Ультразвуковой преобразователь для физиотерапевтических аппаратов

Авторы патента:

H04R17 - Пьезоэлектрические преобразователи; электрострикционные преобразователи (пьезоэлектрические или электрострикционные элементы вообще H01L 41/00; конструктивные элементы пьезоэлектрических или электрострикционных двигателей, генераторов или позиционеров H02N 2/00)

Владельцы патента RU 2493673:

Алюшникова Елена Анатольевна (RU)
Ризаев Марат Гусманович (RU)
Бабушкина Елена Юрьевна (RU)

Использование: для ультразвуковых физиотерапевтических процедур, применяемых в медицине и косметологии. Сущность заключается в том, что ультразвуковой преобразователь для физиотерапевтических аппаратов содержит защитный слой пьезоэлемента, выполненный из износоустойчивой силикатной эмали. Технический результат: повышение износоустойчивости согласующего слоя ультразвукового сканирующего преобразователя при обеспечении допустимого акустического рассогласования ультразвукового преобразователя с тканью пациента, не требующего модернизации электронного блока терапевтического аппарата.

Область техники, к которой относится изобретение

Ультразвуковой преобразователь для физиотерапевтических аппаратов.

Изобретение может быть использовано для ультразвуковых физиотерапевтических аппаратов, применяемых в медицине и косметологии.

В существующих ультразвуковых преобразователях пьезоэлемент имеет с внешней стороны покрытие, выполняющее две функции:

1 - согласующего слоя, необходимого из-за значительной разницы акустических импедансов пьезокерамики и ткани пациента,

2 - защитного слоя, предохраняющего серебряный электрод пьезоэлемента от быстрого истирания.

Поскольку износоустойчивость покрытия внешней стороны пьезоэлемента из-за требований акустического согласования выполняется из материалов с невысокой износоустойчивостью, возникает задача повышения износоустойчивости этого покрытия для увеличения срока службы ультразвукового преобразователя в целом.

Известные меры повышения износоустойчивости покрытия, например, в три раза, приведенные в патенте «RU 2436257 С1», МПК H04R, не являются радикальными, поскольку из-за более медленного истирания слоя через некоторое время обязательно происходит уменьшение толщины покрытия, что нарушает акустическое согласование преобразователя с тканью пациента, в результате чего покрытие фактически начинает выполнять только защитную функцию для серебряного электрода.

Если поставить на первое место защитную функцию покрытия, нанося на внешнюю сторону пьезоэлемента покрытие из материала, например, силикатной эмали с весьма высокой износоустойчивостью, пожертвовав качеством акустического согласования, то срок службы ультразвукового преобразователя повышается в несколько десятков раз.

Уровень техники

Существует большое разнообразие конструкций ультразвуковых преобразователей. Общим для всех их является:

- корпус преобразователя,

- пьезоэлемент,

- разъем для кабеля, соединяющего преобразователь с электронным блоком прибора или кабель в случае, когда соединение кабеля с пьезоэлементом непосредственно или через согласующее электрическое устройство предусмотрено внутри ультразвукового преобразователя,

- находящаяся внутри корпуса конструкция, состоящая из движущихся или неподвижных механических и электрических деталей,

- находящееся на внешней стороне пьезоэлемента покрытие, выполняющее функции четвертьволнового согласующего слоя, необходимого из-за значительной разницы величин акустического импеданса пьезокерамики и ткани пациента.

Но из-за истирания толщина согласующего слоя уменьшается, ухудшая степень акустического согласования, и тогда у покрытия реально остается только одна функция защиты серебряного электрода пьезоэлемента от истирания.

Ультразвуковой преобразователь представляет собой достаточно сложную систему для его расчета и конструирования, поскольку требует не только согласование с электрической стороны (выходной импеданс генератора, волновое сопротивление соединительного кабеля и электрический импеданс пьезоэлемента), но и с акустической стороны (акустический импеданс пьезоэлемента и акустических импеданс ткани пациента).

Для согласования акустического импеданса пьезоэлемента со значительно более низким акустическим импедансом ткани пациента существуют различные материалы с необходимым акустическим импедансом, но они практически все имеют низкую износоустойчивость.

