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基于CMUT环形阵列的反射超声成像方法
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作者 秦祚敏 薛铮 +4 位作者 刘书睿 张国军 杨玉华 张文栋 何常德 《微纳电子技术》 CAS 2024年第1期137-143,共7页
电容式微机械超声换能器(CMUT)具有频带宽、制造成本低、易与电路集成等优点,在医学成像领域具有广阔的应用前景。CMUT高密度阵元、低制造成本的特点使其拥有制备超声环形阵列独特的优势。基于CMUT环形阵列提出了反射式超声成像算法,采... 电容式微机械超声换能器(CMUT)具有频带宽、制造成本低、易与电路集成等优点,在医学成像领域具有广阔的应用前景。CMUT高密度阵元、低制造成本的特点使其拥有制备超声环形阵列独特的优势。基于CMUT环形阵列提出了反射式超声成像算法,采用k-Wave工具箱搭建模型进行仿真实验,验证了算法的可行性。搭建了基于32阵元CMUT环形阵列的超声成像验证平台,通过旋转实现稀疏阵元的反射式超声成像。图像重建结果表明,该反射成像算法可实现目标体重建,目标体直径测试值为6.14 cm,与目标体直径实际值6.00 cm相比,成像误差为2.33%,验证了CMUT环形阵列在超声成像中应用的可行性。该研究为进一步研制基于高密度CMUT换能器的超声成像系统提供了参考。 展开更多
关键词 电容式微机械超声换能器(cmut) 环形阵列 反射 超声成像 医学成像
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一种基于正面对准的CMUT制备工艺
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作者 刘书睿 秦祚敏 +5 位作者 王靖文 曾祥铖 赵晨雅 王智豪 王任鑫 杨玉华 《微纳电子技术》 CAS 2024年第9期168-176,共9页
基于晶圆键合的电容式微机械超声换能器(CMUT)制备工艺凭借其对膜厚控制度高、制备过程简单且良品率高等优势,是当前CMUT的主要制备工艺之一。分析了上电极位置准确性对CMUT发射声压的影响,结合薄膜透光率和光刻机正面对准精度高的特点... 基于晶圆键合的电容式微机械超声换能器(CMUT)制备工艺凭借其对膜厚控制度高、制备过程简单且良品率高等优势,是当前CMUT的主要制备工艺之一。分析了上电极位置准确性对CMUT发射声压的影响,结合薄膜透光率和光刻机正面对准精度高的特点,提出了一种基于正面对准的CMUT制备工艺并完成了CMUT阵列的制备。制备过程中通过两种开窗工艺获得正面对准标记,通过正面对准的方式实现上电极金属图形化,提高了上电极金属制备的可重复性和准确性。挑选制备好的CMUT阵列进行了一致性测试,经测试其接收灵敏度在-207.30~-208.01 dB以内,表明基于此工艺制备的CMUT阵列具有很好的一致性,为后续大规模批量制备用于无损检测和超声医疗成像的CMUT器件奠定了基础。 展开更多
关键词 电容式微机械超声换能器(cmut) 晶圆键合 正面对准 一致性 金属图形化
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基于相控阵与合成孔径聚焦方法的CMUT阵列虚拟声源成像技术
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作者 张甜 宋金沙 +3 位作者 乔冰琴 邵星灵 武洋 王智豪 《微纳电子技术》 CAS 2024年第4期147-155,共9页
对电容式微机械超声换能器(CMUT)阵列成像中的相控阵(PA)和合成孔径聚焦技术(SAFT)的综合方法进行研究,使用CMUT子阵列形成虚拟声源,并利用虚拟声源的辐射能量进行超声成像。通过对比不同孔径的超声波声束发散程度,得到CMUT阵列最佳子... 对电容式微机械超声换能器(CMUT)阵列成像中的相控阵(PA)和合成孔径聚焦技术(SAFT)的综合方法进行研究,使用CMUT子阵列形成虚拟声源,并利用虚拟声源的辐射能量进行超声成像。通过对比不同孔径的超声波声束发散程度,得到CMUT阵列最佳子孔径阵元数量为9,CMUT阵列实验通过将子孔径阵元数量从1到15依次增加,观察水中两个不同深度的钉子成像清晰度来验证最佳子孔径阵元数量。与传统全矩阵捕捉(FMC)成像技术相比,多阵元SAFT合成的虚拟声源辐射能力更强,所以有更好的探测深度,同时由于利用子阵列进行超声数据采集,因此减少了CMUT超声成像系统的硬件采集通道数。 展开更多
关键词 电容式微机械超声换能器(cmut)阵列 合成孔径 相控阵(PA) 虚拟声源 超声成像
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Design and characterization of a multi-ring nested CMUT array for hydrophone
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作者 Licheng Jia Rihui Xue Fansheng Meng 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 2024年第11期58-62,共5页
