超聲波感測裝置及其感測方法與流程

本發明涉及一種超聲波感測方法及使用該方法的超聲波感測裝置，特別是涉及一種用于生體檢測的超聲波感測方法及使用該方法的超聲波感測裝置。

背景技術：

現有技術的心率傳感裝置按照原理可以分為光學式感測裝置和超聲波式感測裝置。現有的超聲波式感測裝置通常包括超聲波發送單元、超聲波接收單元及用于偵測生體特征（如心跳、脈搏等）的薄膜晶體管陣列。現有技術中的超聲波式感測裝置均是通過檢測物體與空氣之間不同的反射波來獲得被測生物體的生體數據，其重點還是在于物體表面的偵測，對于生物醫療的領域的感測來說，是遠遠不夠的。為適應生物醫療領域中針對生物體內不同深度的感測的需求，需要能量更強的超聲波信號和更長的接收時間，以得到最佳的生醫感應效果。

技術實現要素：

有鑒于此，有必要提供一種感測效果較佳的超聲波感測方法及超聲波感測裝置。

一種超聲波感測方法，用于超聲波感測裝置，超聲波感測裝置包括一超聲波發射單元、一超聲波接收單元及一讀取層，讀取層包括若干輸入線和若干輸出線以及位于若干輸入線和若干輸出線相交位置的若干讀取像素，其包括以下步驟：超聲波發射單元依次發射超聲波；

超聲波接收單元接收超聲波轉換成電信號并發送給讀取層；依次開啟每一條輸入線上的讀取像素使其接收超聲波接收單元發送的電信號；

每一條輸入線開啟后，依次讀取若干條輸出線上的讀取像素的電信號，讀取完每一輸出線上的讀取像素的電信號后，超聲波發射單元發射一次超聲波。

一種超聲波感測裝置，其包括超聲波發射單元、超聲波接收單元及讀取層，所述超聲波發射單元用于發射超聲波，所述超聲波接收單元用于接收超聲波并轉換成電信號發送給所述讀取層，所述讀取層包括至少一輸入線和若干輸出線以及位于至少一輸入線和若干輸出線相交位置的若干讀取像素，依次開啟每一條輸入線上的讀取像素使其接收超聲波接收單元發送的電信號；每一條輸入線開啟后，依次讀取若干條輸出線上的讀取像素的電信號，讀取完每一輸出線上的讀取像素的電信號后，超聲波發射單元發射一次超聲波。

相較于現有技術，本發明的超聲波感測裝置通過調整各電極對之間的施加電壓，使發送單元的各發射源分別發出超聲波，這些超聲波疊加從而加強超聲波的能量。能量加強的超聲波可以抵達被測物體的深處，獲得更多的生體數據。本發明的超聲波感測裝置還通過在每一條輸出線上的各讀取像素被掃描完畢之后，發送單元發出新的超聲波，并且延長每一條輸出線上的各讀取像素信號的讀取時間至10μs以上，可以在發送單元發出超聲波之后有更多的時間來接收信號，以達到檢測生物體內不同深度生體特征的效果。

附圖說明

圖1是現有技術的超聲波感測裝置的立體分解示意圖。

圖2是圖1所示超聲波感測裝置的讀取單元的示意圖。

圖3是圖1所示超聲波感測裝置的驅動波形圖和接收波形圖。

圖4是本發明第一實施方式的超聲波感測裝置的驅動波形圖和接收波形圖。

圖5是本發明第二實施方式的超聲波感測裝置的的立體分解示意圖。

圖6是圖5所示超聲波感測裝置發射超聲波的示意圖。

圖7是本發明另一實施方式所示超聲波感測裝置發射超聲波的示意圖。

圖8是本發明又一實施方式所示超聲波感測裝置發射超聲波的示意圖。

圖9是本發明第三實施方式的超聲波感測裝置的立體分解示意圖。

圖10是圖9所示超聲波感測裝置發射超聲波的示意圖。

圖11是圖9所示超聲波感測裝置的讀取單元的示意圖。

圖12是圖9所示超聲波感測裝置的驅動波形圖和接收波形圖。

圖13是本發明第四實施方式的超聲波感測裝置的立體分解示意圖。

圖14是本發明第五實施方式的超聲波感測裝置的立體分解示意圖。

主要元件符號說明

超聲波感測裝置　　　100、200、300、400、500

超聲波發射單元　　　110、210、310、410、510

超聲波接收單元　　　120、220、320、420、520

讀取層　　　　　　　130、230、330、430、530

第一柔性電路板　　　140、240、340、440、540

第二柔性電路板　　　150、250、350、450、550

第三柔性電路板　　　160、260、360、460、560

發射元件　　　　　　111、211、311、411、511

第一導電結構　　　　113、213、313、413、513

第二導電結構　　　　115、215、315、415、515

接收元件　　　　　　121、221、321、421、521

第三導電結構　　　　123、223、323、423、523

膠體層　　　　　　　170、270、370、470、570

第一感測電極　　　　1131、2131、3131、4131、5131

第一方向　　　　　　X

第二方向　　　　　　Y

第二感測電極　　　　1151、2251、3135、4135、5135

第三感測電極　　　　1231、2231、3231、4231、5231

發射源　　　　　　　2101、3101

第一壓電單元　　　　3111、5111

第二壓電單元　　　　3211、5211

如下具體實施方式將結合上述附圖進一步說明本發明。

具體實施方式

請參閱圖1，圖1是現有技術中的的超聲波感測裝置100的立體分解示意圖。該超聲波感測裝置100可以用于感測生體特征，如血流、脈搏和心跳等。該超聲波感測裝置100可以單獨使用，也可以整合至電子裝置如智能手表、智能手環及智能手機等中使用。超聲波感測裝置100包括超聲波發射單元110、超聲波接收單元120、讀取層130、第一柔性電路板140、第二柔性電路板150及第三柔性電路板160。該超聲波接收單元120設置于該超聲波發射單元110上方，讀取層130位于該超聲波發射單元110與該超聲波接收單元120之間，第一柔性電路板140位于讀取層130與該超聲波發射單元110之間。該第二柔性電路板150位于該超聲波發射單元110遠離該超聲波接收單元120的一側，該第三柔性電路板160設置于該超聲波接收單元120遠離該超聲波發射單元110的一側。第一柔性電路板140和超聲波接收單元120分別通過膠體層170粘接在讀取層130兩側。超聲波發射單元110可以產生超聲波，超聲波穿過超聲波接收單元120以及第三柔性電路板160向外部射出。若此時，該超聲波感測裝置100與待測物體（例如人體皮膚）貼合，這些超聲波經待測反射后被超聲波接收單元120接收，通過收集這些反射信號可以用來計算血流、心跳等生體特征。