Техническая задача повышения в три раза износоустойчивости согласующего слоя ультразвукового сканирующего преобразователя для медицинских диагностических приборов решена при напылении согласующего слоя в "RU 2436257 С1", МПК H04R 17/00. Но трехкратное повышение износоустойчивости в физиотерапии является недостаточным.

Раскрытие изобретения

Необходимо более значительное повышение износоустойчивости, даже за счет ухудшения акустического согласования преобразователя с тканью пациента. Поскольку в физиотерапевтическом аппарате генератор электрического тока может иметь достаточную мощность, а учесть потери из-за ухудшения акустического согласования можно с помощью измерения излучаемой акустической мощности с помощью прибора ИМУ-3, то защитный слой может быть нанесен из значительно более износоустойчивого материала, удовлетворяющего всем санитарно-гигиеническим и медицинским требованиям. Износоустойчивость такой материала, испытанного по ГОСТ 20811-75, может оказаться в десятки и более раз выше износоустойчивости существующих покрытий ультразвуковых преобразователей аппаратов физиотерапии.

Осуществление изобретения

Был проведен поиск нового покрытия, износоустойчивость которого была бы во много раз выше износоустойчивости давно применяемых покрытий. Итогом поиска стало покрытие из силикатной эмали по ГОСТ Р 51755-2001. Эта эмаль удовлетворяет всем современным санитарно-гигиеническим и медицинским требованиям. Поэтому следующим этапом стало выяснение влияния толщины слоя эмали на акустическое согласование пьезоэлемента с тканью пациента.

Для выяснения влияния толщины эмалевого покрытия на акустическое согласование была применена методика, позволяющая интегрально оценить качество согласований всего электрического и акустического тракта путем измерения напряжения, подаваемого на пьезоэлемент ультразвукового преобразователя, при заданной излучаемой акустической мощности. Излучаемая мощность была измерена с помощью измерителя акустической мощности ИМУ-3, в котором в качестве акустической нагрузки используется вода, являющаяся о эквивалентом биологической ткани по акустическому импедансу. Для испытаний были применены ультразвуковые излучатели типа ИУТ 0,88-4,04Ф, серийно выпускаемые по Техническим условиям ТУ 9444-015-11487910-2002 «Излучатели ультразвуковых терапевтических аппаратов». Испытаны 5 излучателей с традиционным внешним покрытием пьезоэлемента и 5 ультразвуковых излучателей с покрытием из силикатной эмали по ГОСТ Р 51755-2001 при различной толщине покрытия. В следующей таблице приведены величины электрического напряжения на пьезоэлементе ультразвукового преобразователя для достижения излучаемой акустической мощности 5 Вт:

преобразователь	тип покрытия	толщина покрытия	напряжение
1. (№33)	традиционное	-	20,0 В
2. (№26)	традиционное	-	24,0 В
3. (№27)	традиционное	-	30,0 В
4. (№78)	традиционное	-	24,0 В
5. (№108)	традиционное	-	26,0 В
6. (№88)	эмаль	0,09 мм	24,0 В
7. (№107)	эмаль	0,09 мм	28,0 В
8. (74)	эмаль	0,10 мм	25,0 В
9. (85)	эмаль	0,11 мм	30,0 В
10.(83)	эмаль	0,12 мм	30,0 В
В скобках приведены заводские номера преобразователей

По технических условиям на преобразователи типа ПУТ 0,88-4,04 Ф с площадью излучающей поверхности 4,04 кв. см необходимо подавать напряжение на пьезоэлемент не более 35 В. Из таблицы видно, что на преобразователи с традиционным покрытием может быть подано более низкое напряжение, чем на преобразователи с эмалевым покрытием, что говорит о некотором ухудшении акустического согласования при эмалевом покрытии. Однако все преобразователи удовлетворяют требованию Технических Условий по подаваемому напряжению, которое должно быть не более 35 В.

Это значит, что при новом покрытии из износоустойчивой эмали по ГОСТ 20811-75 обеспечивается допустимое акустическое рассогласование ультразвукового преобразователя с тканью пациента, которое не требует модернизации электронного блока терапевтического аппарата.

Заявленное решение заключается в следующем.

Ультразвуковой преобразователь для физиотерапевтических аппаратов, отличающийся тем, что защитный слой пьезоэлемента выполнен из износоустойчивой и удовлетворяющей всем санитарно-гигиеническим и медицинским требованиям силикатной эмали.

