超声波感测装置及其感测方法与流程

本发明涉及一种超声波感测方法及使用该方法的超声波感测装置，特别是涉及一种用于生体检测的超声波感测方法及使用该方法的超声波感测装置。

背景技术：

现有技术的心率传感装置按照原理可以分为光学式感测装置和超声波式感测装置。现有的超声波式感测装置通常包括超声波发送单元、超声波接收单元及用于侦测生体特征（如心跳、脉搏等）的薄膜晶体管阵列。现有技术中的超声波式感测装置均是通过检测物体与空气之间不同的反射波来获得被测生物体的生体数据，其重点还是在于物体表面的侦测，对于生物医疗的领域的感测来说，是远远不够的。为适应生物医疗领域中针对生物体内不同深度的感测的需求，需要能量更强的超声波信号和更长的接收时间，以得到最佳的生医感应效果。

技术实现要素：

有鉴于此，有必要提供一种感测效果较佳的超声波感测方法及超声波感测装置。

一种超声波感测方法，用于超声波感测装置，超声波感测装置包括一超声波发射单元、一超声波接收单元及一读取层，读取层包括若干输入线和若干输出线以及位于若干输入线和若干输出线相交位置的若干读取像素，其包括以下步骤：超声波发射单元依次发射超声波；

超声波接收单元接收超声波转换成电信号并发送给读取层；依次开启每一条输入线上的读取像素使其接收超声波接收单元发送的电信号；

每一条输入线开启后，依次读取若干条输出线上的读取像素的电信号，读取完每一输出线上的读取像素的电信号后，超声波发射单元发射一次超声波。

一种超声波感测装置，其包括超声波发射单元、超声波接收单元及读取层，所述超声波发射单元用于发射超声波，所述超声波接收单元用于接收超声波并转换成电信号发送给所述读取层，所述读取层包括至少一输入线和若干输出线以及位于至少一输入线和若干输出线相交位置的若干读取像素，依次开启每一条输入线上的读取像素使其接收超声波接收单元发送的电信号；每一条输入线开启后，依次读取若干条输出线上的读取像素的电信号，读取完每一输出线上的读取像素的电信号后，超声波发射单元发射一次超声波。

相较于现有技术，本发明的超声波感测装置通过调整各电极对之间的施加电压，使发送单元的各发射源分别发出超声波，这些超声波叠加从而加强超声波的能量。能量加强的超声波可以抵达被测物体的深处，获得更多的生体数据。本发明的超声波感测装置还通过在每一条输出线上的各读取像素被扫描完毕之后，发送单元发出新的超声波，并且延长每一条输出线上的各读取像素信号的读取时间至10μs以上，可以在发送单元发出超声波之后有更多的时间来接收信号，以达到检测生物体内不同深度生体特征的效果。

附图说明

图1是现有技术的超声波感测装置的立体分解示意图。

图2是图1所示超声波感测装置的读取单元的示意图。

图3是图1所示超声波感测装置的驱动波形图和接收波形图。

图4是本发明第一实施方式的超声波感测装置的驱动波形图和接收波形图。

图5是本发明第二实施方式的超声波感测装置的的立体分解示意图。

图6是图5所示超声波感测装置发射超声波的示意图。

图7是本发明另一实施方式所示超声波感测装置发射超声波的示意图。

图8是本发明又一实施方式所示超声波感测装置发射超声波的示意图。

图9是本发明第三实施方式的超声波感测装置的立体分解示意图。

图10是图9所示超声波感测装置发射超声波的示意图。

图11是图9所示超声波感测装置的读取单元的示意图。

图12是图9所示超声波感测装置的驱动波形图和接收波形图。

图13是本发明第四实施方式的超声波感测装置的立体分解示意图。

图14是本发明第五实施方式的超声波感测装置的立体分解示意图。

主要元件符号说明

超声波感测装置　　　100、200、300、400、500

超声波发射单元　　　110、210、310、410、510

超声波接收单元　　　120、220、320、420、520

读取层　　　　　　　130、230、330、430、530

第一柔性电路板　　　140、240、340、440、540

第二柔性电路板　　　150、250、350、450、550

第三柔性电路板　　　160、260、360、460、560

发射元件　　　　　　111、211、311、411、511

第一导电结构　　　　113、213、313、413、513

第二导电结构　　　　115、215、315、415、515

接收元件　　　　　　121、221、321、421、521

第三导电结构　　　　123、223、323、423、523

胶体层　　　　　　　170、270、370、470、570

第一感测电极　　　　1131、2131、3131、4131、5131

第一方向　　　　　　X

第二方向　　　　　　Y

第二感测电极　　　　1151、2251、3135、4135、5135

第三感测电极　　　　1231、2231、3231、4231、5231

发射源　　　　　　　2101、3101

第一压电单元　　　　3111、5111

第二压电单元　　　　3211、5211

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参阅图1，图1是现有技术中的的超声波感测装置100的立体分解示意图。该超声波感测装置100可以用于感测生体特征，如血流、脉搏和心跳等。该超声波感测装置100可以单独使用，也可以整合至电子装置如智能手表、智能手环及智能手机等中使用。超声波感测装置100包括超声波发射单元110、超声波接收单元120、读取层130、第一柔性电路板140、第二柔性电路板150及第三柔性电路板160。该超声波接收单元120设置于该超声波发射单元110上方，读取层130位于该超声波发射单元110与该超声波接收单元120之间，第一柔性电路板140位于读取层130与该超声波发射单元110之间。该第二柔性电路板150位于该超声波发射单元110远离该超声波接收单元120的一侧，该第三柔性电路板160设置于该超声波接收单元120远离该超声波发射单元110的一侧。第一柔性电路板140和超声波接收单元120分别通过胶体层170粘接在读取层130两侧。超声波发射单元110可以产生超声波，超声波穿过超声波接收单元120以及第三柔性电路板160向外部射出。若此时，该超声波感测装置100与待测物体（例如人体皮肤）贴合，这些超声波经待测反射后被超声波接收单元120接收，通过收集这些反射信号可以用来计算血流、心跳等生体特征。