具體地，該超聲波發射單元110包括發射元件111、第一導電結構113及第二導電結構115，該發射元件111位于該第一導電結構113與該第二導電結構115之間。該第一導電結構113位于該第二柔性電路板150與該發射元件111之間，該第二導電結構115位于該發射元件111與該第一柔性電路板140之間。該第一導電結構113及該第二導電結構115用于產生壓差使該發射元件111振動而發出超聲波。

該超聲波接收單元120包括接收元件121和第三導電結構123，該第三導電結構123位于該接收元件121與該第三柔性電路板160之間。接收元件121用于接收從被測生物體反射回來的超聲波信號，該第三導電結構123用于將接收元件121接收到的超聲波轉換為電信號，該超聲波感測裝置100通過偵測該電信號獲得被測生物體的生體特征（如血流、脈搏等）。

優選地，該發射元件111及該接收元件121均為壓電材料，例如聚二氟亞乙烯（Polyvinylidene Fluoride,PVDF），鈦酸鋇(BaiO3)、鈦酸鉛(PbiO3)和鋯鈦酸鉛(Pb(Zri)O3,PZT)、鉭鈧酸鉛（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）。該第一導電結構113、第二導電結構115、第三導電結構123的可以由導電率較好的金屬材料制成，例如，銀、鋁、銅、鎳、金等高導電率材料，還可以由如透明導電材料(如氧化銦錫、氧化銦鋅)、銀、碳納米管或石墨烯等導電材料制成，但不限于以上材料。

該第二柔性電路板150、該第一導電結構113、該發射元件111、該第二導電結構115、該第一柔性電路板140、該讀取層130、該接收元件121、該第三導電結構123及該第三柔性電路板160按照上述順序自下而上層疊設置，該發射元件111和第一柔性電路板140分別通過膠體層170粘接讀取層130兩側。第一柔性電路板140、第二柔性電路板150分別與第二導電結構115、第一導電結構113相連，且為第二導電結構115、第一導電結構113提供電壓。第三柔性電路板160與第三導電結構123相連且為第三導電結構123傳輸數據。在本實施例中，第一柔性電路板140、第二柔性電路板150和第三柔性電路板160為三個獨立的柔性電路板，在本發明的其他實施例中，第一柔性電路板140、第二柔性電路板150和第三柔性電路板160可以是同一個柔性電路板。

請參閱圖2，該超聲波感測裝置100的讀取層130用于獲取超聲波接收單元120傳送的電信號并將該信號傳送至讀取電路（圖未示），該讀取電路根據獲得的信號計算出皮膚內血管與血流狀況等狀況。讀取層130可以由柔性材料制成，以適應不同的裝置形狀和檢測表面。具體地、讀取層130包括一讀取單元132，請參閱圖2，圖2是現有技術中,讀取單元132的結構示意圖。該讀取單元132包括多條沿第一方向X間隔設置的輸入線131和多條沿第二方向Y間隔設置的輸出線133，本實施方式中，第一方向X和第二方向Y相互垂直且定義多個位于相交處的讀取像素135。可以理解，在其他實施例中，讀取單元132包括至少一條輸入線131和至少一條輸出線133，且輸入線131和輸出線133可以是任意兩條相交線，對其形狀和角度不做限定。該讀取單元132還包括一數據接收開關和一數據讀取開關。各輸入線131的一端連接在一數據接收開關上，各輸出線133的一端連接在一數據讀取開關上。數據接收開關接收控制器發出的控制信號，控制各條輸入線131上讀取像素135的開啟或關閉，開啟時可接收來自超聲波接收單元120的電信號，數據讀取開關可以選擇性地讀取任意一條輸出線133上的讀取像素的電信號。該數據接收開關可以是一畫面組（GOP）電路，該數據讀取開關可以是一數據選擇器（MUX）。

第一導電結構113以及第二導電結構115用于同時為發射元件111施加電壓。該發射元件111作為信號發送層（Tx），在第一導電結構113以及第二導電結構115同時施加電壓時，產生振動而發出超聲波。在該超聲波感測裝置100與被測生物體貼合時，該超聲波到達該被測生物體并發生反射。所述接收元件121作為信號接收層（Rx），用于接收從該外界物體反射回的聲波，并將該聲波轉化為電信號。該電信號通過所述第一導電結構113傳遞至所述讀取層130的讀取單元132進行處理，以實現超聲波感測的功能。

使用該超聲波感測裝置100時，待測物體（如手腕）可以貼附于該超聲波感測裝置100上方，該第一導電結構113及第二導電結構115被施加電壓形成電壓差并使發射元件111產生振動，進而釋放超聲波。該超聲波穿過該超聲波接收單元120到達第三柔性電路板160向外射出。當待測物體，例如手腕，貼附于該第三柔性電路板160表面時，超聲波經待測物體反射后被接收元件121接收并通過第三導電結構123轉換成電信號并輸出至讀取層130被讀取單元132讀取出來。

現有技術中超聲波感測裝置100的感測方法包括以下步驟：

超聲波發射單元110發射超聲波；

超聲波接收單元120接收該超聲波轉換成電信號并發送給該讀取層130；

開啟讀取層130中第一條輸入線上131的讀取像素135使其接收超聲波接收單元120發送的電信號；

第一條輸入線131開啟后，依次讀取若干條輸出線133上的讀取像素135的電信號用于與預先存儲的數據相比較，計算信號變化值；

第一條輸入線131上的電信號讀取完后，該超聲波發射單元110發射一次超聲波，開啟另一條該輸入線131上的讀取像素135使其接收電信號并重復上述步驟直至所有讀取像素135的信號全部被讀取完畢。

