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【物流設(shè)備網(wǎng) 新品動態(tài)】超聲波傳感器是將超聲波信號轉(zhuǎn)換成其他能量信號(通常是電信號)的傳感器。超聲波是振動頻率高于20kHz的機(jī)械波。它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。超聲波傳感器廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面。
自20世紀(jì)50年代醫(yī)學(xué)超聲成像發(fā)展以來，超聲波檢測的核心技術(shù)主要集中在利用壓電探測器，將超聲波產(chǎn)生的壓力轉(zhuǎn)換為電壓。超聲成像的分辨率取決于所使用的壓電探測器的大小。減小該尺寸可以得到更高的分辨率，并可以提供更小的、密集排列的一維或二維超聲陣列，從而提高區(qū)分成像組織或材料特征的能力。然而，進(jìn)一步減小壓電探測器的尺寸會*地影響其靈敏度，使其無法用于實際應(yīng)用。
近日，德國慕尼黑亥姆霍茲中心和慕尼黑工業(yè)大學(xué)的研究人員研制出了世界上較小的超聲波探測器，它是基于硅芯片上的微型光子電路。這種新探測器的尺寸比一般人的頭發(fā)還小100倍，有了它，比以前小得多的許多特征都能可視化，從而實現(xiàn)所謂的超分辨率成像。
利用計算機(jī)芯片技術(shù)制造光學(xué)超聲波探測器
硅光子學(xué)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于將光學(xué)元件小型化并將其密集地封裝在硅芯片的小表面上。雖然硅不表現(xiàn)出任何壓電效應(yīng)，但它將光限制在小于光學(xué)波長的尺寸上的能力已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于小型光子電路的開發(fā)。
慕尼黑亥姆霍茲中心和慕尼黑工業(yè)大學(xué)的研究人員利用這些小型化光子電路的優(yōu)勢，建造了世界上小的超聲波探測器：硅波導(dǎo)-標(biāo)準(zhǔn)隆探測器，簡稱SWED。SWED不是記錄壓電晶體的電壓，而是監(jiān)測光強通過小型化光子電路傳播的變化。
超分辨率成像
“由于采用了硅光子學(xué)技術(shù)，我們能夠在保持高靈敏度的同時將新探測器小型化的程度是驚人的。”研究小組的負(fù)責(zé)人Vasilis Ntziachristos教授說。SWED的大小約為0.5微米(=0,0005毫米)。這個尺寸所對應(yīng)的面積至少比在臨床成像應(yīng)用中使用的小的壓電探測器小10,000倍。SWED的波長也比超聲波波長小200倍，這意味著它可以用來觀察小于1微米的特征，這就是所謂的超分辨率成像。
便宜的和強大的
由于該技術(shù)利用了硅平臺的堅固性和易制造性，可以以壓電式檢測器成本的一小部分生產(chǎn)大量檢測器，使大規(guī)模生產(chǎn)成為可能。這對于開發(fā)基于超聲波的不同檢測應(yīng)用是重要的。Shnaiderman補充道:“我們將繼續(xù)優(yōu)化這項技術(shù)的每一個參數(shù)——靈敏度，大陣列SWED的集成，以及在手持設(shè)備和內(nèi)窺鏡中的實現(xiàn)。”
未來發(fā)展及應(yīng)用
“該探測器初開發(fā)是為了推進(jìn)光聲成像的性能，這是我們在慕尼黑亥姆霍茲中心中心和慕尼黑工業(yè)大學(xué)的主要研究方向。然而，我們現(xiàn)在可以預(yù)見在更廣泛的傳感和成像領(lǐng)域的應(yīng)用。”Ntziachristos說。
雖然研究人員的主要目標(biāo)是應(yīng)用于臨床診斷和基礎(chǔ)生物醫(yī)學(xué)研究，但工業(yè)應(yīng)用也可能受益于這項新技術(shù)。提高的成像分辨率可以研究組織和材料的超細(xì)細(xì)節(jié)。研究的*步涉及細(xì)胞的超分辨率光聲成像和組織中的微血管，但SWED也可以用于研究超聲波的基本特性及其與物質(zhì)之間的相互作用，這在以前是不可能的。
原標(biāo)題：德國科學(xué)家研制出較小超聲波傳感器
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