具体地，该超声波发射单元110包括发射元件111、第一导电结构113及第二导电结构115，该发射元件111位于该第一导电结构113与该第二导电结构115之间。该第一导电结构113位于该第二柔性电路板150与该发射元件111之间，该第二导电结构115位于该发射元件111与该第一柔性电路板140之间。该第一导电结构113及该第二导电结构115用于产生压差使该发射元件111振动而发出超声波。

该超声波接收单元120包括接收元件121和第三导电结构123，该第三导电结构123位于该接收元件121与该第三柔性电路板160之间。接收元件121用于接收从被测生物体反射回来的超声波信号，该第三导电结构123用于将接收元件121接收到的超声波转换为电信号，该超声波感测装置100通过侦测该电信号获得被测生物体的生体特征（如血流、脉搏等）。

优选地，该发射元件111及该接收元件121均为压电材料，例如聚二氟亚乙烯（Polyvinylidene Fluoride,PVDF），钛酸钡(BaiO3)、钛酸铅(PbiO3)和锆钛酸铅(Pb(Zri)O3,PZT)、钽钪酸铅（PST）、石英、(Pb，Sm)iO3、PMN(Pb(MgNb)O3)-PT(PbiO3)和偏二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物（PVDF-TrFE）。该第一导电结构113、第二导电结构115、第三导电结构123的可以由导电率较好的金属材料制成，例如，银、铝、铜、镍、金等高导电率材料，还可以由如透明导电材料(如氧化铟锡、氧化铟锌)、银、碳纳米管或石墨烯等导电材料制成，但不限于以上材料。

该第二柔性电路板150、该第一导电结构113、该发射元件111、该第二导电结构115、该第一柔性电路板140、该读取层130、该接收元件121、该第三导电结构123及该第三柔性电路板160按照上述顺序自下而上层叠设置，该发射元件111和第一柔性电路板140分别通过胶体层170粘接读取层130两侧。第一柔性电路板140、第二柔性电路板150分别与第二导电结构115、第一导电结构113相连，且为第二导电结构115、第一导电结构113提供电压。第三柔性电路板160与第三导电结构123相连且为第三导电结构123传输数据。在本实施例中，第一柔性电路板140、第二柔性电路板150和第三柔性电路板160为三个独立的柔性电路板，在本发明的其他实施例中，第一柔性电路板140、第二柔性电路板150和第三柔性电路板160可以是同一个柔性电路板。

请参阅图2，该超声波感测装置100的读取层130用于获取超声波接收单元120传送的电信号并将该信号传送至读取电路（图未示），该读取电路根据获得的信号计算出皮肤内血管与血流状况等状况。读取层130可以由柔性材料制成，以适应不同的装置形状和检测表面。具体地、读取层130包括一读取单元132，请参阅图2，图2是现有技术中,读取单元132的结构示意图。该读取单元132包括多条沿第一方向X间隔设置的输入线131和多条沿第二方向Y间隔设置的输出线133，本实施方式中，第一方向X和第二方向Y相互垂直且定义多个位于相交处的读取像素135。可以理解，在其他实施例中，读取单元132包括至少一条输入线131和至少一条输出线133，且输入线131和输出线133可以是任意两条相交线，对其形状和角度不做限定。该读取单元132还包括一数据接收开关和一数据读取开关。各输入线131的一端连接在一数据接收开关上，各输出线133的一端连接在一数据读取开关上。数据接收开关接收控制器发出的控制信号，控制各条输入线131上读取像素135的开启或关闭，开启时可接收来自超声波接收单元120的电信号，数据读取开关可以选择性地读取任意一条输出线133上的读取像素的电信号。该数据接收开关可以是一画面组（GOP）电路，该数据读取开关可以是一数据选择器（MUX）。

第一导电结构113以及第二导电结构115用于同时为发射元件111施加电压。该发射元件111作为信号发送层（Tx），在第一导电结构113以及第二导电结构115同时施加电压时，产生振动而发出超声波。在该超声波感测装置100与被测生物体贴合时，该超声波到达该被测生物体并发生反射。所述接收元件121作为信号接收层（Rx），用于接收从该外界物体反射回的声波，并将该声波转化为电信号。该电信号通过所述第一导电结构113传递至所述读取层130的读取单元132进行处理，以实现超声波感测的功能。

使用该超声波感测装置100时，待测物体（如手腕）可以贴附于该超声波感测装置100上方，该第一导电结构113及第二导电结构115被施加电压形成电压差并使发射元件111产生振动，进而释放超声波。该超声波穿过该超声波接收单元120到达第三柔性电路板160向外射出。当待测物体，例如手腕，贴附于该第三柔性电路板160表面时，超声波经待测物体反射后被接收元件121接收并通过第三导电结构123转换成电信号并输出至读取层130被读取单元132读取出来。

现有技术中超声波感测装置100的感测方法包括以下步骤：

超声波发射单元110发射超声波；

超声波接收单元120接收该超声波转换成电信号并发送给该读取层130；

开启读取层130中第一条输入线上131的读取像素135使其接收超声波接收单元120发送的电信号；

第一条输入线131开启后，依次读取若干条输出线133上的读取像素135的电信号用于与预先存储的数据相比较，计算信号变化值；

第一条输入线131上的电信号读取完后，该超声波发射单元110发射一次超声波，开启另一条该输入线131上的读取像素135使其接收电信号并重复上述步骤直至所有读取像素135的信号全部被读取完毕。