下面結合圖3說明現有技術中超聲波感測裝置100的感測方法。圖3是現有技術中超聲波感測裝置100的驅動波形圖和接收波形圖，該驅動波形圖代表超聲波發射單元110的驅動電壓隨時間的變化波形圖，該接收波形圖代表該讀取層130讀取的信號隨時間的變化波形圖。其中，需要說明的是，圖3主要第一條和第二條輸入線131開啟時超聲波發射單元110的驅動電壓為例示意該超聲波感測裝置100的驅動波形圖，另外接收波形圖中也僅示意對第一條和第二條輸入線131上的所有讀取像素135進行讀取獲得的信號的接收波形圖，當然，該驅動波形圖和該接收波形圖為示意圖，實際上的驅動波形和接受波形可以不是圖中所示的形狀。讀取單元132的其他的輸入線131開啟時超聲波發射單元110的驅動電壓和讀取層130讀取的信號的接收波形與此類似，故不再重復示意。

請一并參閱圖2和圖3，現有技術中超聲波感測裝置100的感測方法包括以下步驟：

步驟一：超聲波發射單元110發出第一次超聲波，控制器（圖未示）發出控制信號使GOP電路開啟第一條輸入線131上的各讀取像素135，第一條輸入線131上的各讀取像素135接收電信號，該信號為超聲波反射回來轉換成的電信號。

步驟二：MUX讀取第一條輸入線131上各讀取像素135的信號，然后切換至第二條輸出線133讀取第二條輸出線133上的讀取像素135上電信號，依次讀取完所有輸出線133上的讀取像素135的信號后，獲得第一條輸入線131上各讀取像素135的信號，與預先存儲的數據相比較并計算信號變化值。

步驟三：當第一條輸入線131上的各讀取像素135讀取完之后，控制信號控制GOP電路關閉第一條輸入線131，并開啟第二條輸入線131，重復上述步驟直至所有讀取像素135的信號全部被讀取完畢。請參照圖3的接收信號圖，圖3的A點表示超聲波發射單元110發出第一次超聲波后，GOP電路開啟第一條輸入線131上的各讀取像素135，開始接收第一次信號。B點表示MUX開始讀取位于第一條輸出線133上的各讀取像素135的信號，B’表示讀取完第一條輸出線133上的各讀取像素135的信號。B到B’的時間間隔小于4us。相應地，C點表示MUX開始讀取第二條輸出線133上的各讀取像素135的信號，C’表示MUX讀取完第二條輸出線133上的各讀取像素135的信號。其中，B與C之間的感應時間小于6us。依次類推，D點表示MUX開始讀取最后一條輸出線133上的各讀取像素135的信號，D’表示MUX讀取完最后一條輸出線133上的各讀取像素135的信號。與A點相似，E點表示發射元件111發出第二次超聲波后，GOP電路開啟第二條輸入線131上的各讀取像素135開始接收第二次信號。F點表示MUX開始讀取位于第一條輸出線133上的各讀取像素135的信號，以此類推，以下不再贅述。

為適應生物醫療領域中針對生物體內不同深度的感測的需求，通常需要能量更強的超聲波以抵達生物體深處，因此，超聲波從發送至接收完成所需的時間更長。上述現有技術中的超聲波感測裝置100的每一條輸出線133的信號接收時間，即B到B’的時間小于4us，而讀取相鄰兩條輸出線133之間的間隔時間，即B與C之間的時間小于6us，為了配合更強的超聲波，需要延長信號的接收時間和間隔時間。

因此，本發明揭示了一種能夠提高超聲波能量，延長接收信號時間，可用于檢測生物體內不同深度生體檢測的超聲波感測方法及使用該方法的超聲波感測裝置。

本發明第一實施方式的超聲波感測方法可以應用于已知的超聲波感測裝置中，因此，本實施方式中僅以具有上述結構（圖1結構）的超聲波感測裝置為例，說明本發明第一實施方式的該超聲波感測方法。

本發明第一實施例中超聲波感測裝置100的感測方法包括以下步驟：

超聲波發射單元110發射超聲波；

超聲波接收單元120接收該超聲波轉換成電信號并發送給該讀取層130；

開啟第一條輸入線上131的該讀取像素135使其接收超聲波接收單元120發送的電信號；

第一條輸入線131上的各讀取像素135接收信號后，依次讀取該若干條輸出線133上的該讀取像素135的電信號用于計算信號變化值，每一條輸出線133上的各讀取像素135的信號讀取完畢后，該超聲波發射單元110發射一次超聲波；

第一條輸入線131上的電信號讀取完后，開啟第二條該輸入線131上的讀取像素135使其接收電信號并重復上述步驟直至所有讀取像素135的信號全部被讀取完畢。

下面結合圖4說明本發明第一實施方式超聲波感測裝置100的感測方法。請參閱圖4，圖4為本發明第一實施方式的超聲波感測裝置100的驅動波形圖以及其接收波形圖。其中。圖4的驅動波形圖代表超聲波發射單元110的驅動電壓隨時間的變化波形圖，該接收波形圖代表該讀取層130讀取的信號隨時間的變化波形圖。需要說明的是，圖4主要以第一條輸入線131開啟時超聲波發射單元110的驅動電壓為例示意該超聲波感測裝置100的驅動波形圖，另外接收波形圖中也僅示意第一條輸入線131上的所有讀取像素135進行掃描接收到的信號的接收波形圖，其他的輸入線131上的各讀取像素135開啟時超聲波發射單元110的超聲波發射單元110的驅動電壓和讀取層130讀取的信號的接收波形圖與此類似，故不再重復示意。

請一并參閱圖2和圖4，現有技術中超聲波感測裝置100的感測方法包括以下步驟：步驟一：超聲波發射單元110發出超聲波，控制器（圖未示）發出控制信號使GOP電路開啟第一條輸入線131上的各讀取像素135接收信號，該信號為超聲波反射回來轉換成的電信號。

步驟二：MUX開始讀取第一條輸出線133上的各讀取像素135的信號，當MUX讀取完第一條輸出線133上的各讀取像素135的信號后，超聲波發射單元110再次發出超聲波，MUX切換至第二條輸出線133讀取第二條輸出線133上的各讀取像素135的信號，當MUX讀取完第二條輸出線133上的各讀取像素135的信號后，超聲波發射單元110再次發出超聲波，以此類推。