This paper presents the design,fabrication,packaging,and characterization of a high-performance CMUT array.The array,which features rectangular cells fabricated using a sacrificial release process,achieves a receiving... This paper presents the design,fabrication,packaging,and characterization of a high-performance CMUT array.The array,which features rectangular cells fabricated using a sacrificial release process,achieves a receiving sensitivity of-231.44 d B(re:1 V/μPa)with a 40 d B gain.Notably,the CMUT array exhibits a minimal sensitivity variation of just 0.87 d B across a temperature range of 0 to 60°C.Furthermore,the output voltage non-linearity at 1 k Hz is approximately 0.44%.These test results demonstrate that the reception performance of the 67-element CMUT array is superior to that of commercial transducers.The high performance and compact design of this CMUT array underscore its significant commercial potential for hydrophone applications. 展开更多
关键词 cmut array mirco-electro-mechanical systems(mems) receiving sensitivity non-linearity
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Development of an Integrated CMUTs-Based Resonant Biosensor for Label-Free Detection of DNA with Improved Selectivity by Ethylene-Glycol Alkanethiols
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作者 Zhikang Li Yihe Zhao +7 位作者 Gian Luca Barbruni Jie Li Zixuan Li Jiawei Yuan Ping Yang Libo Zhao Zhuangde Jiang Sandro Carrara 《Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第10期231-241,共11页
Gravimetric resonant-inspired biosensors have attracted increasing attention in industrial and point-ofcare applications,enabling label-free detection of biomarkers such as DNA and antibodies.Capacitive micromachined ... Gravimetric resonant-inspired biosensors have attracted increasing attention in industrial and point-ofcare applications,enabling label-free detection of biomarkers such as DNA and antibodies.Capacitive micromachined ultrasonic transducers(CMUTs)are promising tools for developing miniaturized highperformance biosensing complementary metal–oxide–silicon(CMOS)platforms.However,their operability is limited by inefficient functionalization,aggregation,crosstalk in the buffer,and the requirement for an external high-voltage(HV)power supply.In this study,we aimed to propose a CMUTs-based resonant biosensor integrated with a CMOS front–end interface coupled with ethylene–glycol alkanethiols to detect single-stranded DNA oligonucleotides with large specificity.The topography of the functionalized surface was characterized by energy-dispersive X-ray microanalysis.Improved selectivity for onchip hybridization was demonstrated by comparing complementary and non-complementary singlestranded DNA oligonucleotides using fluorescence imaging technology.The sensor array was further characterized using a five-element lumped equivalent model.The 4 mm^(2) application-specific integrated