下面结合图3说明现有技术中超声波感测装置100的感测方法。图3是现有技术中超声波感测装置100的驱动波形图和接收波形图，该驱动波形图代表超声波发射单元110的驱动电压随时间的变化波形图，该接收波形图代表该读取层130读取的信号随时间的变化波形图。其中，需要说明的是，图3主要第一条和第二条输入线131开启时超声波发射单元110的驱动电压为例示意该超声波感测装置100的驱动波形图，另外接收波形图中也仅示意对第一条和第二条输入线131上的所有读取像素135进行读取获得的信号的接收波形图，当然，该驱动波形图和该接收波形图为示意图，实际上的驱动波形和接受波形可以不是图中所示的形状。读取单元132的其他的输入线131开启时超声波发射单元110的驱动电压和读取层130读取的信号的接收波形与此类似，故不再重复示意。

请一并参阅图2和图3，现有技术中超声波感测装置100的感测方法包括以下步骤：

步骤一：超声波发射单元110发出第一次超声波，控制器（图未示）发出控制信号使GOP电路开启第一条输入线131上的各读取像素135，第一条输入线131上的各读取像素135接收电信号，该信号为超声波反射回来转换成的电信号。

步骤二：MUX读取第一条输入线131上各读取像素135的信号，然后切换至第二条输出线133读取第二条输出线133上的读取像素135上电信号，依次读取完所有输出线133上的读取像素135的信号后，获得第一条输入线131上各读取像素135的信号，与预先存储的数据相比较并计算信号变化值。

步骤三：当第一条输入线131上的各读取像素135读取完之后，控制信号控制GOP电路关闭第一条输入线131，并开启第二条输入线131，重复上述步骤直至所有读取像素135的信号全部被读取完毕。请参照图3的接收信号图，图3的A点表示超声波发射单元110发出第一次超声波后，GOP电路开启第一条输入线131上的各读取像素135，开始接收第一次信号。B点表示MUX开始读取位于第一条输出线133上的各读取像素135的信号，B’表示读取完第一条输出线133上的各读取像素135的信号。B到B’的时间间隔小于4us。相应地，C点表示MUX开始读取第二条输出线133上的各读取像素135的信号，C’表示MUX读取完第二条输出线133上的各读取像素135的信号。其中，B与C之间的感应时间小于6us。依次类推，D点表示MUX开始读取最后一条输出线133上的各读取像素135的信号，D’表示MUX读取完最后一条输出线133上的各读取像素135的信号。与A点相似，E点表示发射元件111发出第二次超声波后，GOP电路开启第二条输入线131上的各读取像素135开始接收第二次信号。F点表示MUX开始读取位于第一条输出线133上的各读取像素135的信号，以此类推，以下不再赘述。

为适应生物医疗领域中针对生物体内不同深度的感测的需求，通常需要能量更强的超声波以抵达生物体深处，因此，超声波从发送至接收完成所需的时间更长。上述现有技术中的超声波感测装置100的每一条输出线133的信号接收时间，即B到B’的时间小于4us，而读取相邻两条输出线133之间的间隔时间，即B与C之间的时间小于6us，为了配合更强的超声波，需要延长信号的接收时间和间隔时间。

因此，本发明揭示了一种能够提高超声波能量，延长接收信号时间，可用于检测生物体内不同深度生体检测的超声波感测方法及使用该方法的超声波感测装置。

本发明第一实施方式的超声波感测方法可以应用于已知的超声波感测装置中，因此，本实施方式中仅以具有上述结构（图1结构）的超声波感测装置为例，说明本发明第一实施方式的该超声波感测方法。

本发明第一实施例中超声波感测装置100的感测方法包括以下步骤：

超声波发射单元110发射超声波；

超声波接收单元120接收该超声波转换成电信号并发送给该读取层130；

开启第一条输入线上131的该读取像素135使其接收超声波接收单元120发送的电信号；

第一条输入线131上的各读取像素135接收信号后，依次读取该若干条输出线133上的该读取像素135的电信号用于计算信号变化值，每一条输出线133上的各读取像素135的信号读取完毕后，该超声波发射单元110发射一次超声波；

第一条输入线131上的电信号读取完后，开启第二条该输入线131上的读取像素135使其接收电信号并重复上述步骤直至所有读取像素135的信号全部被读取完毕。

下面结合图4说明本发明第一实施方式超声波感测装置100的感测方法。请参阅图4，图4为本发明第一实施方式的超声波感测装置100的驱动波形图以及其接收波形图。其中。图4的驱动波形图代表超声波发射单元110的驱动电压随时间的变化波形图，该接收波形图代表该读取层130读取的信号随时间的变化波形图。需要说明的是，图4主要以第一条输入线131开启时超声波发射单元110的驱动电压为例示意该超声波感测装置100的驱动波形图，另外接收波形图中也仅示意第一条输入线131上的所有读取像素135进行扫描接收到的信号的接收波形图，其他的输入线131上的各读取像素135开启时超声波发射单元110的超声波发射单元110的驱动电压和读取层130读取的信号的接收波形图与此类似，故不再重复示意。

请一并参阅图2和图4，现有技术中超声波感测装置100的感测方法包括以下步骤：步骤一：超声波发射单元110发出超声波，控制器（图未示）发出控制信号使GOP电路开启第一条输入线131上的各读取像素135接收信号，该信号为超声波反射回来转换成的电信号。

步骤二：MUX开始读取第一条输出线133上的各读取像素135的信号，当MUX读取完第一条输出线133上的各读取像素135的信号后，超声波发射单元110再次发出超声波，MUX切换至第二条输出线133读取第二条输出线133上的各读取像素135的信号，当MUX读取完第二条输出线133上的各读取像素135的信号后，超声波发射单元110再次发出超声波，以此类推。

步骤三：MUX依次读取完所有输出线133上的读取像素135的信号。重复上述步骤，直至所有读取像素135的信号全部被读取完毕。每一次MUX开始读取输出线133上的读取像素135的信号时，超声波发射单元110就发出一次超声波。