步驟三：MUX依次讀取完所有輸出線133上的讀取像素135的信號。重復上述步驟，直至所有讀取像素135的信號全部被讀取完畢。每一次MUX開始讀取輸出線133上的讀取像素135的信號時，超聲波發射單元110就發出一次超聲波。

同樣地，請參照圖4的接收信號圖，圖4的A1點表示超聲波發射單元110發出超聲波后，GOP電路開啟第一條輸入線131開始接收第一次信號。B1點表示MUX開始讀取位于第一條輸出線133上的各讀取像素135的信號，B1’表示讀取完第一條輸出線133上的各讀取像素135的信號。B1到B1’的時間為第一條輸出線133上的所有讀取像素135的信號的讀取時間，B1到B1’時間為10us以上,并可以依據需要感應的需求而動態調整。C1點表示MUX開始讀取第二條輸出線133上的各讀取像素135的信號，C1’表示MUX讀取完第二條輸出線133上的各讀取像素135的信號，C1到C’的時間為第二條輸出線133上的所有讀取像素135的信號的讀取時間，其時間也在10us以上。B1到C1的時間為第一條輸出線133讀取完畢到第二條輸出線133讀取開始的時間，其時間也在10us以上。依此類推…從而獲得第一條輸入線131上各讀取像素135的信號。

通過延長每一條輸出線133上的所有各讀取像素135信號的讀取時間至10μs以上，本發明的超聲波感測裝置可以在超聲波發射單元110發出超聲波之后有更多的時間來接收信號，以達到檢測生物體內不同深度生體特征的效果。

現有技術中的超聲波感測裝置，多用于物體的表面測量，如指紋識別等。若將超聲波感測裝置應用于生體特征的感測領域，需要超聲波穿透生物體表面達到不同深度，因此，需要獲得能量更強的超聲波。為了解決上述，本發明第二實施例提供了一種能夠加強超聲波能量的超聲波感測裝置和超聲波感測方法。

請參閱圖5，圖5為本發明第二實施方式的超聲波感測裝置200的立體分解圖。該超聲波感測裝置200可以用于感測生體特征，如脈搏，心跳。該超聲波感測裝置200可以單獨使用，也可以整合至電子裝置如智能手表、智能手環及智能手機等中使用。超聲波感測裝置200包括超聲波發射單元210、超聲波接收單元220、讀取層230、第一柔性電路板240、第二柔性電路板250及第三柔性電路板260。該超聲波接收單元220設置于該超聲波發射單元210上方，該第一柔性電路板240和讀取層230位于該超聲波發射單元210與該超聲波接收單元220之間，讀取層230位于第一柔性電路板240上方。該第二柔性電路板250位于該超聲波發射單元210遠離該超聲波接收單元220的一側，該第三柔性電路板260設置于該超聲波接收單元220遠離該超聲波發射單元210的一側。第一柔性電路板240和超聲波接收單元220分別通過膠體層270粘接在讀取層230兩側。

該超聲波發射單元210包括發射元件211、第一導電結構213及第二導電結構215，該第一導電結構213及該第二導電結構215用于產生壓差使得該發射元件211發出超聲波。本實施方式中，該發射元件211位于該第一導電結構213與該第二導電結構215之間。該第一導電結構213位于該第二柔性電路板250與該發射元件211之間，該第二導電結構215位于該發射元件211與該第一柔性電路板240之間。

該超聲波接收單元220包括接收元件221和第三導電結構223。該第三導電結構223用于將接收元件221接收到的超聲波轉換為電信號，該超聲波感測裝置200通過偵測該電信號獲得生體特征（如心跳、血流等）。

優選地，該發射元件211及該接收元件221均為壓電材料，例如聚二氟亞乙烯（Polyvinylidene Fluoride, PVDF），鈦酸鋇(BaiO3)、鈦酸鉛(PbiO3)和鋯鈦酸鉛(Pb(Zri)O3, PZT)、鉭鈧酸鉛（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）。該第一導電結構213、第二導電結構215、第三導電結構223可以由導電率較好的金屬材料制成，例如，銀、鋁、銅、鎳、金等高導電率材料，還可以由如透明導電材料(如氧化銦錫、氧化銦鋅)、銀、碳納米管或石墨烯等導電材料制成，但不限于以上材料。

該第二柔性電路板250、該第一導電結構213、該發射元件211、該第二導電結構215、該第一柔性電路板240、該讀取層230、該第三導電結構223、該接收元件221及該第三柔性電路板260按照上述順序自下而上層疊設置，該發射元件211和第一柔性電路板240分別通過膠體層270粘接讀取層230兩側。該第一導電結構213可以通過膠體層粘接在該第二柔性電路板250上，可以直接形成在該第二柔性電路板250上。該第二導電結構215，可以通過膠體層粘接在該第一柔性電路板240上，也可以直接形成于該第一柔性電路板240上。該第三導電結構223可以通過膠體層粘接在該第三柔性電路板，也可以直接形成在該第三柔性電路板260上。此外，該發射元件211還可以通過膠體層粘接于該第一導電結構213與該第二導電結構215之間，該接收元件221也通過膠體層粘接于該與該第三導電結構223下方。特別地，該膠體層可以為導電膠體。第一柔性電路板240、第二柔性電路板250分別與第二導電結構215、第一導電結構213相連，且為第二導電結構215、第一導電結構213提供電壓。第三柔性電路板260與第三導電結構223相連且為第三導電結構223傳輸數據。在本實施例中，第一柔性電路板240、第二柔性電路板250和第三柔性電路板260為三個獨立的柔性電路板，在本發明的其他實施例中，第一柔性電路板240、第二柔性電路板250和第三柔性電路板260可以是同一個柔性電路板。

請參閱圖5及圖6，本發明第二實施方式中的第一導電結構213、第二導電結構215及第三導電結構223分別包括多個沿間隔設置的第一感測電極2131、第二感測電極2151及第三感測電極2231。各第一感測電極2131與第二感測電極2151一一對應設置，第一感測電極2131和相對應的的第二感測電極2151形成電極對。每一電極對與發射元件211構成一超聲波發射源2101，從而使得超聲波發射單元210形成有多個發射源2101。在實施例中，第三感測電極2231與第一感測電極2131及第二感測電極2151一一對應設置。在本發明的其他實施方式中，第三感測電極2231可以不與第一感測電極2131及第二感測電極2151一一對應設置。

