и толщина от 10 до 50 микрон.

Когда в намагничивающем устройстве используется упругая катушка, предпочтительно, чтобы диаметр катушки был бы в пределах от 0,5 до 100 микрон и толщина от 0,5 до 200 микрон.

Упругая катушка может иметь вид фотолитографской катушки. При помощи полупроводниковой фотолитографии и технологии химической коррозии упругая катушка может быть изготовлена как фотолитографическая катушка размером порядка нескольких микрон.

Для опоры может быть использован ненамагничивающийся материал. Генератор магнитного поля имеет вид мягкого магнита с намотанными на нем катушками. Катушки соединены с источником питания постоянного тока, и фотолитографические катушки соединены с источником питания переменного тока.

Форма указанного мягкого магнита может быть вогнутой. Опора установлена в углублении в середине мягкого магнита. Катушки намотаны на две выступающие части на концах мягкого магнита.

В качестве генератора магнитного поля можно также использовать постоянный магнит. Указанные фотолитографические катушки соединены с источником питания переменного тока. Указанный постоянный магнит имеет вогнутую форму. Опора установлена в углублении в середине постоянного магнита.

Когда в качестве генератора магнитного поля используется постоянный магнит, опора может быть расположена на постоянном магните и соединена с ним. Указанные фотолитографические катушки соединены с источником питания переменного тока, в котором постоянный магнит может быть заменен мягким магнитом, с намотанными катушками, и катушки соединены с источником питания постоянного тока.

Более предпочтительно, направление намотки катушек на мягком магните делает направление потока в фотолитографических катушках вертикальным к направлению магнитного поля в мягком магните. При этом сила Лоренца, созданная в генераторе магнитного поля, является максимальной, и магнитное притяжение к намагничивающему устройству также является максимальным. Под действием этой силы упругая пластина может создать максимальную вибрацию и передать ультразвуковые волны с очень высокой частотой.

Чтобы гарантировать максимально высокую интенсивность ультразвуковых волн, созданных упругим элементом, предпочтительно, чтобы частота тока указанного источника питания переменного тока, соединенного с катушками, была бы равна резонансной частоте воздушного колодца. Эта частота превышает величину 0,1 МГц, и наилучшая частота должны быть более 0,5 МГц.

Более предпочтительно, чтобы указанная опора имела бы вогнутую форму. Два конца упругой пластины закреплены на двух выпуклых частях на обоих концах опоры эластичным крепежным материалом. Таким образом, образуется воздушный колодец в углублении в середине опоры. Вогнутый мягкий магнит позволяет легко и удобно создать магнитное поле, параллельное направлению намотки катушек, и, соответственно, может быть создана максимальная сила Лоренца для притяжения намагничивающего устройства. Воздушный колодец, который сформирован в углублении в середине вогнутой опоры, создает благоприятное условие для упругого элемента для возбуждения вибрации, и при этом также создаются благоприятные условия для упругого элемента по передаче ультразвуковых волн из-за малого содержания влаги, но со значительным затуханием ультразвука в воздушном колодце. Для опоры могут быть приняты другие формы, например С-форма и Е-форма. Но вогнутая опора является предпочтительной, потому что она легко обрабатывается и имеет низкую стоимость производства.

В электромагнитном ультразвуковом преобразователе опора изготовлена из ненамагничивающегося материала. Намагничивающее устройство расположено под опорой, и оно включает мягкий магнит в виде катушек с обмоткой. Катушки соединены с источником питания постоянного тока, а указанные фотолитографические катушки соединены с источником питания переменного тока. Для матрицы множества электромагнитных ультразвуковых преобразователей, включая упомянутые выше электромагнитные ультразвуковые преобразователи, толщина упругой пластины в каждом ультразвуковом преобразователе составляет несколько микрон; все опоры объединены; все генераторы магнитного поля в ультразвуковых преобразователях объединены и соединены с источником питания постоянного тока; фотолитографические катушки соединены друг с другом параллельно и подключены к источнику питания переменного тока. Альтернативно, для матрицы электромагнитных ультразвуковых преобразователей, включая электромагнитные ультразвуковые преобразователи, упомянутые выше, толщина упругой пластины в каждом ультразвуковом преобразователе составляет несколько микрон; все опоры объединены; мягкие магниты с намотанными катушками, соответственно, установлены под каждой упругой пластиной; фотолитографические катушки соединены друг с другом параллельно и подключены к источнику питания переменного тока

В электромагнитном ультразвуковом преобразователе для опоры используется ненамагничивающийся материал. Генератор магнитного поля может быть постоянным магнитом. Опора расположена на постоянном магните и скреплена с ним жестким соединением. Указанные фотолитографические катушки соединены с источником питания переменного тока. Для матрицы электромагнитных ультразвуковых преобразователей, включая электромагнитные ультразвуковые преобразователи, упомянутые выше, толщина упругой пластины в каждом акустическом преобразователе составляет несколько микрон; все опоры объединены; фотолитографические катушки соединены друг с другом параллельно и подключены к источнику питания переменного тока.

Поскольку электромагнитный ультразвуковой преобразователь имеет свои собственные уникальные преимущества, например значительную мощность, развиваемую этим относительно простым устройством, матрицу электромагнитных ультразвуковых преобразователей по настоящему изобретению, как один электромагнитный ультразвуковой излучатель, сформированный из множества малых электромагнитных ультразвуковых преобразователей микронного размера, причем полный электромагнитный ультразвуковой преобразователь не собирается непосредственно из традиционных компонентов большого размера. Частота полного электромагнитного ультразвукового преобразователя в основном определяется частотой каждого отдельного элемента преобразователя. Следовательно, это усовершенствование конструкции может значительно повысить рабочую частоту электромагнитного ультразвукового преобразователя.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фигура 1 - структурная схема электромагнитного ультразвукового преобразователя примера 1 осуществления настоящего изобретения.