同样地，请参照图4的接收信号图，图4的A1点表示超声波发射单元110发出超声波后，GOP电路开启第一条输入线131开始接收第一次信号。B1点表示MUX开始读取位于第一条输出线133上的各读取像素135的信号，B1’表示读取完第一条输出线133上的各读取像素135的信号。B1到B1’的时间为第一条输出线133上的所有读取像素135的信号的读取时间，B1到B1’时间为10us以上,并可以依据需要感应的需求而动态调整。C1点表示MUX开始读取第二条输出线133上的各读取像素135的信号，C1’表示MUX读取完第二条输出线133上的各读取像素135的信号，C1到C’的时间为第二条输出线133上的所有读取像素135的信号的读取时间，其时间也在10us以上。B1到C1的时间为第一条输出线133读取完毕到第二条输出线133读取开始的时间，其时间也在10us以上。依此类推…从而获得第一条输入线131上各读取像素135的信号。

通过延长每一条输出线133上的所有各读取像素135信号的读取时间至10μs以上，本发明的超声波感测装置可以在超声波发射单元110发出超声波之后有更多的时间来接收信号，以达到检测生物体内不同深度生体特征的效果。

现有技术中的超声波感测装置，多用于物体的表面测量，如指纹识别等。若将超声波感测装置应用于生体特征的感测领域，需要超声波穿透生物体表面达到不同深度，因此，需要获得能量更强的超声波。为了解决上述，本发明第二实施例提供了一种能够加强超声波能量的超声波感测装置和超声波感测方法。

请参阅图5，图5为本发明第二实施方式的超声波感测装置200的立体分解图。该超声波感测装置200可以用于感测生体特征，如脉搏，心跳。该超声波感测装置200可以单独使用，也可以整合至电子装置如智能手表、智能手环及智能手机等中使用。超声波感测装置200包括超声波发射单元210、超声波接收单元220、读取层230、第一柔性电路板240、第二柔性电路板250及第三柔性电路板260。该超声波接收单元220设置于该超声波发射单元210上方，该第一柔性电路板240和读取层230位于该超声波发射单元210与该超声波接收单元220之间，读取层230位于第一柔性电路板240上方。该第二柔性电路板250位于该超声波发射单元210远离该超声波接收单元220的一侧，该第三柔性电路板260设置于该超声波接收单元220远离该超声波发射单元210的一侧。第一柔性电路板240和超声波接收单元220分别通过胶体层270粘接在读取层230两侧。

该超声波发射单元210包括发射元件211、第一导电结构213及第二导电结构215，该第一导电结构213及该第二导电结构215用于产生压差使得该发射元件211发出超声波。本实施方式中，该发射元件211位于该第一导电结构213与该第二导电结构215之间。该第一导电结构213位于该第二柔性电路板250与该发射元件211之间，该第二导电结构215位于该发射元件211与该第一柔性电路板240之间。

该超声波接收单元220包括接收元件221和第三导电结构223。该第三导电结构223用于将接收元件221接收到的超声波转换为电信号，该超声波感测装置200通过侦测该电信号获得生体特征（如心跳、血流等）。

优选地，该发射元件211及该接收元件221均为压电材料，例如聚二氟亚乙烯（Polyvinylidene Fluoride, PVDF），钛酸钡(BaiO3)、钛酸铅(PbiO3)和锆钛酸铅(Pb(Zri)O3, PZT)、钽钪酸铅（PST）、石英、(Pb，Sm)iO3、PMN(Pb(MgNb)O3)-PT(PbiO3)和偏二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物（PVDF-TrFE）。该第一导电结构213、第二导电结构215、第三导电结构223可以由导电率较好的金属材料制成，例如，银、铝、铜、镍、金等高导电率材料，还可以由如透明导电材料(如氧化铟锡、氧化铟锌)、银、碳纳米管或石墨烯等导电材料制成，但不限于以上材料。

该第二柔性电路板250、该第一导电结构213、该发射元件211、该第二导电结构215、该第一柔性电路板240、该读取层230、该第三导电结构223、该接收元件221及该第三柔性电路板260按照上述顺序自下而上层叠设置，该发射元件211和第一柔性电路板240分别通过胶体层270粘接读取层230两侧。该第一导电结构213可以通过胶体层粘接在该第二柔性电路板250上，可以直接形成在该第二柔性电路板250上。该第二导电结构215，可以通过胶体层粘接在该第一柔性电路板240上，也可以直接形成于该第一柔性电路板240上。该第三导电结构223可以通过胶体层粘接在该第三柔性电路板，也可以直接形成在该第三柔性电路板260上。此外，该发射元件211还可以通过胶体层粘接于该第一导电结构213与该第二导电结构215之间，该接收元件221也通过胶体层粘接于该与该第三导电结构223下方。特别地，该胶体层可以为导电胶体。第一柔性电路板240、第二柔性电路板250分别与第二导电结构215、第一导电结构213相连，且为第二导电结构215、第一导电结构213提供电压。第三柔性电路板260与第三导电结构223相连且为第三导电结构223传输数据。在本实施例中，第一柔性电路板240、第二柔性电路板250和第三柔性电路板260为三个独立的柔性电路板，在本发明的其他实施例中，第一柔性电路板240、第二柔性电路板250和第三柔性电路板260可以是同一个柔性电路板。

请参阅图5及图6，本发明第二实施方式中的第一导电结构213、第二导电结构215及第三导电结构223分别包括多个沿间隔设置的第一感测电极2131、第二感测电极2151及第三感测电极2231。各第一感测电极2131与第二感测电极2151一一对应设置，第一感测电极2131和相对应的的第二感测电极2151形成电极对。每一电极对与发射元件211构成一超声波发射源2101，从而使得超声波发射单元210形成有多个发射源2101。在实施例中，第三感测电极2231与第一感测电极2131及第二感测电极2151一一对应设置。在本发明的其他实施方式中，第三感测电极2231可以不与第一感测电极2131及第二感测电极2151一一对应设置。

