空气耦合电容式微超声换能器设计

建立了空气耦合电容式微超声换能器(CMUT)的理论方法,分析CMUT各个结构参数对其性能参数的影响。根据理论分析结果结合无损检测应用背景设计了一个由16个阵元构成的CMUT阵列,并采用SOI晶圆键合工艺制作。该阵列每个阵元包含16个圆形CMUT敏感单元,敏感单元的半径400μm,中心频率230 kHz。建立CMUT发射和接收瞬态仿真模型分别得到CMUT发射声压和接收灵敏度与激励电压的关系,并通过实验测试验证该仿真模型的准确性。最后通过实验对CMUT与商用压电空耦超声换能器的性能进行对比,实验结果表明CMUT的发射声压和接收灵敏度与商用换能器达到相同数量级,并且能够成功激发和接收铝合金板中A_0模态Lamb波。

空气耦合电容式微超声换能器线阵设计与测试

电容式微超声换能器(CMUT)作为一种新型的MEMS器件,在空气耦合无损检测领域具有较大的研究价值;设计了一种在空气介质中使用的电容式微超声换能器阵列,阵列由8个阵元组成,每个阵元包含16个CMUT敏感单元;介绍了CMUT换能器的原理和设计方法,利用FieldⅡ仿真了不同参数下的阵列指向性;对加工出的CMUT阵列进行了表面形貌测试和声学实验测试。实验结果表明:所加工的CMUT阵列满足设计要求,实验结果同仿真结果一致。

基于叠加法消除CMUT测量拖尾的研究

介绍了一种针对空气耦合电容式微加工超声传感器(CMUT)近场盲区的消除方法。从CMUT传感器本身的工作原理出发,通过计算CMUT传感器的集中等效参数建立了CMUT的弹簧-质量-阻尼等效模型,根据此模型分析了CMUT传感器拖尾信号产生的原因、激励脉冲宽度与拖尾信号的长度和能量的关系等;设计了反相叠加激励信号,证明了叠加法对消除CMUT拖尾信号的有效性;设计了由FPGA、信号驱动电路、信号提取电路、信号采集卡构成的测试系统;实验测试显示,该方法可以有效地改善CMUT传感器的盲区范围。