circuit chip was designed and developed through 0.18 lm HV bipolar-CMOS-double diffused metal–oxide–silicon(DMOS)technology(BCD)to generate on-chip 20 V HV boosting and to track feedback frequency under a standard 1.8 V supply,with a total power consumption of 3.8 mW in a continuous mode.The measured results indicated a detection sensitivity of 7.943×10^(-3) lmol·L^(-1)·Hz^(-1) over a concentration range of 1 to 100 lmol·L^(-1).In conclusion,the label-free biosensing of DNA under dry conditions was successfully demonstrated using a microfabricated CMUT array with a 2 MHz frequency on CMOS electronics with an internal HV supplier.Moreover,ethylene–glycol alkanethiols successfully deposited self-assembled monolayers on aluminum electrodes,which has never been attempted thus far on CMUTs,to enhance the selectivity of bio-functionalization.The findings of this study indicate the possibility of full-on-chip DNA biosensing with CMUTs. 展开更多
关键词 Capacitive micromachined ultrasonic transducers(cmuts) DNA detection Self-assembled monolayer(SAM) Ethylene-glycol alkanethiols Application-specific integrated circuit(ASIC)
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面向CMUT换能器的驱动电路设计与优化
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作者 沈姝君 何常德 +1 位作者 张彦军 张国军 《舰船电子工程》 2024年第6期148-154,共7页
电容式微机械超声换能器(CMUT)具有良好的电声特性、体积小、容易制作阵列等优势,在医学和船舶领域具有广泛的应用前景。论文针对自主研制的一种密排结构CMUT超声换能器的驱动需求,设计了基于FPGA和以MAX14808芯片为核心的驱动电路。用... 电容式微机械超声换能器(CMUT)具有良好的电声特性、体积小、容易制作阵列等优势,在医学和船舶领域具有广泛的应用前景。论文针对自主研制的一种密排结构CMUT超声换能器的驱动需求,设计了基于FPGA和以MAX14808芯片为核心的驱动电路。用该电路产生方波脉冲,在单端时钟、差分时钟、透明模式下进行了相差角、延迟时间、CMUT收发测试,比较了优缺点。测试结果表明,驱动电路的输出与INP1/INN1输入之间的相差角一致、单端和差分时钟模式下输出与INP1/INN1输入之间的延迟时间差距较小。收发测试时,接收信号随着距离的增加呈指数型衰减,随着输入电压的增加基本呈线性增加且有较小弧度,单端时钟模式的稳定性最好。驱动电路的时钟模式设计,能够重新同步主控芯片的所有数据输入,以减少与FPGA输出信号相关的相位噪声。论文为水下和医疗的超声成像系统提供了硬件支持,为CMUT测试研究提供方法。 展开更多
关键词 电容式微机械超声换能器 驱动电路 超声成像系统 时钟模式 透明模式
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基于牺牲层工艺的CMUT阵列设计制造及性能表征
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作者 梁永 孟繁胜 +3 位作者 王任鑫 张国军 贾利成 张文栋 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第3期108-111,共4页
电容式微机械超声换能器(CMUT)具备比压电式超声换能器微型化、高密度阵元集成、高机电耦合系数等优势,在医学成像、流量测量等领域展现出巨大的潜力。本文基于牺牲层释放工艺,设计并成功制造了高密度集成的微型CMUT阵元,在水中对其进... 电容式微机械超声换能器(CMUT)具备比压电式超声换能器微型化、高密度阵元集成、高机电耦合系数等优势,在医学成像、流量测量等领域展现出巨大的潜力。本文基于牺牲层释放工艺,设计并成功制造了高密度集成的微型CMUT阵元,在水中对其进行了性能测试和表征。实验结果显示,该换能器具有优异的发射线性度(非线性度为0.74%),以及良好的发射和接收灵敏度。此外,轴向声压衰减趋势符合负指数衰减规律,并且具备出色的指向性能(-6dB主瓣宽度为26°),同时旁瓣干扰极小。 展开更多
关键词 电容式微机械超声换能器 牺牲层释放工艺 线性度 发射灵敏度 指向性
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一种凸纹薄膜CMUT阵列的设计与实现
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作者 余远昱 王久江 +1 位作者 刘鑫 张双 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第12期1863-1870,共8页