该第一感测电极2131、第二感测电极2151及第三感测电极2231可以为长条矩形、波浪形、锯齿形、点状等形状，但不限于上述形状。本发明第二实施方式中，该第一感测电极2131、第二感测电极2151及第三感测电极2231均为条状电极。发射元件211和接收元件221为面状压电材料。通过调整各电极对（即相应的第一感测电极2131和第二感测电极2151）之间的施加电压，使多个发射源2101分别发出超声波，这些超声波叠加后获得能量加强超声波。这些能量加强的超声波可以抵达被测物体的深处，获得更多的生体数据。具体的，可以对各电极对的不同位置施加相同或不同的电压，使多个发射源（图未示）分别发出相同或不同的超声波。

请参照图6，图6为本发明第二实施方式的超声波感测装置200发射超声波的示意图，需要注意的是，图中省略了超声波感测装置200的部分元件，只重点描绘了超声波发射单元210和超声波接收单元220。同样地，图7和图8也省略了超声波感测装置200的部分元件。通过调整各电极对（即相应的第一感测电极2131和第二感测电极2151）之间的施加电压，使各发射源2101发出多个相位相同，振幅也相同的超声波，该多个超声波振幅相加从而加强的超声波的能量。另外，在其他实施方式中，通过调整各发射源2101的施加电压，可以调整各发射源2101发出的超声波的相位和振幅，从而可以调整合成后的超声波的加强点的位置。如图7所示，通过调整各电极对（即相应的第一感测电极2131和第二感测电极2151）之间的施加电压，使各发射源2101发出多个相位相同，振幅不同的超声波，合成后的超声波的加强点的位置组成与待测物体（如，手臂）表面的呈一非90°角的直线上。如图8所示，通过调整各电极对（即相应的第一感测电极2131和第二感测电极2151）之间的施加电压，使各发射源2101发出发出多超声波，叠加后的超声波的加强点的位置恰好在待测物体（如，手臂）表面的一条垂线上面。

该超声波感测装置200的读取层230用于获取超声波接收单元220传送的电信号并将该信号传送至读取电路（图未示），该读取电路根据获得的信号计算出皮肤内血管与血流状况。读取层230可以由柔性材料制成，以适应不同的装置形状和检测表面。其具体结构与上述读取层130结构相同，因此，不再赘述。

另，本发明结合第一实施例和第二实施例，提供了一种发射超声波能量增强，接收时间延长的超声波感测装置和超声波感测方法。

请参阅图9及图10，图9为本发明第三实施方式的超声波感测装置300的立体分解图。

该超声波感测装置300可以用于感测生体特征，如脉搏，心跳。该超声波感测装置100可以单独使用，也可以整合至电子装置如智能手表、智能手环及智能手机等中使用。该超声波感测装置300包括超声波发射单元310、超声波接收单元320、第一柔性电路板340、第二柔性电路板350、第三柔性电路板360及读取层330。本实施方式中，超声波感测装置300包括若干超声波发射单元310。该超声波接收单元320设置于该若干超声波发射单元310上方，该第一柔性电路板340和读取层330位于该若干超声波发射单元310与该超声波接收单元320之间，读取层330位于第一柔性电路板340上方。该第二柔性电路板350位于该若干超声波发射单元310远离该超声波接收单元320的一侧，该第三柔性电路板360设置于该超声波接收单元320远离该若干超声波发射单元310的一侧。第一柔性电路板340和超声波接收单元320分别通过胶体层370粘接在读取层330两侧。该超声波发射单元310包括发射元件311、第一导电结构313及第二导电结构315，该第一导电结构313及第二导电结构315用于产生压差使得该发射元件311发出超声波。本实施方式中，该发射元件311位于该第一导电结构313与该第二导电结构315之间。该第一导电结构313位于该第二柔性电路板350与该发射元件311之间，该若干第二导电结构315位于该发射元件311与该第一柔性电路板340之间。

该超声波接收单元320包括接收元件321和第三导电结构323。该第三导电结构323用于将接收元件321接收到的超声波转换为电信号，该超声波感测装置300通过侦测该电信号以获得生体特征（如心跳、血流等）。

优选地，该发射元件311及该接收元件321均为压电材料，例如聚二氟亚乙烯（Polyvinylidene Fluoride, PVDF），钛酸钡(BaiO3)、钛酸铅(PbiO3)和锆钛酸铅(Pb(Zri)O3, PZT)、钽钪酸铅（PST）、石英、(Pb，Sm)iO3、PMN(Pb(MgNb)O3)-PT(PbiO3)和偏二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物 （PVDF-TrFE）。第一柔性电路板340、第二柔性电路板350及第三柔性电路板360可以为PET等塑料材料。该第一导电结构313、第二导电结构315、第三导电结构323可以由导电率较好的金属材料制成，例如，银、铝、铜、镍、金等高导电率材料，还可以由如透明导电材料(如氧化铟锡、氧化铟锌)、银、碳纳米管或石墨烯等导电材料制成，但不限于以上材料。

该第二柔性电路板350、该第一导电结构313、该发射元件311、该第二导电结构315、该第一柔性电路板340、该读取层330、该第三导电结构323、该接收元件321及该第三柔性电路板360按照上述顺序自下而上层叠设置。发射元件311和第一柔性电路板340分别通过胶体层370粘接读取层330两侧。该第一导电结构313可以通过胶体层粘接在该第二柔性电路板350上，可以直接形成在该第二柔性电路板350上。该第二导电结构315，可以通过胶体层粘接在该第一柔性电路板340上，也可以直接形成于该第一柔性电路板340上。该第三导电结构323可以通过胶体层粘接在该第三柔性电路板，也可以直接形成在该第三柔性电路板360上。此外，该发射元件311还可以通过胶体层粘接于该第一导电结构313与该第二导电结构315之间，该接收元件321也通过胶体层粘接于该与该第三导电结构323下方。特别地，该胶体层可以为导电胶体。第一柔性电路板340、第二柔性电路板350分别与第二导电结构315、第一导电结构313相连，且为第二导电结构315、第一导电结构313提供电压。第三柔性电路板360与第三导电结构323相连且为第三导电结构323传输数据。在本实施例中，第一柔性电路板340、第二柔性电路板350和第三柔性电路板360为三个独立的柔性电路板，在本发明的其他实施例中，第一柔性电路板340、第二柔性电路板350和第三柔性电路板360可以是同一个柔性电路板。