Фигура 2 - структурная схема электромагнитного ультразвукового преобразователя примера 2 осуществления настоящего изобретения.

Фигура 3 - вид сверху фигуры 2.

Фигура 4 - структурная схема электромагнитного ультразвукового преобразователя примера 3 осуществления настоящего изобретения.

Фигура 5 - вид сверху фигуры 4.

Фигура 6 - структурная схема электромагнитного ультразвукового преобразователя примера 4 осуществления настоящего изобретения.

Фигура 7 - вид сверху фигуры 6 и фигуры 8.

Фигура 8 - структурная схема электромагнитного ультразвукового преобразователя примера 5 осуществления настоящего изобретения.

Фигура 9 - структурная схема комплекта электромагнитных ультразвуковых преобразователей примера 6 осуществления настоящего изобретения.

Фигура 10 - вид сверху фигуры 9, фигуры 11 и фигуры 12.

Фигура 11 - структурная схема матрицы электромагнитных ультразвуковых преобразователей примера 7 осуществления настоящего изобретения.

Фигура 12 - структурная схема матрицы электромагнитных ультразвуковых преобразователей примера 8 осуществления настоящего изобретения.

Фигура 13 - структурная схема матрицы электромагнитных ультразвуковых преобразователей примера 9 осуществления настоящего изобретения.

Фигура 14 - вид сверху фигуры 13.

На которых: 1 - мягкий магнит, 2 - катушка, 3 - источник питания переменного тока, 4 - источник питания постоянного тока, 5 - эластичный крепежный материал, 6 - упругая пластина, 7 - магнитопроводящая мембрана, 8 - опора, 9 - постоянный магнит, 10 - воздушный колодец, 11 - гребенчатый постоянный магнит, 12 - фиксатор для гребенчатого постоянного магнита, 13 - гребенчатый мягкий магнит, 14 - фотолитографическая катушка, 15 - фиксатор для мягкого гребенчатого магнита.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ПРИМЕРОВ

Настоящее изобретение будет далее описано более подробно на предпочтительных примерах со ссылками на сопроводительные чертежи.

Описываемые ниже примеры осуществления не ограничивают объем настоящего изобретения.

Пример осуществления 1

Как показано на фигуре 1, электромагнитный ультразвуковой преобразователь содержит упругую пластину 6, намагничивающее устройство на упругой пластине 6 и генератор магнитного поля для возбуждения вибрации намагничивающего устройства. При этом намагничивающее устройство имеет размер порядка нескольких микрон и расположено на упругой пластине 6. Намагничивающее устройство содержит магнитопроводящую мембрану 7, например никелевую пластину толщиной от 0,1 до 100 микрон. В этом примере генератор магнитного поля включает опору 8 из мягкого магнита для поддержки упругой пластины 6, катушку 2 на этом мягком магните и источник питания переменного тока 3, соединенный с катушкой 2.

В этом примере осуществления изобретения упругая пластина 6 может иметь форму прямоугольника длиной порядка 10-300 микрон, шириной порядка 10-300 микрон и толщиной порядка 5-500 микрон. Поскольку упругая пластина 6 имеет высокую эластичность, хорошие технологические характеристики и высокую механическую прочность, она может быть изготовлена из металла или твердого материала, такого как пружинная сталь, стекло, керамика и т.д.

Чтобы обеспечить пространство для вибрации упругой пластины 6, опора 8 и упругая пластина 6 соединены эластичным крепежным материалом 5. Эластичный крепежный материал 5 может быть обычным мягким материалом, таким как силикагель. Мягкий магнит 1 является вогнутым магнитом. Два конца упругой пластины 6 закреплены на двух выступающих частях на обоих концах опоры 8 эластичным крепежным материалом 5. Таким образом, в углублении в середине опоры 8 формируется воздушный колодец 10. В этом примере осуществления изобретения длина воздушного колодца 10 составляет от 10 до 200 микрон, ширина от 10 до 200 микрон и толщина от 10 до 50 микрон.

Поскольку для лечения различных заболеваний необходимы различные параметры ультразвука (например, частота), могут быть выбраны и различные упругие пластины, чтобы получить различные частоты ультразвука, причем упругая пластина 6 может иметь любую форму, отвечающую требованиям по лечению различных болезней. Когда обрабатывают кожные покровы, пластина может быть плоской. При лечении твердых опухолей пластина может быть сферической, дугообразной и т.д.

Чтобы обеспечить высокую интенсивность ультразвуковых волн, созданных упругим элементом, предпочтительно, чтобы частота тока указанного источника питания переменного тока 3 была бы равна резонансной частоте воздушного колодца. Эта частота, по меньшей мере, должна быть выше 0,1 МГц, и наилучшая частота должна быть выше 0,5 МГц. В этом примере осуществления изобретения используется частота 5 МГц.

Чтобы создать максимальную силу Лоренца, направление намотки катушки 2 на опоре делает направление индуктивного потока, созданного в упругой магнитопроводящей мембране 7, вертикальным к направлению магнитного поля в мягком магните.