Использование: для акустико-эмиссионной (АЭ) диагностики состояния объектов контроля. Сущность: заключается в том, что селективный акустико-эмиссионный пьезопреобразователь упругих волн с круговой диаграммой направленности на плоской или развертке криволинейной листовой конструкции включает круговой пьезоэлемент, поверхности которого образованы вращением плоской фигуры в виде выпуклого многоугольника с числом сторон не менее четырех вокруг оси, перпендикулярной основанию пьезоэлемента, с нанесенным на нем рабочим электродом, при этом в его состав введен акустический блок, включающий упомянутый круговой пьезоэлемент, выполненный в виде конечного цилиндра или усеченного конуса, с углом наклона боковой поверхности к основанию не более 90°, и призму-протектор, вставленную в круговой пьезоэлемент и сопрягающуюся по форме с его внутренней рабочей поверхностью, материал которой имеет скорость продольных волн меньше скорости распространения селектируемой моды нормальных волн, причем рабочий электрод нанесен на внутреннюю поверхность кругового пьезоэлемента.

Электроакустический изгибный преобразователь и способ его изготовления // 2491761

Изобретение относится к геофизике и гидроакустике и может быть использовано в конструкциях подводных приемников и излучателей звука. .

Антенный модуль прецизионного доплеровского лага для глубоководного подводного аппарата // 2477011

Изобретение относится к области подводной техники и может быть использовано при проектировании и разработке доплеровских измерителей абсолютной скорости движения подводных объектов относительно дна.

Ультразвуковой пьезокерамический преобразователь // 2452586

Изобретение относится к ультразвуковой технике, а именно к пьезокерамическим преобразователям, и может быть использовано как при разработке новых акустических систем, так и в существующем оборудовании на базе пьезокерамических преобразователей.

Пьезоэлектрический преобразователь // 2445748

Устройство для проверки гипотезы силовой отдачи на источник звукового волнового поля // 2439840

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано либо в качестве управляемого по направлению датчика движения, либо в качестве доказательства возникновения силы отдачи, приложенной к источнику звукового волнового поля, со стороны расположенного на траектории распространения этого волнового поля материального объекта.

Ультразвуковой сканирующий преобразователь для медицинских диагностических приборов // 2436257

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в ультразвуковых диагностических приборах. .

Широкополосный матричный преобразователь с полиэтиленовым третьим согласующим слоем // 2418384

Способ изготовления плоских пьезокерамических изделий и устройство для его осуществления // 2413337

Изобретение относится к способам и устройствам изготовления плоских пьезокерамических изделий изготовления плоских пьезокерамических изделий. .

Комбинированный акустический приемник // 2403684

Изобретение относится к области акустики, а именно к конструированию пьезоэлектрических приемников для различных областей. .

Акустический датчик // 2498525

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к акустическим датчикам. Акустический датчик содержит пьезоэлектрическую подложку, общий электрод, расположенный на одной стороне пьезоэлектрической подложки, набор первых электродных структур, расположенных на противоположной стороне пьезоэлектрической подложки относительно общего электрода, причем каждая первая электродная структура расположена радиально относительно условной центральной точки и содержит набор электродных элементов, расположенных по окружностям. При этом указанные первые электродные структуры расположены с возможностью выбора одной или более групп электродных элементов из заданной первой электродной структуры, с тем чтобы настроить указанную первую электродную структуру на заранее определенный частотный диапазон, а каждая указанная первая электродная структура размещена в заранее определенном радиальном направлении относительно указанной условной центральной точки, так чтобы настроить каждую указанную первую электродную структуру на сигналы, имеющие соответствующую направленность. Дополнительно датчик снабжен второй и третьей электродными структурами и может работать в диапазоне частот от 10 кГц до 20 МГц с использованием направленных волн Лэмба. Технический результат изобретения - повышение точности определения места повреждений. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

Ультразвуковой датчик // 2501181

Использование: для измерения расстояния, оставшееся до препятствия, при парковке автомобиля. Сущность: заключается в том, что ультразвуковой датчик (100) имеет корпус (101) с круговой боковой стенкой (102) и дном (104), па котором размещен преобразовательный элемент (106) для формирования ультразвуковых колебаний, при этом боковая стенка (101) имеет нижний участок (108), на котором боковая стенка (102) в параллельной дну (104) плоскости имеет в основном вращательно-асимметричный профиль, и верхний участок (114), на котором боковая стенка (102) в направлении ее верхнего края (116) переходит в по существу вращательно-симметричный профиль. Технический результат: обеспечение возможности уменьшения возбуждения побочных мод при работе ультразвуковых датчиков в режиме передачи для улучшения их способности выполнять измерения в ближней зоне. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

