Датчик звукоснимателя

1 Изобретение относится к выслушиванию, в частности данное изобретение относится к датчику для съма звука, формируемого организмом животного или человека и преобразуемого в электрический выходной сигнал. Изобретение также относится к электронному стетоскопу в целом. Стетоскопы, действие которых основано на акустических принципах, хорошо известны и широко используются. Обычные акустические стетоскопы с дополнительным электронным усилением также известны из уровня техники. Гидрофоны для записи звука, исходящего от подводных животных, известны в биологических исследованиях морских животных. Эти методы являются предпосылками данного изобретения, и их можно резюмировать следующим образом. Действие обычных стетоскопов основано на передаче звука по воздуху и по некоторому шлангу или трубке. Это связано с передачей звуковых волн от ткани организма в воздух. Сжатие воздуха чувствуется ухом слушающего. Иногда на переднем конце устройства имеется диафрагма, но вс же имеет место передача в воздух. Примером этого метода являются т.н. стетоскопы Литтман. Обычные стетоскопы иногда дополняют микрофонами, которые снимают распространяемый по воздуху звук для его усиления электронными средствами. В этом случае также имеет место передача звука от ткани организма в воздух, и из воздуха в микрофонные датчики различных типов. Такие стетоскопы изготавливают, например, компании Литтман и Ариэль, и также японские компании. Автор данной заявки ранее заявил преобразователь стетоскопа, имеющий шпильку или штифт из тврдого материала, который вводят в непосредственный контакт с кожей таким образом, что звук передатся непосредственно из ткани организма по штифту из тврдого материала и в датчик. Гидрофоны для съма звука в воде, исходящего от животных, грунтовых образований и машинных конструкций, хорошо известны. Эти гидрофоны нельзя использовать для диагностических целей для людей и животных ни внутри, ни снаружи организма. Ультразвуковые приборы широко применяют в области диагностики, и эти приборы часто используют тип вязкого контакта с кожей. Но вязкий контакт обычно осуществляют с помощью того или иного геля, т.е. геля, который не входит в состав самого прибора и который наносят, например, на кожу до установки прибора на коже. Из патента США 4672976, выданногоKroll, известно средство для выслушивания тонов сердца, которое помещают на теле пациента и которое детектирует низкочастотные звуковые волны. Это средство имеет гибкую диафрагму, 002963 2 непосредственно контактирующую с кожей и адаптируемую к контуру тела. Внутренний объм корпуса этого средства наполнен жидкостью,в которой находится гидрофонный блок. Сущность средства согласно Kroll заключается в обеспечении хорошей связи с гидрофоном за счт сведения к минимуму акустических различий между тканью организма и материалами в средстве выслушивания. Важная особенность заключается также в том, что окружающая гидрофон жидкость является не имеющей пузырьков текучей средой или гидрофоническим гелем.Kroll также является соавтором патента США 4947859 на имя Brewer et al., который является доработкой упомянутого выше патента. В патенте США 4947859 доработан преобразователь звука; вместо текучего раствора или геля применяют полимер вокруг расположенного по центру датчика в устройстве, аналогичном прижимному ролику и выполненному с возможностью размещения на коже пациента. Полимерный материал, по существу, акустически адаптирован к ткани организма. Эти два патента ясно указывают известность применения адаптационного материала, предназначаемого для имитирования ткани организма в отношении акустических характеристик. Но следует отметить, что эта адаптация на этом и заканчивается. На датчик, помещнный в объме полимера,будет воздействовать, например, звук, исходящий откуда угодно, и датчик не будет обладать какими-либо характеристиками направленности или усиления. Средство выслушивания согласноBrewer и др. настолько мягкое, что может в необходимых случаях принимать форму тела. Это не является каким бы то ни было преимуществом; в некоторых случаях рационально иметь,например, жсткую диафрагму в близком контакте с кожей. Решение согласно патенту Brewer и др. зависит от обработки сигнала вне прижимного ролика; и конструкция этого устройства выслушивания не обеспечивает