为提升电容式微机械超声换能器(CMUT)的输出声压,提出一种新型凸纹薄膜CMUT阵列设计与实现方法。首先结合解析法与有限元分析法设计器件;然后结合牺牲层释放工艺与电镀方法在CMUT电极上制备尺寸为3μm×2μm的镍凸纹圆环;最后对凸... 为提升电容式微机械超声换能器(CMUT)的输出声压,提出一种新型凸纹薄膜CMUT阵列设计与实现方法。首先结合解析法与有限元分析法设计器件;然后结合牺牲层释放工艺与电镀方法在CMUT电极上制备尺寸为3μm×2μm的镍凸纹圆环;最后对凸纹薄膜CMUT阵列进行光学、电学与声学特性测量。声学测量结果表明在塌陷模式下78%的工作点范围内,凸纹薄膜CMUT的输出声压均比常规的平膜CMUT高。当直流偏置电压为160 V时,凸纹薄膜CMUT的输出声压提升21.2%,3-dB相对带宽为54%。本研究成果为新型CMUT的设计与实现提供了有益的指导。 展开更多
关键词 电容式微机械超声换能器 凸纹薄膜cmut 输出声压 牺牲层释放工艺 塌陷模式cmut
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基于16×4阵元CMUT面阵的三维超声反射成像 被引量:1
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作者 胡淑敏 杨玉华 +4 位作者 裴毓 何常德 张国军 王任鑫 张文栋 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2023年第3期399-405,共7页
为实现非接触式三维超声反射成像,搭建了基于16×4阵元电容式微机械超声换能器(CMUT)面阵的反射成像系统。利用面阵上单个阵元发射、所有阵元接收的方式对硅油中的铝块进行了三维成像测试。采用B模式及二次谐波两种成像算法分别对... 为实现非接触式三维超声反射成像,搭建了基于16×4阵元电容式微机械超声换能器(CMUT)面阵的反射成像系统。利用面阵上单个阵元发射、所有阵元接收的方式对硅油中的铝块进行了三维成像测试。采用B模式及二次谐波两种成像算法分别对来自铝块的反射信号进行处理,获取被测物的三维图像及对应的二维切片。基于16×4阵元CMUT面阵的反射成像系统能够确定铝块的位置,实验B模式图像和二次谐波图像中铝块与换能器的距离重建偏差分别为3.63%及1.47%。该系统可实现对被测物的三维反射成像,且三维反射图像中被测铝块的表面清晰可见,重建偏差小,信噪比高。 展开更多
关键词 电容式微机械超声换能器(cmut) 微电子机械系统(MEMS) 超声反射成像 B模式成像 谐波成像
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用于环形阵列的基于晶圆键合制备的CMUT阵列
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作者 刘书睿 王智豪 +5 位作者 李照东 王靖文 赵晨雅 曾祥铖 张国军 王任鑫 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2023年第12期1973-1981,共9页
与传统的表面微加工相比,基于晶圆键合制备的电容式微机械超声换能器(CMUT)具有更高的良品率和可靠性。提出了一种基于晶圆键合的CMUT制备方法,设计并制备了可应用于环形阵列的CMUT阵列。利用有限元仿真分析软件COMSOL Multiphysics建立... 与传统的表面微加工相比,基于晶圆键合制备的电容式微机械超声换能器(CMUT)具有更高的良品率和可靠性。提出了一种基于晶圆键合的CMUT制备方法,设计并制备了可应用于环形阵列的CMUT阵列。利用有限元仿真分析软件COMSOL Multiphysics建立了CMUT微元模型并进行仿真分析,在此基础上制备CMUT。换能器性能测试结果表明,CMUT中心频率为5.2 MHz,封装后中心频率为3 MHz,-6 dB相对灵敏度分数带宽为150%。此外,通过声学测试对换能器的发射和接收性能进行评估,其发射声压响应为161.37 dB@3 MHz,接收灵敏度为-214.68 dB@3 MHz。最后,利用该CMUT进行目标体检测,验证了该CMUT水下工作的能力,为后续超声层析成像的CMUT高密度环形阵列研究奠定基础。 展开更多
关键词 电容式微机械超声换能器(cmut) 有限元分析(FEA) 晶圆键合 高灵敏度 无损检测
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面向CMUT的多通道数据采集系统 被引量:1
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作者 邢晨茹 韩建宁 +1 位作者 蔺红彦 郝国栋 《现代信息科技》 2023年第14期48-53,共6页
随着医学超声成像系统的不断发展,电容式微机械超声换能器(CMUT)的应用日益增多。为了满足电容式微机械超声换能器在超声采集过程中的实时性、高精度、多通道数据采集需求,基于Altera公司的EP4CE10F17C8型号芯片,结合16位8通道的同步采... 随着医学超声成像系统的不断发展,电容式微机械超声换能器(CMUT)的应用日益增多。为了满足电容式微机械超声换能器在超声采集过程中的实时性、高精度、多通道数据采集需求,基于Altera公司的EP4CE10F17C8型号芯片,结合16位8通道的同步采样芯片AD7606进行CMUT超声换能器信号的采集与传输,实现CMUT超声换能器的信号处理、采集、传输与显示一体化。 展开更多
关键词 cmut EP4CE10F1717N AD7606 多通道数据采集
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Simulation Study of CMUT for Pressure Sensing Applications