Когда используется этот электромагнитный ультразвуковой преобразователь, источник питания переменного тока 3 обеспечивает питание переменным током катушки 2. Поскольку витки катушки 2 выполнены вокруг опоры 8, сделанной из мягкого магнита, при проходе тока через катушку мягкий магнит намагничивается. Под действием переменного тока напряженность магнитного поля мягкого магнита изменяется в соответствии с источником питания переменного тока и также изменяется притяжение к магнитопроводящей мембране 7. Поскольку мягкий магнит неподвижен, а упругая пластина 6 подвижна, это притяжение заставляет упругую пластину 6 непрерывно вибрировать и генерировать ультразвуковые волны.

Пример осуществления 2

Как показано на фигурах 2 и 3, электромагнитный ультразвуковой преобразователь содержит упругую пластину 6, расположенную на опоре 8, намагничивающее устройство на упругой пластине 6 и генератор магнитного поля для возбуждения вибрации намагничивающего устройства.

При этом размер намагничивающего устройства равен нескольким микронам. Как показано на фигуре 3, намагничивающее устройство представляет собой катушку, литографированную по технологии микрообработки (например, фотолитографическим способом) на упругой пластине 6, т.е. фотолитографическая катушка 14, которая соединена с источником питания переменного тока 3. В этом примере осуществления изобретения, толщина фотолитографической катушки 14 составляет от 0,5 до 200 микрон.

Генератор магнитного поля содержит вогнутый мягкий магнит 1, катушку 2, намотанную на две выступающих части вогнутого мягкого магнита 1. Источник питания постоянного тока 4 соединен с катушкой 2. Имеется опора 8, изготовленная из ненамагничивающегося материала и установленная в углублении в середине вогнутого мягкого магнита 1.

Упругая пластина 6 имеет форму прямоугольника. В этом примере осуществления изобретения упругая пластина 6 также микронного размера длиной порядка от 10 до 300 микрон, шириной порядка от 10 до 300 микрон и толщиной от 5 до 500 микрон.

Опора 8 имеет вогнутую форму. Две выступающих части опоры 8 соединены с упругой пластиной 6 эластичным крепежным материалом 5.

После соединения опоры 8 с упругой пластиной 6 формируется воздушный колодец 10. В этом примере осуществления изобретения длина воздушного колодца составляет 10-200 микрон, ширина 10-200 микрон и толщина 10-50 микрон.

В этом примере осуществления изобретения, катушка 2 намотана вокруг двух выступающих частей вогнутого мягкого магнита 1. Мягкий магнит 1 с этой обмоткой может создавать магнитную силу в направлении, параллельном направлению магнитного поля, создаваемого мягким магнитом 1, которое перпендикулярно направлению магнитного поля, создаваемого в фотолитографической катушке 14. Направление действия этой магнитной силы возбуждает интенсивную вибрацию упругой пластины 6, и интенсивность созданных ультразвуковых волн также является максимальной. Поэтому, в этом примере осуществления изобретения предпочтительно, чтобы катушки 2 были бы обмотаны вокруг двух выступающих частей вогнутого мягкого магнита 1.

Другие элементы конструкции в этом примере осуществления изобретения - те же самые, что и в примере осуществления 1.

При использовании этого электромагнитного ультразвукового преобразователя источник постоянного тока 4 обеспечивает подачу постоянного тока в катушку 2. Поскольку катушка 2 намотана вокруг мягкого магнита 1, мягкий магнит 1 намагничивается. При этом источник питания переменного тока обеспечивает подачу переменного тока в фотолитографическую катушку 14. Поскольку фотолитографическая катушка 14 расположена на поверхности упругой пластины 6, упругая пластина 6 намагничивается. Таким образом, под действием переменного тока, фотолитографическая катушка 14 создает свое магнитное поле в магнитном поле катушки 2 (частота этого поля должна соответствовать частоте переменного тока, подведенного к фотолитографической катушке 14, и магнитная сила должна быть прямо пропорциональна току). Поскольку мягкий магнит 1 неподвижен, а упругая пластина 6 подвижна, под действием источника питания переменного тока упругая пластина 6 вибрирует и создает ультразвуковые волны.

Пример осуществления 3

Как показано на фигурах 4 и 5, электромагнитный ультразвуковой преобразователь этого примера осуществления отличается от преобразователя в примере осуществления 2, поскольку их генераторы магнитного поля различны. В этом примере осуществления изобретения используется вогнутый постоянный магнит 9 вместо вогнутого мягкого магнита 1, катушка 2 намотана на две выступающие части вогнутого мягкого магнита 1 и источник постоянного тока 4 соединен с катушкой 2, как в примере осуществления 2.

Другие конструктивные элементы и способы использования в этом примере осуществления изобретения - те же самые, что и в примере осуществления 2.

Пример осуществления 4

Как показано на фигурах 6 и 7, электромагнитный ультразвуковой преобразователь этого примера осуществления изобретения содержит упругую пластину 6, вогнутую опору 8 для поддержки упругой пластины и постоянный магнит 9, который находится под опорой 8 и соединен с ней жестким соединением. Опора 8 и упругая пластина 6 соединены эластичным крепежным материалом 5. На упругой пластине 6 установлена фотолитографическая катушка 14, и эта катушка соединена с источником питания переменного тока 3. Опора 8 является вогнутой. После соединения опоры 8 с упругой пластиной 6 формируется воздушный колодец 10.