экранирования излучаемого внутрь шума от электротехнического оборудования. Данное изобретение направлено на устранение или уменьшение поясняемых выше недостатков известного уровня техники. Так, в соответствии с данным изобретением согласно первому его аспекту обеспечивают датчик для съма исходящего из организма звука, содержащий элемент акустоэлектрического преобразователя для преобразования звуковых колебаний в электрические выходные сигналы, и вязкоупругий блок, выполненный в качестве адаптационной среды между поверхностью организма и элементом преобразователя; при этом передняя поверхность вязкоупругого блока выполнена с возможностью непосредственного контактирования с поверхностью организма. Датчик отличается тем, что элемент акустоэлектрического преобразователя состоит, по мень 3 шей мере, из одного пьезоэлектрического элемента, плотно окружающего боковую поверхность вязкоупругого блока, причм вязкоупругий блок имеет цилиндрическую внешнюю форму; и тем, что область заднего конца вязкоупругого блока плотно контактирует с тврдым задним элементом. В одном варианте реализации изобретения элемент акустического преобразователя состоит из двух концентрических пьезоэлектрических листов фольги, между которыми может также находиться проводящая фольга. Эта промежуточная проводящая фольга может быть выполнена из двухсторонней клейкой и проводящей ленты. В одном варианте реализации изобретения пьезоэлектрическая фольга может быть выполнена из плоской фольги, обрнутой вокруг вязкоупругого блока таким образом, что прилегающие края фиксируются клейкой лентой. Либо пьезоэлектрическая фольга может иметь цилиндрическую форму и может быть плотно навинчена по резьбе на вязкоупругий блок. Согласно ещ одному варианту реализации датчика: элемент акустического преобразователя состоит из керамического кольца обладающего пьезоэлектрическим эффектом. В соответствии с предпочтительным вариантом реализации данного изобретения задний элемент и вязкоупругий блок имеют в области заднего конца точно соответствующие друг другу формы, образующие межсоединение, имеющее, по существу, коническую форму и направленное вперд. Вышеупомянутый датчик целесообразно использовать в качестве элемента датчика в электронном стетоскопе. Согласно ещ одному варианту реализации изобретения обеспечивают электронный стетоскоп, содержащий головной телефон с наушниками, имеющими громкоговорители, портативный модуль звукоснимателя с элементом датчика и схемой электронного усилителя, и также соединительный вывод между модулем и головным телефоном; при этом указанный электронный стетоскоп отличается тем, что элемент датчика является датчиком, в самых общих чертах охарактеризованным выше. Формируемые естественным образом звуки, например, в организме человека, являются изменениями давления в ткани, содержащей в основном воду. Звук возникает в различных органах в результате их перемещений, сжатий,расширений, и также в результате потоков жидкости в организме. Эти звуки рассеиваются по организму, и частоты, измеряемые в определнном месте, будут зависеть от источника звука и различных характеристик их ослабления и усиления внутри организме. Назначение вязкоупругого датчика в соответствии с данным изобретением заключается в передаче звуковых волн из организма во встроенный блок элемента датчи 002963 4 ка/акустоэлектрического преобразователя непосредственно по акустической среде адаптации/преобразования и в сам элемент преобразователя таким образом, что звуковое давление распределяется единообразно по области элемента преобразователя, принимающей звук. Также изобретение направлено на сведение к минимуму ослабления и на обеспечение по возможности наиболее широкого диапазона слышимых звуков, поступающих в элемент преобразователя. Охарактеризованное выше устройство явно отличается от всех ранее известных систем датчика, в которых звук передают по воздуху и явно отличается от решения, в соответствии с которым контакт осуществляют посредством штифта; тем, что область прима звука из организма гораздо крупнее. Данное изобретение также отличается от ультразвуковых устройств тем, что действует с частотами, намного превосходящими те, с которыми может работать вязкоупругий датчик; и тем, что ультразвуковые системы используют гель для обеспечения контакта с кожей таким образом, который существенно отличается от описываемого выше. Техническое решение по передаче звука в вязких элементах, согласно данному изобретению, отличается от указанных выше патентов США Kroll, Brewer и др., т.