該第一感測電極2131、第二感測電極2151及第三感測電極2231可以為長條矩形、波浪形、鋸齒形、點狀等形狀，但不限于上述形狀。本發明第二實施方式中，該第一感測電極2131、第二感測電極2151及第三感測電極2231均為條狀電極。發射元件211和接收元件221為面狀壓電材料。通過調整各電極對（即相應的第一感測電極2131和第二感測電極2151）之間的施加電壓，使多個發射源2101分別發出超聲波，這些超聲波疊加后獲得能量加強超聲波。這些能量加強的超聲波可以抵達被測物體的深處，獲得更多的生體數據。具體的，可以對各電極對的不同位置施加相同或不同的電壓，使多個發射源（圖未示）分別發出相同或不同的超聲波。

請參照圖6，圖6為本發明第二實施方式的超聲波感測裝置200發射超聲波的示意圖，需要注意的是，圖中省略了超聲波感測裝置200的部分元件，只重點描繪了超聲波發射單元210和超聲波接收單元220。同樣地，圖7和圖8也省略了超聲波感測裝置200的部分元件。通過調整各電極對（即相應的第一感測電極2131和第二感測電極2151）之間的施加電壓，使各發射源2101發出多個相位相同，振幅也相同的超聲波，該多個超聲波振幅相加從而加強的超聲波的能量。另外，在其他實施方式中，通過調整各發射源2101的施加電壓，可以調整各發射源2101發出的超聲波的相位和振幅，從而可以調整合成后的超聲波的加強點的位置。如圖7所示，通過調整各電極對（即相應的第一感測電極2131和第二感測電極2151）之間的施加電壓，使各發射源2101發出多個相位相同，振幅不同的超聲波，合成后的超聲波的加強點的位置組成與待測物體（如，手臂）表面的呈一非90°角的直線上。如圖8所示，通過調整各電極對（即相應的第一感測電極2131和第二感測電極2151）之間的施加電壓，使各發射源2101發出發出多超聲波，疊加后的超聲波的加強點的位置恰好在待測物體（如，手臂）表面的一條垂線上面。

該超聲波感測裝置200的讀取層230用于獲取超聲波接收單元220傳送的電信號并將該信號傳送至讀取電路（圖未示），該讀取電路根據獲得的信號計算出皮膚內血管與血流狀況。讀取層230可以由柔性材料制成，以適應不同的裝置形狀和檢測表面。其具體結構與上述讀取層130結構相同，因此，不再贅述。

另，本發明結合第一實施例和第二實施例，提供了一種發射超聲波能量增強，接收時間延長的超聲波感測裝置和超聲波感測方法。

請參閱圖9及圖10，圖9為本發明第三實施方式的超聲波感測裝置300的立體分解圖。

該超聲波感測裝置300可以用于感測生體特征，如脈搏，心跳。該超聲波感測裝置100可以單獨使用，也可以整合至電子裝置如智能手表、智能手環及智能手機等中使用。該超聲波感測裝置300包括超聲波發射單元310、超聲波接收單元320、第一柔性電路板340、第二柔性電路板350、第三柔性電路板360及讀取層330。本實施方式中，超聲波感測裝置300包括若干超聲波發射單元310。該超聲波接收單元320設置于該若干超聲波發射單元310上方，該第一柔性電路板340和讀取層330位于該若干超聲波發射單元310與該超聲波接收單元320之間，讀取層330位于第一柔性電路板340上方。該第二柔性電路板350位于該若干超聲波發射單元310遠離該超聲波接收單元320的一側，該第三柔性電路板360設置于該超聲波接收單元320遠離該若干超聲波發射單元310的一側。第一柔性電路板340和超聲波接收單元320分別通過膠體層370粘接在讀取層330兩側。該超聲波發射單元310包括發射元件311、第一導電結構313及第二導電結構315，該第一導電結構313及第二導電結構315用于產生壓差使得該發射元件311發出超聲波。本實施方式中，該發射元件311位于該第一導電結構313與該第二導電結構315之間。該第一導電結構313位于該第二柔性電路板350與該發射元件311之間，該若干第二導電結構315位于該發射元件311與該第一柔性電路板340之間。

該超聲波接收單元320包括接收元件321和第三導電結構323。該第三導電結構323用于將接收元件321接收到的超聲波轉換為電信號，該超聲波感測裝置300通過偵測該電信號以獲得生體特征（如心跳、血流等）。

優選地，該發射元件311及該接收元件321均為壓電材料，例如聚二氟亞乙烯（Polyvinylidene Fluoride, PVDF），鈦酸鋇(BaiO3)、鈦酸鉛(PbiO3)和鋯鈦酸鉛(Pb(Zri)O3, PZT)、鉭鈧酸鉛（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）。第一柔性電路板340、第二柔性電路板350及第三柔性電路板360可以為PET等塑料材料。該第一導電結構313、第二導電結構315、第三導電結構323可以由導電率較好的金屬材料制成，例如，銀、鋁、銅、鎳、金等高導電率材料，還可以由如透明導電材料(如氧化銦錫、氧化銦鋅)、銀、碳納米管或石墨烯等導電材料制成，但不限于以上材料。

該第二柔性電路板350、該第一導電結構313、該發射元件311、該第二導電結構315、該第一柔性電路板340、該讀取層330、該第三導電結構323、該接收元件321及該第三柔性電路板360按照上述順序自下而上層疊設置。發射元件311和第一柔性電路板340分別通過膠體層370粘接讀取層330兩側。該第一導電結構313可以通過膠體層粘接在該第二柔性電路板350上，可以直接形成在該第二柔性電路板350上。該第二導電結構315，可以通過膠體層粘接在該第一柔性電路板340上，也可以直接形成于該第一柔性電路板340上。該第三導電結構323可以通過膠體層粘接在該第三柔性電路板，也可以直接形成在該第三柔性電路板360上。此外，該發射元件311還可以通過膠體層粘接于該第一導電結構313與該第二導電結構315之間，該接收元件321也通過膠體層粘接于該與該第三導電結構323下方。特別地，該膠體層可以為導電膠體。第一柔性電路板340、第二柔性電路板350分別與第二導電結構315、第一導電結構313相連，且為第二導電結構315、第一導電結構313提供電壓。第三柔性電路板360與第三導電結構323相連且為第三導電結構323傳輸數據。在本實施例中，第一柔性電路板340、第二柔性電路板350和第三柔性電路板360為三個獨立的柔性電路板，在本發明的其他實施例中，第一柔性電路板340、第二柔性電路板350和第三柔性電路板360可以是同一個柔性電路板。