При использовании этого электромагнитного ультразвукового преобразователя источник питания переменного тока обеспечивает подачу переменного тока в фотолитографическую катушку 14. Поскольку фотолитографическая катушка 14 расположена на поверхности упругой пластины 6, эта упругая пластина 6 намагничивается. Таким образом, под действием источника питания переменного тока фотолитографическая катушка 14 создает магнитную силу в магнитном поле постоянного магнита 9 (частота этой силы должна соответствовать частоте переменного тока, подаваемого в фотолитографическую катушку 14, и эта сила должна быть прямо пропорциональна току). Поскольку постоянный магнит 9 неподвижен, а упругая пластина 6 подвижна, упругая пластина 6 вибрирует и создает ультразвуковые волны под действием источника питания переменного тока.

В этом примере осуществления изобретения, чтобы обеспечить вибрацию упругой пластины 6 и создание ультразвуковых волн максимальной интенсивности, предпочтительный способ крепления магнитных полюсов постоянного магнита 9 показан на фигуре 7, т.е. направление установки постоянного магнита 9 является направлением магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом, которое перпендикулярно направлению тока в фотолитографической катушке 14 на упругой пластине 6.

Другие конструктивные элементы и способы использования в этом примере осуществления изобретения - те же самые, что и в примере осуществления 1.

Пример осуществления 5

Как показано на фигурах 7 и 8, электромагнитный ультразвуковой преобразователь этого примера осуществления отличается от преобразователя в примере осуществления 4, поскольку их генераторы магнитного поля различны. В этом примере осуществления изобретения, мягкий магнит 1, катушка 2, намотанная вокруг мягкого магнита 1, и источник постоянного тока 4, соединенный с катушкой 2, используется вместо постоянного магнита 9 в примере осуществления 4.

Когда используется этот электромагнитный ультразвуковой преобразователь, источник постоянного тока 4 обеспечивает подачу постоянного тока в катушку 2. Поскольку катушка 2 намотана вокруг мягкого магнита 1, мягкий магнит 1 намагничивается. Под действием источника питания переменного тока, подаваемого в фотолитографическую катушку 14, фотолитографическая катушка 14 создает магнитную силу в магнитном поле катушки 2 (частота этой силы должна соответствовать частоте переменного тока, подаваемого в фотолитографическую катушку 14, и магнитная сила должна быть прямо пропорциональна току). Поскольку мягкий магнит 1 неподвижен, а упругая пластина 6 подвижна, под действием источника питания переменного тока упругая пластина 6 вибрирует и создает ультразвуковые волны.

В этом примере осуществления изобретения, чтобы обеспечить вибрацию упругой пластины 6 и создание ультразвуковых волн максимальной интенсивности, предпочтительный способ намотки катушки 2 вокруг мягкого магнита 1 показан на фигуре 8, т.е. магнитное поле, созданное катушкой 2, намотанной по спирали, вертикально к направлению тока фотолитографической катушки 14 на упругой пластине 6.

Другие конструктивные элементы и способы использования в этом примере осуществления изобретения - те же самые, что и в примере осуществления 4.

Примеры осуществления 1-5, в основном, описывают одиночный электромагнитный ультразвуковой преобразователь. Следующие примеры осуществления 6-9 описывают, в основном, множество электромагнитных ультразвуковых преобразователей, которые объединены в матрицу электромагнитных ультразвуковых излучателей. Матрица электромагнитных ультразвуковых преобразователей может использоваться для создания ультразвукового терапевтического аппликатора для лечения различного вида заболеваний, например может быть создан самофокусирующийся ультразвуковой терапевтический аппликатор, подходящий для обработки опухоли.

Пример осуществления 6

Как показано на фигурах 9 и 10, матрица электромагнитных ультразвуковых преобразователей по настоящему примеру осуществления изобретения содержит мягкий магнит 1, опору 8, закрепленную на мягком магните 1 с множеством вогнутых углублений и множеством упругих пластин 6. На каждой упругой пластине 6 имеется фотолитографическая катушка 14. Все фотолитографические катушки 14 соединены друг с другом параллельно и подключены к источнику питания переменного тока.

При этом упругая пластина 6 и фотолитографическая катушка 14 имеют размеры порядка нескольких микрон. В этом примере осуществления изобретения упругая пластина 6 имеет форму прямоугольника длиной порядка от 10 до 300 микрон, шириной порядка от 10 до 300 микрон и толщиной от 5 до 500 микрон. Диаметр фотолитографической катушки 14 составляет от 0,5 до 100 микрон, и ее толщина составляет от 0,5 до 200 микрон.

Все упругие пластины 6 закреплены соответственно во множестве вогнутых углублений опоры 8 эластичным крепежным материалом, и затем сформируется воздушный колодец 10. В этом примере осуществления изобретения длина воздушного колодца составляет от 10 до 200 микрон, ширина от 10 до 200 микрон и толщина от 10 до 50 микрон.

Катушка 2 намотана вокруг мягкого магнита 1 и соединена с источником постоянного тока 4.

При этом упругие пластины 6 могут иметь любую форму и могут быть установлены на опоре 8 любым известным способом.

При использовании такой матрицы электромагнитных ультразвуковых преобразователей источник постоянного тока 4 обеспечивает подачу постоянного тока в катушку 2. Поскольку катушка 2 намотана вокруг мягкого магнита 1, мягкий магнит 1 намагничивается. Под действием переменного тока, подаваемого в фотолитографическую катушку 14, фотолитографическая катушка 14 создает магнитную силу в магнитном поле катушки 2 (частота этой силы должна соответствовать частоте переменного тока, подаваемого в фотолитографическую катушку 14, и магнитная сила должна быть прямо пропорциональна току). Поскольку мягкий магнит 1 неподвижен, а упругая пластина 6 подвижна, упругая пластина 6 вибрирует и под действием источника питания переменного тока создает ультразвуковые волны.