к. отличительные признаки данного изобретения заключаются в значительно отличающихся от известного технического решения геометрических признаках. Необходимо отметить, что вязкоупругий датчик отличается от гидрофонов тем, что в отличии от обычных гидрофонов, принимающих звуковое давление извне, вязкоупругий датчик,согласно данному изобретению, действует с помощью внутренней передающей среды, и поэтому для применения стетоскопа обеспечивают улучшенные возможности в том отношении, что для передачи звука изолируют более крупную область. Помимо этого, одна из основных особенностей данного изобретения заключается в защищнности от воздействия внешних звуков. При несчастных случаях или при оказании скорой помощи врачу, возможно, будет трудно поставить диагноз с помощью выслушивания, поскольку большой объм внешних и создающих помехи звуков может поступать от оборудования, двигателей, криков и пр. Передаваемые по воздуху внешние звуки ослабляют за счт высокого полного сопротивления вязкоупругого датчика. Это помогает врачу сосредоточиться на звуках, исходящих из организма. Этот признак отсутствует в обычных стетоскопах или в стетоскопах на основе микрофонов, либо имеющих диафрагмы, соединнные со штифтовым устройством. Ещ один обладающий новизной признак заключается в эффекте акселерометра. Изоцентрическая конструкция датчика обеспечива 5 ет изоляцию механических колебаний, вызываемых работой вязкоупругого датчика или манипуляций с ним. Ускоряющее усилие в некотором направлении, на которое реагирует напряжение, также обусловит возникновение противоположного усилия, воздействующего на чувствительный элемент, и тем самым сформирует некоторое напряжение, имеющее противоположную полярность, и таким образом шумовой сигнал ослабнет. Хорошая изоляция внешних электромагнитных полей очень важна для снижения шума,который может нарушать функцию диагноза. Это - обладающий новизной признак предлагаемого вязкоупругого датчика по сравнению с обычными гидрофонами. Далее изобретение объясняется путм описания его вариантов реализации со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых фиг. 1 иллюстрирует пример вязкоупругого блока, входящего в состав датчика в соответствии с данным изобретением; фиг. 2 - задний элемент, адаптированный к вязкоупругому блоку, изображаемому в фиг. 1; фиг. 3 - вариант реализации датчика в соответствии с данным изобретением с пространственным разделением деталей, содержащихся в датчике, и фиг. 4 - тот же вариант реализации датчика, иллюстрируемого на фиг. 3 и установленного в модуле стетоскопа. Для более подробного описания конкретных вариантов реализации: сначала ссылка делается на фиг. 1. Фиг. 1 иллюстрирует боковую и горизонтальную проекции компактного корпуса 2, имеющего цилиндрическую внешнюю поверхность. Цилиндрический корпус 2 имеет внутренний канал/полость, открытые снизу. Форма канала/полости, по существу, соответствует форме верхних сечений заднего элемента 1,изображаемого на фиг. 2 и который более подробно описывается ниже. Верх цилиндрического корпуса 2 оканчивается, по существу, плоской или несколько дугообразной поверхностью; при этом указанная поверхность предназначается для прима звука от некоторого участка организма. Основная часть цилиндрического корпуса 2 состоит, по существу, из однородного и вязкоупругого материала 20, причм предпочтительным материалом 20 является резина, т.е. цилиндрический корпус 2 может быть предпочтительно выполнен из литой резины,предпочтительно - из кремнийорганического каучука. Фиг. 2 иллюстрирует задний элемент 1,выполненный с возможностью взаимодействия с цилиндрическим корпусом 2. На свом нижнем/заднем конце тврдый задний элемент 1 имеет основание 12 в виде пластины, при этом из указанного основания выступает вверх более узкая горловина 13, на которой в свою очередь находится головная часть большего диаметра. 