请参阅图9及图10，本发明第二实施方式中的第一导电结构313、第二导电结构315及第三导电结构323分别为多个沿同一方向间隔设置的第一感测电极3331、第二感测电极3151及第三感测电极3231。各第一感测电极3331、第二感测电极3151及第三感测电极3231一一对应设置，各第一感测电极3331和相对应的第二感测电极3151形成电极对。该第一感测电极3331、第二感测电极3151及第三感测电极3231的形状可以为长条矩形、波浪形、锯齿形或点状等，但不限于上述形状。本发明第三实施方式中，该第一感测电极3331、第二感测电极3151及第三感测电极3231均为条状电极。

发射元件311包括多个第一压电单元3111，且对应于第一感测电极3331及第二感测电极3151间隔设置。接收元件321包括多个第二压电单元3211，且对应于第三感测电极3231间隔设置。第一压电单元3111和第二压电单元3211为条状压电材料。各电极对与夹设于各电极对中间的第一压电单元3111组成若干超声波发射源3101，从而使得超声波发射单元310形成有多个发射源3101。通过调整各电极对（即相应的第一感测电极3331和第二感测电极3151）之间的施加电压，使各发射源3101发分别出超声波，这些超声波叠加从而加强超声波的信号。这些能量加强的超声波可以抵达被测物体的深处，获得更多的生体数据。具体的，可以对各电极对的不同位置施加相同或不同的电压，使多个发射源（图未示）分别发出相同或不同的超声波。

相较于现有技术，使用面状压电材料和导电层作为接收元件321，本实施例中，使用条状压电材料和条状感测电极作为接收元件，可以细化超声波接收区域，从而提高超声波感测装置300的分辨率。

请参照图10，通过调整各电极对（即相应的第一感测电极3331和第二感测电极3151）之间的施加电压，使各发射源3101出多个振幅相加的超声波。

该超声波感测装置300的读取层330用于获取超声波接收单元320传送的电信号并将该信号传送至读取电路（图未示），该读取电路根据获得的信号计算出皮肤内血管与血流状况进而得到使用者的心跳。读取层330可以由柔性材料制成，以适应不同的装置形状和检测表面。请参照图11，本发明第三实施例的超声波感测装置300的超声波感测装置300结构与上述读取层130结构相同，因此，不再赘述。

本发明第三实施例中超声波感测装置300的感测方法包括以下步骤：

超声波发射单元310的多个发射源3101发射一组连续的超声波；

超声波接收单元320接收该超声波转换成电信号并发送给该读取层330；

开启第一条输入线上331的该读取像素335使其接收超声波接收单元320发送的电信号；

第一条输入线331上的各读取像素335接收信号后，依次读取该若干条输出线333上的该读取像素的电信号用于计算信号变化值，每一条输出线333上的各读取像素135的信号读取完毕后，该超声波发射单元310的多个发射源3101发射一组连续的超声波；

第一条输入线331上的电信号读取完后，开启第二条该输入线331上的读取像素335使其接收电信号并重复上述步骤直至所有读取像素135的信号全部被读取完毕。

请参阅图12，图12是本发明第三实施方式的驱动波形图和接收波形图，该驱动波形图代表该超声波发射单元310的驱动电压随时间的变化波形图，该接收波形图代表该读取层330读取的信号随时间的变化波形图。需要说明的是，图12主要以第一条输入线331上的读取像素335开启时超声波发射单元110的驱动电压为例示意该超声波感测装置300的驱动波形图，图12仅以四个发射源3101的信号为例表示该若干超声波发射单元310发出的超声波随时间的变化波形图，实际上，发射源3101不限于四个组。另外接收波形图中也仅示意对第一条输入线331上的读取像素335进行扫描接收到的信号的接收波形图，其他的输入线331上的读取像素335开启时若干超声波发射单元310的驱动电压和读取层330读取的信号的接收波形图与此类似，故不再重复示意。

请一并参阅图12和11，本发明第三实施例中超声波感测装置300的感测方法的具体步骤为：

步骤1：本发明第三实施例中超声波感测装置300的四个发射源3101，即Tx1、Tx2、Tx3和Tx4依次发出一组连续的信号，且下一个发射源3101在上一个发射源3101发出的信号结束之前就开始发出信号，当最后一个发射源3101，即Tx4的信号结束之后，控制信号控制GOP电路开启第一条输入线331上的读取像素335接收第一次信号。

步骤二：MUX开始读取第一条输出线333上的各读取像素335的信号，用于与预先存储的数据对比计算信号变化值。当MUX读取完第一条输出线333上的各读取像素335的信号后，发射源3101（Tx1、Tx2、Tx3和Tx4）再次依次发出一组超声波，MUX切换至第二条输出线333读取各读取像素335的信号，当MUX读取完第二条输出线333上的各读取像素335的信号后，发射源3101（Tx1、Tx2、Tx3和Tx4）再次依次发出一组超声波。

步骤三：MUX依次读取完所有输出线333上的读取像素335的信号后，重复步骤一和步骤二。每一次MUX开始读取输出线333上的读取像素335的信号时，发射源3101（Tx1、Tx2、Tx3和Tx4）就依次发出一组超声波。通过同样的方法可以获得所有读取像素335的信号。

同样地，请参照图12的接收信号图，图12的A2点表示发射源3101（Tx1、Tx2、Tx3和Tx4）依次发出超声波后，GOP电路开启第一条输入线331上的读取像素335开始接收第一次信号。B2点表示MUX开始读取位于第一条输出线333上的各读取像素335的信号，B2’表示读取完第一条输出线333上的各读取像素335的信号。B2到B2’时间为读取完第一条输出线333上的各读取像素335的信号的时间，且在10us以上, 并可依据需要感应的需求而动态调整。C2点表示MUX开始读取第二条输出线333上的各读取像素335的信号，C2’表示MUX读取完第二条输出线333上的各读取像素335的信号。B2到C2的时间为第一条输出线333读取完毕到第二条输出线333读取开始的时间。依此类推…从而获得第一条输入线331上各读取像素335的信号。