В этом примере осуществления изобретения, чтобы обеспечить вибрацию упругой пластины 6 и создание ультразвуковых волн максимальной интенсивности, предпочтительный способ намотки вокруг мягкого магнита 1 катушки 2 показан на фигуре 9, т.е. магнитное поле, созданное катушкой 2, намотанной по спирали, вертикально к направлению тока фотолитографической катушки 14 на упругой пластине 6.

Пример осуществления 7

Как показано на фигурах 10 и 11, матрица электромагнитных ультразвуковых преобразователей в настоящем примере осуществления изобретения содержит гребенчатый постоянный магнит 11, фиксатор гребенчатого постоянного магнита 12, опору 8, закрепленную на гребенчатом постоянном магните 11 с множеством вогнутых углублений и упругими пластинами 6. На каждой упругой пластине 6 установлена фотолитографическая катушка 14. Многочисленные фотолитографические катушки 14 соединены друг с другом параллельно и подключены к источнику питания переменного тока 3.

При этом упругая пластина 6 и фотолитографическая катушка 14 имеют размеры порядка нескольких микрон. В этом примере осуществления изобретения упругая пластина 6 имеет форму прямоугольника длиной порядка от 10 до 300 микрон, шириной порядка от 10 до 300 микрон и толщиной от 5 до 500 микрон. Диаметр фотолитографической катушки 14 составляет от 0,5 до 100 микрон, и ее толщина составляет от 0,5 до 200 микрон.

Все упругие пластины 6 фиксируются во множестве вогнутых углублений опоры 8 эластичным крепежным материалом 5 с последующим формированием воздушного колодца 10. В этом примере осуществления изобретения длина воздушного колодца составляет от 10 до 200 микрон, ширина от 10 до 200 микрон и толщина от 10 до 50 микрон.

При использовании этого электромагнитного ультразвукового преобразователя источник питания переменного тока обеспечивает подачу переменного тока в фотолитографическую катушку 14. Поскольку фотолитографическая катушка 14 расположена на поверхности упругой пластины 6, упругая пластина 6 намагничивается. Таким образом, под действием источника питания переменного тока, фотолитографическая катушка 14 создает магнитную силу в магнитном поле гребенчатого постоянного магнита 11 (частота этой силы должна соответствовать частоте переменного тока, подаваемого в фотолитографическую катушку 14, и магнитная сила должна быть прямо пропорциональна току). Поскольку гребенчатый постоянный магнит 11 неподвижен, а упругая пластина 6 подвижна, под действием источника питания переменного тока упругая пластина 6 вибрирует и создает ультразвуковые волны

В этом примере осуществления изобретения, чтобы обеспечить вибрацию упругой пластины 6 и создание ультразвуковых волн максимальной интенсивности, предпочтительный способ фиксации магнитных полюсов каждого элемента гребенчатого постоянного магнита 11 показан фигуре 11, т.е. направление установки постоянного магнита 11 является таким, что направление магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом, вертикально к направлению тока фотолитографической катушки 14 на упругой пластине 6.

Пример осуществления 8

Как показано на фигурах 10 и 12, матрица электромагнитных ультразвуковых преобразователей в настоящем примере осуществления изобретения содержит мягкий гребенчатый магнит 13, фиксатор мягкого гребенчатого магнита 15, опоры 8, закрепленные на мягком гребенчатом магните 13 с множеством вогнутых углублений и упругих пластин 6. На каждой упругой пластине 6 установлена фотолитографическая катушка 14. Фотолитографические катушки 14 соединены друг с другом параллельно и подключены к источнику питания переменного тока 3. В фиксаторе для мягкого гребенчатого магнита 15 имеются отверстия, в которые вставляются элементы мягкого гребенчатого магнита. Каждый элемент мягкого гребенчатого магнита обмотан катушкой 2, и каждая катушка 2 соединена с источником постоянного тока 4.

При этом упругая пластина 6 и фотолитографическая катушка 14 имеют размеры порядка нескольких микрон. В этом примере осуществления изобретения упругая пластина 6 имеет форму прямоугольника длиной от 10 до 300 микрон, шириной от 10 до 300 микрон и толщиной от 5 до 500 микрон. Диаметр фотолитографической катушки 14 составляет от 0,5 до 100 микрон, и ее толщина составляет от 0,5 до 200 микрон.

Множество упругих пластина 6 закреплены соответственно во множестве вогнутых углублений опоры 8 эластичным крепежным материалом 5 с последующим формированием воздушного колодца 10. В этом примере осуществления изобретения длина воздушного колодца составляет от 10 до 200 микрон, ширина от 10 до 200 микрон и толщина от 10 до 50 микрон.

При использовании этого электромагнитного ультразвукового преобразователя источник постоянного тока 4 обеспечивает подачу постоянного тока в катушку 2. Поскольку катушка 2 намотана вокруг каждого элемента мягкого гребенчатого магнита, этот элемент мягкого гребенчатого магнита намагничивается. Источник питания переменного тока обеспечивает подачу переменного тока в фотолитографическую катушку 14. Поскольку фотолитографическая катушка 14 закреплена на поверхности упругой пластины 6, упругая пластина 6 намагничивается. Таким образом, под действием источника питания переменного тока, фотолитографическая катушка 14 создает магнитную силу в магнитном поле катушки 2 (частота этой силы должна соответствовать частоте переменного тока, подаваемого в фотолитографическую катушку 14, и эта сила должна быть прямо пропорциональна току). Поскольку мягкий магнит 1 неподвижен, а упругая пластина 6 подвижна, под действием источника питания переменного тока упругая пластина 6 вибрирует и создает ультразвуковые волны.