請參閱圖9及圖10，本發明第二實施方式中的第一導電結構313、第二導電結構315及第三導電結構323分別為多個沿同一方向間隔設置的第一感測電極3331、第二感測電極3151及第三感測電極3231。各第一感測電極3331、第二感測電極3151及第三感測電極3231一一對應設置，各第一感測電極3331和相對應的第二感測電極3151形成電極對。該第一感測電極3331、第二感測電極3151及第三感測電極3231的形狀可以為長條矩形、波浪形、鋸齒形或點狀等，但不限于上述形狀。本發明第三實施方式中，該第一感測電極3331、第二感測電極3151及第三感測電極3231均為條狀電極。

發射元件311包括多個第一壓電單元3111，且對應于第一感測電極3331及第二感測電極3151間隔設置。接收元件321包括多個第二壓電單元3211，且對應于第三感測電極3231間隔設置。第一壓電單元3111和第二壓電單元3211為條狀壓電材料。各電極對與夾設于各電極對中間的第一壓電單元3111組成若干超聲波發射源3101，從而使得超聲波發射單元310形成有多個發射源3101。通過調整各電極對（即相應的第一感測電極3331和第二感測電極3151）之間的施加電壓，使各發射源3101發分別出超聲波，這些超聲波疊加從而加強超聲波的信號。這些能量加強的超聲波可以抵達被測物體的深處，獲得更多的生體數據。具體的，可以對各電極對的不同位置施加相同或不同的電壓，使多個發射源（圖未示）分別發出相同或不同的超聲波。

相較于現有技術，使用面狀壓電材料和導電層作為接收元件321，本實施例中，使用條狀壓電材料和條狀感測電極作為接收元件，可以細化超聲波接收區域，從而提高超聲波感測裝置300的分辨率。

請參照圖10，通過調整各電極對（即相應的第一感測電極3331和第二感測電極3151）之間的施加電壓，使各發射源3101出多個振幅相加的超聲波。

該超聲波感測裝置300的讀取層330用于獲取超聲波接收單元320傳送的電信號并將該信號傳送至讀取電路（圖未示），該讀取電路根據獲得的信號計算出皮膚內血管與血流狀況進而得到使用者的心跳。讀取層330可以由柔性材料制成，以適應不同的裝置形狀和檢測表面。請參照圖11，本發明第三實施例的超聲波感測裝置300的超聲波感測裝置300結構與上述讀取層130結構相同，因此，不再贅述。

本發明第三實施例中超聲波感測裝置300的感測方法包括以下步驟：

超聲波發射單元310的多個發射源3101發射一組連續的超聲波；

超聲波接收單元320接收該超聲波轉換成電信號并發送給該讀取層330；

開啟第一條輸入線上331的該讀取像素335使其接收超聲波接收單元320發送的電信號；

第一條輸入線331上的各讀取像素335接收信號后，依次讀取該若干條輸出線333上的該讀取像素的電信號用于計算信號變化值，每一條輸出線333上的各讀取像素135的信號讀取完畢后，該超聲波發射單元310的多個發射源3101發射一組連續的超聲波；

第一條輸入線331上的電信號讀取完后，開啟第二條該輸入線331上的讀取像素335使其接收電信號并重復上述步驟直至所有讀取像素135的信號全部被讀取完畢。

請參閱圖12，圖12是本發明第三實施方式的驅動波形圖和接收波形圖，該驅動波形圖代表該超聲波發射單元310的驅動電壓隨時間的變化波形圖，該接收波形圖代表該讀取層330讀取的信號隨時間的變化波形圖。需要說明的是，圖12主要以第一條輸入線331上的讀取像素335開啟時超聲波發射單元110的驅動電壓為例示意該超聲波感測裝置300的驅動波形圖，圖12僅以四個發射源3101的信號為例表示該若干超聲波發射單元310發出的超聲波隨時間的變化波形圖，實際上，發射源3101不限于四個組。另外接收波形圖中也僅示意對第一條輸入線331上的讀取像素335進行掃描接收到的信號的接收波形圖，其他的輸入線331上的讀取像素335開啟時若干超聲波發射單元310的驅動電壓和讀取層330讀取的信號的接收波形圖與此類似，故不再重復示意。

請一并參閱圖12和11，本發明第三實施例中超聲波感測裝置300的感測方法的具體步驟為：

步驟1：本發明第三實施例中超聲波感測裝置300的四個發射源3101，即Tx1、Tx2、Tx3和Tx4依次發出一組連續的信號，且下一個發射源3101在上一個發射源3101發出的信號結束之前就開始發出信號，當最后一個發射源3101，即Tx4的信號結束之后，控制信號控制GOP電路開啟第一條輸入線331上的讀取像素335接收第一次信號。

步驟二：MUX開始讀取第一條輸出線333上的各讀取像素335的信號，用于與預先存儲的數據對比計算信號變化值。當MUX讀取完第一條輸出線333上的各讀取像素335的信號后，發射源3101（Tx1、Tx2、Tx3和Tx4）再次依次發出一組超聲波，MUX切換至第二條輸出線333讀取各讀取像素335的信號，當MUX讀取完第二條輸出線333上的各讀取像素335的信號后，發射源3101（Tx1、Tx2、Tx3和Tx4）再次依次發出一組超聲波。

步驟三：MUX依次讀取完所有輸出線333上的讀取像素335的信號后，重復步驟一和步驟二。每一次MUX開始讀取輸出線333上的讀取像素335的信號時，發射源3101（Tx1、Tx2、Tx3和Tx4）就依次發出一組超聲波。通過同樣的方法可以獲得所有讀取像素335的信號。