通过在每一条输出线333上的各读取像素335被扫描完毕之后，延长每一条输出线333上的各读取像素335信号的读取时间，本发明的超声波感测装置可以在发射源3101发出超声波之后有更多的时间来接收信号，以达到检测生物体内不同深度生体特征的效果。

请参阅图13，图13为本发明第四实施方式的超声波感测装置400的立体分解图。该超声波感测装置400可以用于感测生体特征，如脉搏，心跳。该超声波感测装置400可以单独使用，也可以整合至电子装置如智能手表、智能手环及智能手机等中使用。超声波感测装置400包括超声波发射单元410、超声波接收单元420、读取层430、第一柔性电路板440、第二柔性电路板450及第三柔性电路板460。该超声波接收单元420设置于该超声波发射单元410上方，该第一柔性电路板440和读取层430位于该超声波发射单元410与该超声波接收单元420之间，读取层430位于第一柔性电路板440上方。该第二柔性电路板450位于该超声波发射单元410远离该超声波接收单元420的一侧，该第三柔性电路板460设置于该超声波接收单元420远离该超声波发射单元410的一侧。第一柔性电路板440和超声波接收单元420分别通过胶体层470粘接在读取层430两侧。

该超声波发射单元410包括发射元件411、第一导电结构413及第二导电结构415，该第一导电结构413及该第二导电结构415用于产生压差使得该发射元件411发出超声波。本实施方式中，该发射元件411位于该第一导电结构413与该第二导电结构415之间。该第一导电结构413位于该第二柔性电路板450与该发射元件411之间，该第二导电结构415位于该发射元件411与该第一柔性电路板440之间。

该超声波接收单元420包括接收元件421和第三导电结构423。该第三导电结构423用于将接收元件421接收到的超声波转换为电信号，该超声波感测装置400通过侦测该电信号获得生体特征（如心跳、血流等）。

优选地，该发射元件411及该接收元件421均为压电材料，例如聚二氟亚乙烯（Polyvinylidene Fluoride, PVDF），钛酸钡(BaiO3)、钛酸铅(PbiO3)和锆钛酸铅(Pb(Zri)O3, PZT)、钽钪酸铅（PST）、石英、(Pb，Sm)iO3、PMN(Pb(MgNb)O3)-PT(PbiO3)和偏二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物（PVDF-TrFE）。该第一导电结构413、第二导电结构415、第三导电结构423可以由导电率较好的金属材料制成，例如，银、铝、铜、镍、金等高导电率材料，还可以由如透明导电材料(如氧化铟锡、氧化铟锌)、银、碳纳米管或石墨烯等导电材料制成，但不限于以上材料。

该第二柔性电路板450、该第一导电结构413、该发射元件411、该第二导电结构415、该第一柔性电路板440、该读取层430、该第三导电结构423、该接收元件421及该第三柔性电路板460按照上述顺序自下而上层叠设置，该发射元件411和第一柔性电路板440分别通过胶体层470粘接读取层430两侧。该第一导电结构413可以通过胶体层粘接在该第二柔性电路板450上，可以直接形成在该第二柔性电路板450上。该第二导电结构415，可以通过胶体层粘接在该第一柔性电路板440上，也可以直接形成于该第一柔性电路板440上。该第三导电结构423可以通过胶体层粘接在该第三柔性电路板，也可以直接形成在该第三柔性电路板460上。此外，该发射元件411还可以通过胶体层粘接于该第一导电结构413与该第二导电结构415之间，该接收元件421也通过胶体层粘接于该与该第三导电结构423下方。特别地，该胶体层可以为导电胶体。第一柔性电路板440、第二柔性电路板450分别与第二导电结构415、第一导电结构413相连，且为第二导电结构415、第一导电结构413提供电压。第三柔性电路板460与第三导电结构423相连且为第三导电结构423传输数据。在本实施例中，第一柔性电路板440、第二柔性电路板450和第三柔性电路板460为三个独立的柔性电路板，在本发明的其他实施例中，第一柔性电路板440、第二柔性电路板450和第三柔性电路板460可以是同一个柔性电路板。

请参阅13，本发明第四实施方式中的第一导电结构413、第二导电结构415及第三导电结构423分别包括多个相互间隔且呈矩阵排列的第一感测电极4131、第二感测电极4151及第三感测电极4431。各第一感测电极4131与第二感测电极4151一一对应设置，各第一感测电极4131和相对应的各第二感测电极4151形成电极对。每一电极对与发射元件411构成一超声波发射源（图未示），从而使得超声波发射单元410形成有多个发射源（图未示）。

本发明第四实施方式中，该第一感测电极4131、第二感测电极4151及第三感测电极4431均为块状电极。发射元件411和接收元件421为面状压电材料。与本发明第二实施方式的超声波感测装置200相似，通过调整各电极对（即相应的第一感测电极4131和第二感测电极4151）之间的施加电压，使多个发射源（图未示）分别发出超声波，这些超声波叠加后获得能量加强超声波。这些能量加强的超声波可以抵达被测物体的深处，获得更多的生体数据。

该超声波感测装置400的读取层430用于获取超声波接收单元420传送的电信号并将该信号传送至读取电路（图未示），该读取电路根据获得的信号计算出皮肤内血管与血流状况。读取层430可以由柔性材料制成，以适应不同的装置形状和检测表面。其具体结构与上述读取层130结构相同，因此，不再赘述。