Следует отметить, что когда в этом примере осуществления изобретения используется матрица электромагнитных ультразвуковых преобразователей, некоторые выбранные элементы мягкого гребенчатого магнита подключаются к источнику питания по необходимости, и, в то же время, не всегда все элементы мягкого гребенчатого магнита подключаются к источнику питания одновременно.

В этом примере осуществления изобретения, чтобы обеспечить вибрацию упругой пластины 6 и создание ультразвуковых волн максимальной интенсивности, предпочтительный способ намотки вокруг каждого элемента 13 катушки 2 мягкого гребенчатого магнита показан на фигуре 12, т.е. направление магнитного поля, создаваемого катушкой 2, намотанной по спирали, вертикально к направлению тока катушки по упругой пластине 6.

Пример осуществления 9

Как показано на фигурах 13 и 14, различие между этим примером осуществления и примером осуществления 7 заключается в том, что мягкий гребенчатый магнит 13, катушка 2, намотанная вокруг каждого элемента мягкого гребенчатого магнита, и источник питания переменного тока 3, соединенный с катушкой 2, в этом примере используются вместо постоянного гребенчатого магнита 11 в примере осуществления 7, и магнитопроводящая мембрана 7, расположенная на упругой пластине 6, используется в этом примере осуществления изобретения вместо фотолитографской катушки 14, а источник питания переменного тока соединен с ней как в примере осуществления 7.

Намагничивающее устройство на упругой пластине в этом примере осуществления изобретения выполнено как магнитопроводящая мембрана 7 толщиной от 1 до 300 микрон. Магнитопроводящая мембрана 7 неоднократно намагничивается в магнитном поле, создавая магнитную силу, и затем вибрацию, соответственно.

В этом примере осуществления изобретения, чтобы обеспечить вибрацию упругой пластины 6 и создание ультразвуковых волн с максимальной интенсивностью, предпочтительный способ намотки вокруг каждой элемента мягкого гребенчатого магнита 13 катушки 2 показан на фигуре 13, т.е. катушка 2, намотанная по спирали, создает максимальную напряженность магнитного поля, в котором находится магнитопроводящая мембрана 7. Следовательно, магнитопроводящая мембрана 7 возбуждается до максимальной величины вибрации.

Другие конструктивные элементы и способы использования в этом примере осуществления изобретения - те же самые, что и в примере осуществления 7.

Изобретение относится к области ультразвуковой терапии, в частности к преобразователю для ультразвуковой терапии. Предложен электромагнитный ультразвуковой преобразователь и матрица таких преобразователей. Электромагнитный ультразвуковой преобразователь включает опору (8), упругую пластину (6), расположенную на опоре (8), намагничивающее устройство (7) на упругой пластине (6) и генератор магнитного поля (1) для возбуждения вибрации намагничивающего устройства (7), в котором толщина намагничивающего устройства (7) составляет несколько микрон. Толщина упругой пластины (6) - также порядка нескольких микрон. Технический результат - получение высокочастотных акустических волн для использования устройства при ультразвуковой терапии. 5 н. и 45 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Электромагнитный ультразвуковой преобразователь, содержащий опору (8), упругую пластину, расположенную на опоре, намагничивающее устройство на упругой пластине и генератор магнитного поля для возбуждения вибрации намагничивающего устройства, толщина которого лежит в микронном диапазоне.

2. Преобразователь по п.1, в котором указанное намагничивающее устройство представляет собой упругую магнитопроводящую мембрану толщиной от 1 до 300 мкм.

3. Преобразователь по п.2, в котором указанная опора (8) включает мягкий магнит, а генератор магнитного поля включает опору (8), выполненную из мягкого магнита, катушку (2), намотанную на этом мягком магните, и источник питания переменного тока (3), соединенный с катушкой.

4. Преобразователь по п.3, в котором направление намотки катушки (2) на опоре (8) создает направление индуктивного тока, наведенного в магнитопроводящей мембране упругого магнита вертикальным к направлению магнитного поля в мягком магните.

5. Преобразователь по п.3, в котором форма указанной опоры (8) является вогнутой, и два конца упругой пластины закреплены на двух выступающих частях по обоим концам опоры эластичным крепежным материалом (5); в результате в углублении в середине опоры сформируется воздушный колодец (10).

6. Преобразователь по п.5, в котором частота тока указанного источника питания переменного тока, соединенного с катушкой (2), равна резонансной частоте воздушного колодца (10), и эта частота превышает величину 0,1 МГц.

7. Преобразователь по п.6, в котором длина указанного воздушного колодца (10) составляет от 10 до 200 мкм, ширина от 10 до 200 мкм и толщина от 10 до 50 мкм.

8. Преобразователь по п.1, в котором намагничивающее устройство представляет собой упругую катушку, диаметр которой составляет от 0,5 до 100 мкм и толщина составляет от 0,5 до 200 мкм.

9. Преобразователь по п.8, в котором указанная упругая катушка является фотолитографической катушкой (14), которая изготовлена, используя фотолитографию полупроводника и технологию химической коррозии.