同樣地，請參照圖12的接收信號圖，圖12的A2點表示發射源3101（Tx1、Tx2、Tx3和Tx4）依次發出超聲波后，GOP電路開啟第一條輸入線331上的讀取像素335開始接收第一次信號。B2點表示MUX開始讀取位于第一條輸出線333上的各讀取像素335的信號，B2’表示讀取完第一條輸出線333上的各讀取像素335的信號。B2到B2’時間為讀取完第一條輸出線333上的各讀取像素335的信號的時間，且在10us以上, 并可依據需要感應的需求而動態調整。C2點表示MUX開始讀取第二條輸出線333上的各讀取像素335的信號，C2’表示MUX讀取完第二條輸出線333上的各讀取像素335的信號。B2到C2的時間為第一條輸出線333讀取完畢到第二條輸出線333讀取開始的時間。依此類推…從而獲得第一條輸入線331上各讀取像素335的信號。

通過在每一條輸出線333上的各讀取像素335被掃描完畢之后，延長每一條輸出線333上的各讀取像素335信號的讀取時間，本發明的超聲波感測裝置可以在發射源3101發出超聲波之后有更多的時間來接收信號，以達到檢測生物體內不同深度生體特征的效果。

請參閱圖13，圖13為本發明第四實施方式的超聲波感測裝置400的立體分解圖。該超聲波感測裝置400可以用于感測生體特征，如脈搏，心跳。該超聲波感測裝置400可以單獨使用，也可以整合至電子裝置如智能手表、智能手環及智能手機等中使用。超聲波感測裝置400包括超聲波發射單元410、超聲波接收單元420、讀取層430、第一柔性電路板440、第二柔性電路板450及第三柔性電路板460。該超聲波接收單元420設置于該超聲波發射單元410上方，該第一柔性電路板440和讀取層430位于該超聲波發射單元410與該超聲波接收單元420之間，讀取層430位于第一柔性電路板440上方。該第二柔性電路板450位于該超聲波發射單元410遠離該超聲波接收單元420的一側，該第三柔性電路板460設置于該超聲波接收單元420遠離該超聲波發射單元410的一側。第一柔性電路板440和超聲波接收單元420分別通過膠體層470粘接在讀取層430兩側。

該超聲波發射單元410包括發射元件411、第一導電結構413及第二導電結構415，該第一導電結構413及該第二導電結構415用于產生壓差使得該發射元件411發出超聲波。本實施方式中，該發射元件411位于該第一導電結構413與該第二導電結構415之間。該第一導電結構413位于該第二柔性電路板450與該發射元件411之間，該第二導電結構415位于該發射元件411與該第一柔性電路板440之間。

該超聲波接收單元420包括接收元件421和第三導電結構423。該第三導電結構423用于將接收元件421接收到的超聲波轉換為電信號，該超聲波感測裝置400通過偵測該電信號獲得生體特征（如心跳、血流等）。

優選地，該發射元件411及該接收元件421均為壓電材料，例如聚二氟亞乙烯（Polyvinylidene Fluoride, PVDF），鈦酸鋇(BaiO3)、鈦酸鉛(PbiO3)和鋯鈦酸鉛(Pb(Zri)O3, PZT)、鉭鈧酸鉛（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）。該第一導電結構413、第二導電結構415、第三導電結構423可以由導電率較好的金屬材料制成，例如，銀、鋁、銅、鎳、金等高導電率材料，還可以由如透明導電材料(如氧化銦錫、氧化銦鋅)、銀、碳納米管或石墨烯等導電材料制成，但不限于以上材料。

該第二柔性電路板450、該第一導電結構413、該發射元件411、該第二導電結構415、該第一柔性電路板440、該讀取層430、該第三導電結構423、該接收元件421及該第三柔性電路板460按照上述順序自下而上層疊設置，該發射元件411和第一柔性電路板440分別通過膠體層470粘接讀取層430兩側。該第一導電結構413可以通過膠體層粘接在該第二柔性電路板450上，可以直接形成在該第二柔性電路板450上。該第二導電結構415，可以通過膠體層粘接在該第一柔性電路板440上，也可以直接形成于該第一柔性電路板440上。該第三導電結構423可以通過膠體層粘接在該第三柔性電路板，也可以直接形成在該第三柔性電路板460上。此外，該發射元件411還可以通過膠體層粘接于該第一導電結構413與該第二導電結構415之間，該接收元件421也通過膠體層粘接于該與該第三導電結構423下方。特別地，該膠體層可以為導電膠體。第一柔性電路板440、第二柔性電路板450分別與第二導電結構415、第一導電結構413相連，且為第二導電結構415、第一導電結構413提供電壓。第三柔性電路板460與第三導電結構423相連且為第三導電結構423傳輸數據。在本實施例中，第一柔性電路板440、第二柔性電路板450和第三柔性電路板460為三個獨立的柔性電路板，在本發明的其他實施例中，第一柔性電路板440、第二柔性電路板450和第三柔性電路板460可以是同一個柔性電路板。

請參閱13，本發明第四實施方式中的第一導電結構413、第二導電結構415及第三導電結構423分別包括多個相互間隔且呈矩陣排列的第一感測電極4131、第二感測電極4151及第三感測電極4431。各第一感測電極4131與第二感測電極4151一一對應設置，各第一感測電極4131和相對應的各第二感測電極4151形成電極對。每一電極對與發射元件411構成一超聲波發射源（圖未示），從而使得超聲波發射單元410形成有多個發射源（圖未示）。

本發明第四實施方式中，該第一感測電極4131、第二感測電極4151及第三感測電極4431均為塊狀電極。發射元件411和接收元件421為面狀壓電材料。與本發明第二實施方式的超聲波感測裝置200相似，通過調整各電極對（即相應的第一感測電極4131和第二感測電極4151）之間的施加電壓，使多個發射源（圖未示）分別發出超聲波，這些超聲波疊加后獲得能量加強超聲波。這些能量加強的超聲波可以抵達被測物體的深處，獲得更多的生體數據。

該超聲波感測裝置400的讀取層430用于獲取超聲波接收單元420傳送的電信號并將該信號傳送至讀取電路（圖未示），該讀取電路根據獲得的信號計算出皮膚內血管與血流狀況。讀取層430可以由柔性材料制成，以適應不同的裝置形狀和檢測表面。其具體結構與上述讀取層130結構相同，因此，不再贅述。