上述超声波感测方法均适用于本发明第四实施方式的超声波感测装置400中，因此，不再赘述。

请参阅图14，图14为本发明第五实施方式的超声波感测装置500的立体分解图。该超声波感测装置500可以用于感测生体特征，如脉搏，心跳。该超声波感测装置500可以单独使用，也可以整合至电子装置如智能手表、智能手环及智能手机等中使用。超声波感测装置500包括超声波发射单元510、超声波接收单元520、读取层530、第一柔性电路板540、第二柔性电路板550及第三柔性电路板560。该超声波接收单元520设置于该超声波发射单元510上方，该第一柔性电路板540和读取层530位于该超声波发射单元510与该超声波接收单元520之间，读取层530位于第一柔性电路板540上方。该第二柔性电路板550位于该超声波发射单元510远离该超声波接收单元520的一侧，该第三柔性电路板560设置于该超声波接收单元520远离该超声波发射单元510的一侧。第一柔性电路板540和超声波接收单元520分别通过胶体层570粘接在读取层530两侧。

该超声波发射单元510包括发射元件511、第一导电结构513及第二导电结构515，该第一导电结构513及该第二导电结构515用于产生压差使得该发射元件511发出超声波。本实施方式中，该发射元件511位于该第一导电结构513与该第二导电结构515之间。该第一导电结构513位于该第二柔性电路板550与该发射元件511之间，该第二导电结构515位于该发射元件511与该第一柔性电路板540之间。

该超声波接收单元520包括接收元件521和第三导电结构523。该第三导电结构523用于将接收元件521接收到的超声波转换为电信号，该超声波感测装置500通过侦测该电信号获得生体特征（如心跳、血流等）。

优选地，该发射元件511及该接收元件521均为压电材料，例如聚二氟亚乙烯（Polyvinylidene Fluoride, PVDF），钛酸钡(BaiO3)、钛酸铅(PbiO3)和锆钛酸铅(Pb(Zri)O3, PZT)、钽钪酸铅（PST）、石英、(Pb，Sm)iO3、PMN(Pb(MgNb)O3)-PT(PbiO3)和偏二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物（PVDF-TrFE）。该第一导电结构513、第二导电结构515、第三导电结构523可以由导电率较好的金属材料制成，例如，银、铝、铜、镍、金等高导电率材料，还可以由如透明导电材料(如氧化铟锡、氧化铟锌)、银、碳纳米管或石墨烯等导电材料制成，但不限于以上材料。

该第二柔性电路板550、该第一导电结构513、该发射元件511、该第二导电结构515、该第一柔性电路板540、该读取层530、该第三导电结构523、该接收元件521及该第三柔性电路板560按照上述顺序自下而上层叠设置，该发射元件511和第一柔性电路板540分别通过胶体层570粘接读取层530两侧。该第一导电结构513可以通过胶体层粘接在该第二柔性电路板550上，可以直接形成在该第二柔性电路板550上。该第二导电结构515，可以通过胶体层粘接在该第一柔性电路板540上，也可以直接形成于该第一柔性电路板540上。该第三导电结构523可以通过胶体层粘接在该第三柔性电路板，也可以直接形成在该第三柔性电路板560上。此外，该发射元件511还可以通过胶体层粘接于该第一导电结构513与该第二导电结构515之间，该接收元件521也通过胶体层粘接于该与该第三导电结构523下方。特别地，该胶体层可以为导电胶体。第一柔性电路板540、第二柔性电路板550分别与第二导电结构515、第一导电结构513相连，且为第二导电结构515、第一导电结构513提供电压。第三柔性电路板560与第三导电结构523相连且为第三导电结构523传输数据。在本实施例中，第一柔性电路板540、第二柔性电路板550和第三柔性电路板560为三个独立的柔性电路板，在本发明的其他实施例中，第一柔性电路板540、第二柔性电路板550和第三柔性电路板560可以是同一个柔性电路板。

请参阅13，本发明第四实施方式中的第一导电结构513、第二导电结构515及第三导电结构523分别包括多个沿同一方向间隔设置的第一感测电极5131、第二感测电极5151及第三感测电极5531。各第一感测电极5131与第二感测电极5151一一对应设置，第一导电结构513和第二导电结构515的二相对应的第一感测电极5131和第二感测电极5151形成电极对。本发明第四实施方式中，该第一感测电极5131、第二感测电极5151及第三感测电极5531均为条状电极。

发射元件511和接收元件521由压电材料制成，发射元件511和接收元件521分别包括相互间隔且呈矩阵排列的第一压电单元5111和第二压电单元5211。从而使每一电极对与夹设于该电极对之间的一第一压电单元5111构成一超声波发射源（图未示），从而使得超声波发射单元510形成有多个发射源（图未示）。

与本发明第二实施方式的超声波感测装置200相似，通过调整各电极对（即相应的第一感测电极5131和第二感测电极5151）之间的施加电压，使多个发射源（图未示）分别发出超声波，这些超声波叠加后获得能量加强超声波。这些能量加强的超声波可以抵达被测物体的深处，获得更多的生体数据。具体的，可以对电极对的不同位置施加相同或不同的电压，使多个发射源（图未示）分别发出相同或不同的超声波。

该超声波感测装置500的读取层530用于获取超声波接收单元420传送的电信号并将该信号传送至读取电路（图未示），该读取电路根据获得的信号计算出皮肤内血管与血流状况。读取层430可以由柔性材料制成，以适应不同的装置形状和检测表面。其具体结构与上述读取层130结构相同，因此，不再赘述。

上述超声波感测方法均适用于本发明第四实施方式的超声波感测装置500中，因此，不再赘述。

相较于现有技术，本发明的超声波感测装置通过调整各电极对之间的施加电压，使发送单元的各发射源分别发出超声波，这些超声波叠加从而加强超声波的能量。能量加强的超声波可以抵达被测物体的深处，获得更多的生体数据。本发明的超声波感测装置还通过在每一条输出线上的各读取像素被扫描完毕之后，延长每一条输出线上的各读取像素信号的读取时间，可以在发送单元发出超声波之后有更多的时间来接收信号，以达到检测生物体内不同深度生体特征的效果。