10. Преобразователь по п.9, в котором опора (8) выполнена из ненамагничивающегося материала; генератор магнитного поля включает мягкий магнит с намотанными на него катушками (2), которые соединены с источником питания постоянного тока (4); причем форма мягкого магнита является вогнутой, и опора (8) закреплена в углублении в середине мягкого магнита, катушки (2) намотаны вокруг двух выступающих частей на концах мягкого магнита, а указанные фотолитографические катушки (14) соединены с источником питания переменного тока.

11. Преобразователь по п.9, в котором опора (8) выполнена из ненамагничивающегося материала; генератор магнитного поля может быть постоянным магнитом, имеющим вогнутую форму, и опора (8) закреплена в углублении в середине мягкого магнита, причем указанные фотолитографические катушки (14) соединены с источником питания переменного тока.

12. Преобразователь по п.9, в котором опора (8) выполнена из ненамагничивающегося материала; генератор магнитного поля может быть постоянным магнитом; опора (8) размещена на постоянном магните и жестко соединена с ним, причем указанные фотолитографические катушки (14) соединены с источником питания переменного тока.

13. Электромагнитный ультразвуковой преобразователь по п.9, в котором опора (8) выполнена из ненамагничивающегося материала, генератор магнитного поля расположен под опорой (8), и включает мягкий магнит с намотанными на него катушками (2); которые соединены с источником питания постоянного тока (4), причем указанные фотолитографические катушки (14) соединены с источником питания переменного тока.

14. Преобразователь по п.13, в котором направление намотки катушек (2) на мягком магните создает направление потока в фотолитографических катушках (14) вертикальным к направлению магнитного поля в мягком магните.

15. Преобразователь по любому из пп.10-14, в котором частота магнитного поля, созданного фотолитографской катушкой 14, равна частоте переменного тока в фотолитографской катушке 14, магнитная сила прямо пропорциональна частоте переменного тока.

16. Преобразователь по любому из пп.10-14, в котором форма указанной опоры (8) является вогнутой, два конца упругой пластины закреплены на двух выступающих частях в обоих концах опоры (8) эластичным крепежным материалом, формированием воздушного колодца (10) в углублении в середине опоры.

17. Преобразователь по п.16, в котором частота тока указанного источника питания переменного тока, соединенного с катушкой (2), равна резонансной частоте воздушного колодца (10), и эта частота превышает величину 0,1 МГц.

18. Электромагнитный ультразвуковой преобразователь по п.17, в котором длина указанного воздушного колодца (10) составляет от 10 до 200 мкм, ширина от 10 до 200 мкм и толщина от 10 до 50 мкм.

19. Преобразователь по любому из пп.1-14, в котором толщина указанной упругой пластины составляет несколько микрометров.

20. Преобразователь по п.19, в котором, когда упругая пластина имеет форму прямоугольника, диапазон ее длины и ширины лежит в пределах от 10 до 1000 мкм и ее толщина составляет от 5 до 500 мкм; когда упругая пластина имеет круглую форму, ее диаметр составляет от 10 до 1000 мкм и ее толщина от 5 до 500 мкм.

21. Матрица электромагнитных ультразвуковых преобразователей, содержащая множество электромагнитных ультразвуковых преобразователей, как заявлено в пункте 13; причем все опоры этих преобразователей объединены, все их генераторы магнитного поля также объединены и соединены с источником питания постоянного тока (4), а все их фотолитографические катушки (14) соединены параллельно друг с другом и подключены к источнику питания переменного тока.

22. Матрица по п.21, в которой направление намотки катушки (2) вокруг мягкого магнита создает направление потока в фотолитографических катушках (14) вертикальным к направлению магнитного поля в мягком магните.

23. Матрица по п.21, в которой частота магнитного поля, созданного фотолитографической катушкой в генераторах магнитного поля, равна частоте переменного тока в фотолитографической катушке, и эта частота магнитного прямо пропорциональна частоте переменного тока.

24. Матрица по п.21, которая имеет множество вогнутых углублений на указанной опоре (8), а два конца упругой пластины в каждом преобразователе зафиксированным на обеих сторонах вогнутых углублений опоры эластичным крепежным материалом (5), после чего формируются воздушные колодцы (10).

25. Матрица по п.24, в которой частота тока указанного источника питания переменного тока, соединенного с катушкой (2), равна резонансной частоте воздушного колодца (10), и эта частота превышает величину 0,1 МГц.

26. Матрица по п.25, в которой длина указанного воздушного колодца (10) составляет от 10 до 200 мкм, ширина от 10 до 200 мкм и толщина от 10 до 50 мкм.

27. Матрица по п.21, в которой диаметр указанной фотолитографической катушки составляет от 0,5 до 100 мкм и толщина составляет от 0,5 до 200 мкм.

28. Матрица по п.21, в которой, когда упругая пластина имеет форму прямоугольника, диапазон ее длины и ширины находится в пределах от 10 до 1000 мкм и ее толщина в пределах от 5 до 500 мкм; когда упругая пластина имеет круглую форму, ее диаметр составляет от 10 до 1000 мкм и ее толщина от 5 до 500 мкм.

29. Матрица электромагнитных ультразвуковых преобразователей, содержащая множество электромагнитных ультразвуковых преобразователей, как заявлено в п.12, причем толщина упругой пластины в каждом ультразвуковом преобразователе составляет несколько микрометров; все опоры этих преобразователей объединены, а все их фотолитографические катушки (14) соединены друг с другом параллельно и подключены к источнику питания переменного тока.