上述超聲波感測方法均適用于本發明第四實施方式的超聲波感測裝置400中，因此，不再贅述。

請參閱圖14，圖14為本發明第五實施方式的超聲波感測裝置500的立體分解圖。該超聲波感測裝置500可以用于感測生體特征，如脈搏，心跳。該超聲波感測裝置500可以單獨使用，也可以整合至電子裝置如智能手表、智能手環及智能手機等中使用。超聲波感測裝置500包括超聲波發射單元510、超聲波接收單元520、讀取層530、第一柔性電路板540、第二柔性電路板550及第三柔性電路板560。該超聲波接收單元520設置于該超聲波發射單元510上方，該第一柔性電路板540和讀取層530位于該超聲波發射單元510與該超聲波接收單元520之間，讀取層530位于第一柔性電路板540上方。該第二柔性電路板550位于該超聲波發射單元510遠離該超聲波接收單元520的一側，該第三柔性電路板560設置于該超聲波接收單元520遠離該超聲波發射單元510的一側。第一柔性電路板540和超聲波接收單元520分別通過膠體層570粘接在讀取層530兩側。

該超聲波發射單元510包括發射元件511、第一導電結構513及第二導電結構515，該第一導電結構513及該第二導電結構515用于產生壓差使得該發射元件511發出超聲波。本實施方式中，該發射元件511位于該第一導電結構513與該第二導電結構515之間。該第一導電結構513位于該第二柔性電路板550與該發射元件511之間，該第二導電結構515位于該發射元件511與該第一柔性電路板540之間。

該超聲波接收單元520包括接收元件521和第三導電結構523。該第三導電結構523用于將接收元件521接收到的超聲波轉換為電信號，該超聲波感測裝置500通過偵測該電信號獲得生體特征（如心跳、血流等）。

優選地，該發射元件511及該接收元件521均為壓電材料，例如聚二氟亞乙烯（Polyvinylidene Fluoride, PVDF），鈦酸鋇(BaiO3)、鈦酸鉛(PbiO3)和鋯鈦酸鉛(Pb(Zri)O3, PZT)、鉭鈧酸鉛（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）。該第一導電結構513、第二導電結構515、第三導電結構523可以由導電率較好的金屬材料制成，例如，銀、鋁、銅、鎳、金等高導電率材料，還可以由如透明導電材料(如氧化銦錫、氧化銦鋅)、銀、碳納米管或石墨烯等導電材料制成，但不限于以上材料。

該第二柔性電路板550、該第一導電結構513、該發射元件511、該第二導電結構515、該第一柔性電路板540、該讀取層530、該第三導電結構523、該接收元件521及該第三柔性電路板560按照上述順序自下而上層疊設置，該發射元件511和第一柔性電路板540分別通過膠體層570粘接讀取層530兩側。該第一導電結構513可以通過膠體層粘接在該第二柔性電路板550上，可以直接形成在該第二柔性電路板550上。該第二導電結構515，可以通過膠體層粘接在該第一柔性電路板540上，也可以直接形成于該第一柔性電路板540上。該第三導電結構523可以通過膠體層粘接在該第三柔性電路板，也可以直接形成在該第三柔性電路板560上。此外，該發射元件511還可以通過膠體層粘接于該第一導電結構513與該第二導電結構515之間，該接收元件521也通過膠體層粘接于該與該第三導電結構523下方。特別地，該膠體層可以為導電膠體。第一柔性電路板540、第二柔性電路板550分別與第二導電結構515、第一導電結構513相連，且為第二導電結構515、第一導電結構513提供電壓。第三柔性電路板560與第三導電結構523相連且為第三導電結構523傳輸數據。在本實施例中，第一柔性電路板540、第二柔性電路板550和第三柔性電路板560為三個獨立的柔性電路板，在本發明的其他實施例中，第一柔性電路板540、第二柔性電路板550和第三柔性電路板560可以是同一個柔性電路板。

請參閱13，本發明第四實施方式中的第一導電結構513、第二導電結構515及第三導電結構523分別包括多個沿同一方向間隔設置的第一感測電極5131、第二感測電極5151及第三感測電極5531。各第一感測電極5131與第二感測電極5151一一對應設置，第一導電結構513和第二導電結構515的二相對應的第一感測電極5131和第二感測電極5151形成電極對。本發明第四實施方式中，該第一感測電極5131、第二感測電極5151及第三感測電極5531均為條狀電極。

發射元件511和接收元件521由壓電材料制成，發射元件511和接收元件521分別包括相互間隔且呈矩陣排列的第一壓電單元5111和第二壓電單元5211。從而使每一電極對與夾設于該電極對之間的一第一壓電單元5111構成一超聲波發射源（圖未示），從而使得超聲波發射單元510形成有多個發射源（圖未示）。

與本發明第二實施方式的超聲波感測裝置200相似，通過調整各電極對（即相應的第一感測電極5131和第二感測電極5151）之間的施加電壓，使多個發射源（圖未示）分別發出超聲波，這些超聲波疊加后獲得能量加強超聲波。這些能量加強的超聲波可以抵達被測物體的深處，獲得更多的生體數據。具體的，可以對電極對的不同位置施加相同或不同的電壓，使多個發射源（圖未示）分別發出相同或不同的超聲波。

該超聲波感測裝置500的讀取層530用于獲取超聲波接收單元420傳送的電信號并將該信號傳送至讀取電路（圖未示），該讀取電路根據獲得的信號計算出皮膚內血管與血流狀況。讀取層430可以由柔性材料制成，以適應不同的裝置形狀和檢測表面。其具體結構與上述讀取層130結構相同，因此，不再贅述。

上述超聲波感測方法均適用于本發明第四實施方式的超聲波感測裝置500中，因此，不再贅述。

相較于現有技術，本發明的超聲波感測裝置通過調整各電極對之間的施加電壓，使發送單元的各發射源分別發出超聲波，這些超聲波疊加從而加強超聲波的能量。能量加強的超聲波可以抵達被測物體的深處，獲得更多的生體數據。本發明的超聲波感測裝置還通過在每一條輸出線上的各讀取像素被掃描完畢之后，延長每一條輸出線上的各讀取像素信號的讀取時間，可以在發送單元發出超聲波之后有更多的時間來接收信號，以達到檢測生物體內不同深度生體特征的效果。