6 Все эти части/секции заднего элемента 1 выполнены цилиндрическими и соосными, за исключением того, что передний/верхний конец головной части имеет форму конической поверхности 11. При вжатии головной части с е коническим наконечником 11 в полость цилиндрического тела 2 резиновая масса 20 защлкнется вокруг головной части и более узкой части 13 таким образом, что вязкоупругий материал 20 будет в тесном контакте с задним элементом 1 по всем поверхностям. Задний элемент 1 предпочтительно выполнен из металла и как цельная конструкция. Самое важное качество заднего элемента 1 заключается в том, что он может обеспечивать единообразное звуковое давление, оказываемое на(ещ конкретно не упоминавшийся) окружающий элемент акустоэлектрического преобразователя. Причина конического выполнения верхней/передней части преобразователя заключается именно в этом. Помимо звукоотражающих характеристик, т.е. тврдости материала, целесообразно иметь хорошие характеристики экранирования электромагнитного излучения, направленного на сам элемент преобразователя и его сигнальные выводы; и поэтому предпочтительно выполнить задний элемент, по меньшей мере его основание 12, из металла. Фиг. 3 изображает с пространственным разделением деталей выполнение датчика согласно данному изобретению. Две верхние части 1 и 2 являются деталями, упоминаемыми в связи с фиг. 1 и 2. Следующим элементом является двухсторонняя клейкая лента 3, которая не является обязательной, но может улучшить прикрепление для внешней пьезоэлектрической фольги 4; в изображаемом примере прямоугольный лист соответствующей длины плотно обрнут вокруг клейкой ленты 3 или непосредственно прилегает к вязкоупругому корпусу 2, и плотно удерживается с помощью отрезка клейкой ленты 5. Фольга 4 датчика образует элемент акустоэлектрического преобразователя датчика и обычно имеет тонкие (не изображены) сигнальные выводы, прикреплнные внутри и снаружи. Иллюстрируемый здесь вариант реализации основан на применении двух листов пьезоэлектрической фольги; и наружной фольгой 4 здесь поэтому является проводящая лента 6,которая предпочтительно является также двухсторонней клейкой лентой. Проводящая лента 6 обеспечивает электрический контакт между наружной стороной внутренней пьезоэлектрической фольги 4 и второй пьезоэлектрической фольгой 7, находящейся вне ленты 6. Клейкая лента 8 скрепляет обращнные друг к другу концы фольги 7; таким же образом, как и лента 5 на стыке фольги 4. Ссылочное обозначение 9 указывает обозначенную символом схему, подключнную к 7 внутренней и внешней сторонам одного из листов пьезоэлектрической фольги, для съма и обработки сигнальных напряжений, поступающих от фольги. В этом примере сигнальный провод также должен быть соединн с внутренней стороной фольги 4, чтобы использовать сигнал от обоих листов фольги 4 и 7. Иллюстрируемые листы пьезоэлектрической фольги 4 и 7 изображены на фиг. 3 в виде прямоугольных листов, обрнутых вокруг цилиндрической формы. Но также возможно использовать цилиндрическую фольгу, которая должна затем быть плотно навинчена по резьбе снаружи вязкоупругого корпуса 2. Возможно,что эта операция будет представлять некоторую трудность. Следует отметить, что данное изобретение также предусматривает другие типы акустоэлектрических преобразователей кроме пьезоэлектрической фольги; и ещ одним предпочтительным типом преобразователя является пьезоэлектрическое кольцо, несколько более жсткое,чем фольга, поскольку оно выполнено из керамического материала, но действует по тому же принципу, т.е. формирует разность напряжений между внутренней и наружной сторонами, когда некоторое давление воздействует изнутри. Фиг. 4 изображает сечение модуля 15 датчика стетоскопа, который является ручным прибором, используемым врачом для непосредственного применения на поверхности кожи или ткани пациента. Узел 10 датчика, тип которого изображн с пространственным разделением деталей на фиг. 3, представляет собой центральную часть, установленную внутри корпуса 16 датчика указанного модуля датчика; при этом передняя, по существу, плоская поверхность вязкоупругого корпуса 2 может быть выполнена с возможностью контактирования, например с поверхностью кожи, для съма изменений звукового давления. Ссылочное обозначение 17 указывает находящуюся в руке часть или основной корпус модуля 15 датчика; ссылочное обозначение 18 в общем указывает электронную схему обработки и усиления сигнала в модуле; при этом переключатели и сигнальные лампы в общем обозначены позицией 19. Действие вязкоупругого датчика заключается