Извещатель проблесковый велосипедный // 2504497

Изобретение относится к информационным системам и преобразователям механических воздействий в оптические сигналы. Извещатель проблесковый велосипедный содержит преобразователь механической энергии в электрическую и преобразователь электрической энергии в оптическую, соединенные между собой. В качестве преобразователя механической энергии в электрическую энергию использован пьезоэлектрический элемент с демпфирующими прокладками, установленный в корпусе. На корпусе одним концом защемлен эластичный элемент (молотовище) с бойком на свободном конце, установленным соосно с пьезоэлектрическим элементом. На ободе колеса велосипеда установлен толкатель (зацеп), периодически обеспечивающий, при вращении колеса, механический контакт со свободным концом эластичного элемента. Достигается повышение коэффициента полезного действия, расширение функциональных возможностей и повышение долговечности и надежности в работе. 1 ил.

Ультразвуковой преобразователь поверхностных волн и способ его изготовления // 2520950

Использование: для ультразвуковой дефектоскопии объектов. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой преобразователь поверхностных волн содержит пьезоэлементы, имеющие возможность соединения с ультразвуковым дефектоскопом, акустический изолятор, корпус, при этом пьезоэлементы преобразователя, поляризованные по толщине, установлены на одну из граней перпендикулярно рабочей поверхности, расположены на расстоянии друг от друга, большем пространственной длительности зондирующего импульса (L>τc), акустически изолированы друг от друга и электрически соединены совместно или раздельно с тактовым, или синхронным включением. Технический результат: обеспечение возможности создания преобразователя поверхностных волн, обеспечивающего контроль изделий из металлов и неметаллов, обладающего повышенной производительностью и точностью определения координат и местоположения дефектов, а также высокой разрешающей способностью, имеющего высокую чувствительность контроля, возможность адаптации при контроле изделий сложного профиля и ограниченного доступа, обеспечивающего выявление разноориентированных дефектов. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Микрофон // 2527143

Изобретение относится к области акустики и, в частности, к микрофонам. Микрофон содержит полый корпус, защитную решетку звукоснимателя, диафрагму, звуковую катушку, магнитный элемент, включатель звукоснимателя, выходной разъем. При этом в корпусе со стороны защитной решетки по окружности выполнен канал с расположенными в нем светодиодами, соединенными проводниками с блоком питания и источником постоянного электрического тока, установленными в полости корпуса. Канал имеет ∩-образное/П-образное поперечное сечение стенки и светоотражающую поверхность. С внешней стороны канала установлен светофильтр, имеющий винтовое соединение с корпусом. В корпусе выполнена ниша с крышкой для размещения в ней источника постоянного электрического тока. На корпусе размещен включатель светодиодов. Защитная решетка микрофона снабжена охватывающим ее резиновым кольцом, имеющем грани. Светофильтр снабжен светоотражающим козырьком. Технический результат - расширение функциональных возможностей микрофона за счет обеспечения светодиодной подсветки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Пьезоэлектрический преобразователь // 2529824

Изобретение относится к области акустической метрологии и, в частности, к пьезоэлектрическим преобразователям. Пьезоэлектрический преобразователь состоит из двух одинаковых поперечно поляризованных пьезоэлектрических пластин, направления линейных поляризаций которых взаимно ортогональны. Толщины пластин одинаковы и равны четверти длины волны на рабочей частоте. Поверхности обеих пластин содержат электроды, подсоединенные к источнику напряжения. Электроды могут быть соединены с источником электрического сигнала так, что наружные электроды соединены с одним выходом источника, а внутренние электроды - с другим, или так, что наружный электрод одной пластины и внутренний электрод другой пластины подсоединены к одному выходу источника, а два оставшихся электрода - к другому выходу. Технический результат - создание пьезоэлектрического преобразователя, излучающего волны с круговой поляризацией. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Ультразвуковой томограф // 2530659