30. Матрица по п.29, в которой частота магнитного поля, созданного фотолитографической катушкой в генераторах магнитного поля, равна частоте переменного тока в фотолитографической катушке, и эта частота магнитного прямо пропорциональна частоте переменного тока.

31. Матрица по п.29, которая имеет множество вогнутых углублений на указанной опоре (8), а два конца упругой пластины в каждом преобразователе зафиксированным на обеих сторонах вогнутых углублений опоры эластичным крепежным материалом (5), после чего формируются воздушные колодцы (10).

32. Матрица по п.31, в которой частота тока указанного источника питания переменного тока, соединенного с катушкой (2), равна резонансной частоте воздушного колодца (10), и эта частота превышает величину 0,1 МГц.

33. Матрица по п.32, в которой длина указанного воздушного колодца (10) составляет от 10 до 200 мкм, ширина от 10 до 200 мкм и толщина от 10 до 50 мкм.

34. Матрица по п.29, в которой диаметр указанной фотолитографической катушки составляет от 0,5 до 100 мкм и толщина составляет от 0,5 до 200 мкм.

35. Матрица по п.29, в которой, когда упругая пластина имеет форму прямоугольника, диапазон ее длины и ширины находится в пределах от 10 до 1000 мкм и ее толщина в пределах от 5 до 500 мкм; когда упругая пластина имеет круглую форму, ее диаметр составляет от 10 до 1000 мкм и ее толщина от 5 до 500 мкм.

36. Матрица электромагнитных ультразвуковых преобразователей, содержащая множество электромагнитных ультразвуковых преобразователей, согласно п.13, с упругой пластиной в каждом ультразвуковом преобразователе, причем все опоры преобразователей объединены, мягкие магниты с намотанными на них катушками (2) жестко закреплены под каждой упругой пластиной, причем все их фотолитографические катушки (14) соединены друг с другом параллельно и подключены к источнику питания переменного тока.

37. Матрица по п.36, в которой направление намотки катушки (2) вокруг мягкого магнита создает направление потока в фотолитографических катушках (14) вертикальным к направлению магнитного поля в мягком магните.

38. Матрица по п.36, в которой частота магнитного поля, созданного фотолитографической катушкой в генераторах магнитного поля, равна частоте переменного тока в фотолитографической катушке, и эта частота магнитного прямо пропорциональна частоте переменного тока.

39. Матрица по п.36, которая имеет множество вогнутых углублений на указанной опоре (8), а два конца упругой пластины в каждом преобразователе зафиксированным на обеих сторонах вогнутых углублений опоры эластичным крепежным материалом (5), после чего формируются воздушные колодцы (10).

40. Матрица по п.39, в которой частота тока указанного источника питания переменного тока, соединенного с катушкой (2), равна резонансной частоте воздушного колодца (10), и эта частота превышает величину 0,1 МГц.

41. Матрица по п.40, в которой длина указанного воздушного колодца (10) составляет от 10 до 200 мкм, ширина от 10 до 200 мкм и толщина от 10 до 50 мкм.

42. Матрица по п.36, в которой диаметр указанной фотолитографической катушки составляет от 0,5 до 100 мкм и толщина составляет от 0,5 до 200 мкм.

43. Матрица по п.36, в которой, когда упругая пластина имеет форму прямоугольника, диапазон ее длины и ширины находится в пределах от 10 до 1000 мкм и ее толщина в пределах от 5 до 500 мкм; когда упругая пластина имеет круглую форму, ее диаметр составляет от 10 до 1000 мкм и ее толщина от 5 до 500 мкм.

44. Матрица электромагнитных ультразвуковых преобразователей, которая содержит множество электромагнитных ультразвуковых преобразователей, как заявлено в п.1, причем толщина упругой пластины в каждом ультразвуковом преобразователе составляет несколько микрометров; все опоры (8) этих преобразователей объединены, генераторы магнитного поля всех преобразователей включают мягкие магниты с намотанной на них катушкой (2); которая соединена с источником питания переменного тока (3), причем мягкие магниты с намотанными на них катушками (2) соответственно закреплены под каждой упругой пластиной, а указанное намагничивающее устройство включает упругую магнитопроводящую мембрану.

45. Матрица по п.44, в которой толщина магнитопроводящей мембраны упругого магнита изменяется от 1 до 300 мкм.

46. Матрица по п.44, которая имеет множество вогнутых углублений на указанной опоре (8), при этом два конца упругой пластины в каждом преобразователе, зафиксирована на обеих сторонах вогнутых углублений опоры эластичным крепежным материалом (5), после чего в вогнутых углублениях формируются воздушные колодцы (10).

47. Матрица по п.46, в которой частота тока указанного источника питания переменного тока (3), соединенного с катушкой (2), равна резонансной частоте воздушного колодца (10), и эта частота превышает величину 0,1 МГц.

48. Матрица по п.47, в которой длина указанного воздушного колодца (10) составляет от 10 до 200 мкм, ширина от 10 до 200 мкм и толщина от 10 до 50 мкм.

49. Матрица по п.44, в которой направление намотки катушек (2) на опоре создает направление индуктивного потока, созданного в магнитопроводящей мембране упругого магнита, вертикальным к направлению магнитного поля в мягком магните.

50. Матрица по пп.44-49, в которой, когда упругая пластина имеет форму прямоугольника, ее длина и ширина составляет от 10 до 1000 мкм и ее толщина от 5 до 500 мкм; когда упругая пластина имеет круглую форму, ее диаметр составляет от 10 до 1000 мкм, и ее толщина от 5 до 500 мкм.