в съме звуковых волн, исходящих от ткани или кожи перед вязкоупругим корпусом 2, в результате чего звук передатся по вязкоупругой/вязкой среде 20. В вязкоупругой среде 20 энергия звука создат изменяющееся или динамическое давление, направленное внутрь элемента 4, 7 акустоэлектрического преобразователя; и указанное давление вызывает механическое растяжение (напряжение) в элементе 4, 7 акустоэлектрического преобразователя, которое в свою очередь непосредственно формирует электрическое напряжение. Поэтому изменение напряжения происходит с той же частотой и фазой, которыми характеризуется и звуковая 8 волна. Формируемым переменным напряжением является сигнал, который можно разнообразно усиливать, формировать, фильтровать и модифицировать в электронных схемах 18 простым для обработки и передачи на другие электронные схемы образом. Предлагаемый датчик описывается здесь в том виде, в каком его можно использовать в стетоскопе для обычных диагностических действий на теле человека. Контактную область для съма звуковых волн, исходящих из организма,можно формировать по желанию путм определения диаметра корпуса 2 датчика. Диагностические действия можно также выполнять за счт того варианта реализации изобретения, согласно которому используют элемент пьезоэлектрического преобразователя, имеющий высокочувствительную среду, окружающую вязкоупругий кремнийорганический материал. За счт незначительных изменений конфигурации и материалов концепцию данного изобретения можно осуществить для использования как в стетоскопах, так и в приборах, помещаемых в организме. Рабочий диапазон датчика: акустический диапазон от 20 Гц до 22 кГц, с возможностью его расширения с 0 Гц до 30 кГц для специальных целей. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Датчик для съма звука, исходящего из организма, содержащий акустоэлектрический преобразователь для преобразования звуковых колебаний в электрические выходные сигналы, и вязкоупругий блок, выполненный как адаптационная среда между поверхностью организма и акустоэлектрическим преобразователем таким образом, что передняя поверхность указанного блока выполнена с возможностью непосредственного контакта с поверхностью организма,отличающийся тем, что акустоэлектрический преобразователь состоит, по меньшей мере, из одного пьезоэлектрического элемента (4,7), плотно окружающего боковую поверхность вязкоупругого блока, при этом указанный вязкоупругий блок (2) имеет цилиндрическую внешнюю поверхность, и заднего элемента, выполненного цилиндрическим и из твердого материала, имеющего основание, контактирующее с задний поверхностью вязкоупругого блока. 2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что указанный акустический преобразователь образован, по меньшей мере, одной тонкой пьезоэлектрической фольгой (4, 7). 3. Датчик по п.2, отличающийся тем, что указанный акустический преобразователь образован двумя концентрически расположенными листами пьезоэлектрической фольги (4, 7) с возможностью помещения между ними проводящей фольги (6). 4. Датчик по п.3, отличающийся тем, что промежуточная проводящая фольга образована двухсторонней клейкой и проводящей лентой(6). 5. Датчик по одному из пп.2-4, отличающийся тем, что указанная электрическая фольга представляет собой плоскую фольгу, обрнутую вокруг вязкоупругого блока с возможностью фиксации прилегающих краев клейкой лентой. 6. Датчик по одному из пп.2-4, отличающийся тем, что пьезоэлектрическая фольга или листы пьезоэлектрической фольги имеют цилиндрическую форму и плотно навинчены по резьбе на вязкоупругом блоке. 7. Датчик по п.1, отличающийся тем, что элемент акустического преобразователя образо 10 ван керамическим кольцом, обладающим пьезоэлектрическим эффектом. 8. Датчик по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что указанный задний элемент (1) и указанный вязкоупругий блок (2) в области заднего конца имеют точно соответствующие друг другу формы, содержащие межсоединение, направленное вперд и имеющее, по существу, коническую форму. 9. Электронный стетоскоп, содержащий головной телефон с наушниками, имеющими громкоговорители; ручной звукоснимающий модуль (15) с датчиком (10) для съема звука по п.1 и электронной схемой (18) усилителя, и также соединительный вывод между указанным модулем (15) и указанным головным телефоном.