Изобретение относится к области медицинской диагностики и направлено на создание ультразвукового нелинейного томографа, содержащего малое количество приемных и излучающих преобразователей, преимущественно для маммографии, дефектоскопии и неразрушающего контроля различных объектов. Ультразвуковой томограф включает приемно-излучающее устройство с приемоизлучающими пьезопреобразователями, к входу которого подключен канал формирования излучаемых сигналов, а к выходу - канал анализа принятых сигналов. Приемно-излучающее устройство содержит, по меньшей мере, два излучающих цилиндрических пьезопреобразователя с широкой полосой излучаемых кодированных сигналов и, по меньшей мере, один приемный цилиндрической пьезопреобразователь с широкой полосой принимаемого сигнала, продольная ось которых расположена вертикально, и систему акустических зеркал, включающую вертикально расположенные друг над другом нижнее малое акустическое зеркало и верхнее большое акустическое зеркало, которые выполнены в виде соосных усеченных конусов с одинаковыми углом конусности и высотой и различным средним радиусом. Излучающие и приемный пьезопреобразователи установлены на уровне нижнего малого акустического зеркала, а их высота составляет 0,8÷0,9 от высоты каждого из акустических зеркал. Использование изобретения позволяет повысить разрешающую способность восстановления изображения внутренних структур мягких тканей при уменьшении количества преобразователей. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Резонансная гидроакустическая антенна // 2531552

Изобретение относится к области конструирования гидроакустической аппаратуры, в частности гидроакустических антенн, герметизированных полимерами. Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности антенны в режимах излучения и приема. Антенна содержит стержневые электроакустические преобразователи 1, основание 2, на котором укреплены преобразователи 1, отражающие боковые акустические экраны 3. Зазоры между преобразователями 1 и между преобразователями 1 и боковыми акустическими экранами 3 заполнены эластичным полимером 4, а для герметизации антенны использован жесткий полимер 5. 2 ил.

Ультразвуковой раздельно-совмещенный широкозахватный преобразователь // 2532587

Использование: для неразрушающего контроля изделий. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой раздельно-совмещенный широкозахватный преобразователь содержит призмы-волноводы, установленную на первой призме излучающую пьезопластину и размещенные на второй призме в ряд в одной плоскости приемные пьезопластины, состыкованные друг с другом, а между излучающей и приемными пьезопластинами размещен электроакустический экран, при этом преобразователь оснащен вторым электроакустическим экраном и третьей призмой - волноводом, на которой размещены дополнительные приемные пьезопластины, причем третья призма расположена с противоположной стороны относительно первой призмы симметрично второй призме, приемные пьезопластины призм смещены относительно друг друга на половину их длины так, что стыки пьезопластин второй призмы располагаются напротив центра пластин, установленных на третьей призме, а второй электроакустический экран размещен между первой и третьей призмами. Технический результат: повышение производительности и качества контроля за счет уменьшения неравномерности амплитудной характеристики по ширине преобразователя. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Гидроакустический волноводный направленный преобразователь // 2536782

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к конструированию волноводного направленного преобразователя, способного работать в полосе частот для гидроакустических средств различного назначения, в том числе и буксируемых, в качестве антенн систем: гидролокации, связи, навигации, профилирования, акустической томографии, подсветки подводной обстановки и т.д. Сущность изобретения: гидроакустический волноводный направленный преобразователь содержит изолированный от внешней среды газозаполненный прочный корпус, в котором размещен активный элемент в виде армированного стержневого пьезопакета, жестко состыкованный с упругим цилиндрическим волноводом через крепежно-герметизирующую накладку в форме стакана, которая обеспечивает гибкое соединение с прочным корпусом. Волновод преобразователя выполнен из композитного материала, например, из эбонита и латуни, и представляет собой периодическую мелкослоистую структуру, состоящую из одинаковых, чередующихся звеньев равной толщины; при этом ориентация звеньев волновода, выполненных из композитного материала, перпендикулярна оси волновода, а волновод армирован тонкими упругими стержнями, изготовленными, например, из титана. Технический результат: улучшение технических характеристик гидроакустического преобразователя, а именно достижение более узких диаграмм направленности, высокой чувствительности, мощности излучения, повышение прочности конструкции преобразователя и ее надежности наряду с меньшими массогабаритными характеристиками волновода. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.