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作者 Yan Zhou Jie Liu +1 位作者 Xin Lu Quanfang Chen 《Journal of Harbin Institute of Technology(New Series)》 CAS 2023年第3期22-31,共10页
Capacitive micromechanical ultrasonic transducers(CMUTs)have been widely studied because they can be used as substitutes for piezoelectric ultrasonic transducers in imaging applications.However,it is unclear whether a... Capacitive micromechanical ultrasonic transducers(CMUTs)have been widely studied because they can be used as substitutes for piezoelectric ultrasonic transducers in imaging applications.However,it is unclear whether and how CMUTs can be developed for sensors incorporating other functions.For instance,researchers have proposed the use of CMUTs for pressure sensing,but fundamental and practical application issues remain unsolved.This study explored ways in which a pressure sensor can be properly developed based on a CMUT prototype using a simulation approach.A three-dimensional finite element model of CMUTs was designed using the COMSOL Multiphysics software by combining the working principle of CMUTs with pressure sensing characteristics in which the resonance frequency of the CMUT cell shifts accordingly when it is subjected to an external pressure.Simultaneously,when subjected to pressure,the CMUT membrane deforms,thus the pressure can be reflected by the change in the capacitance. 展开更多
关键词 capacitive micromechanical ultrasonic transducers(cmuts) pressure sensor collapsing voltage resonance frequency CAPACITANCE finite element multi-physics simulation
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基于薄板理论的密排结构CMUT发射声场研究
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作者 沈姝君 何常德 +5 位作者 张彦军 高鹏飞 张国军 杨玉华 王任鑫 张文栋 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第1期98-104,111,共8页
由微机电系统(MEMS)工艺制作的电容式微机械超声换能器(CMUT),其具有宽频带,易与电子电路集成制作等优势,在医学成像领域具有广阔的应用前景。为了研究一种密排结构CMUT超声换能器的发射声场特征,该文提出了一种简单的物理域相互作用分... 由微机电系统(MEMS)工艺制作的电容式微机械超声换能器(CMUT),其具有宽频带,易与电子电路集成制作等优势,在医学成像领域具有广阔的应用前景。为了研究一种密排结构CMUT超声换能器的发射声场特征,该文提出了一种简单的物理域相互作用分析方法。基于薄板的振动理论,由CMUT单元的声学辐射原理及特性计算得到CMUT阵元辐射声场的解析解。通过振膜振动分布实验验证了采用薄板振动理论一阶振型方程的正确性。通过仿真和实验研究了CMUT发射单元在不同排布方式和条件下的声场分布、声轴声压和指向性,为CMUT的设计和性能分析提供了理论依据。 展开更多
关键词 电容式微机械超声换能器 薄板振动 声场 声轴声压 指向性 声发射特性
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一种基于MATLAB的CMUT阵列设计与成像仿真方法 被引量:7
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作者 张慧 何常德 +3 位作者 苗静 李玉平 张文栋 薛晨阳 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第4期490-494,共5页
为了分析阵列设计参数与成像效果的关系,提高微电容超声传感器(CMUT)阵列设计的可靠性,提出了一种仿真CMUT阵列水下成像方法。设计了一种CMUT结构,振膜厚3μm,振动单元边长1.16 mm,ANSYS仿真得出中心频率为464 kHz。讨论了阵列参数与声... 为了分析阵列设计参数与成像效果的关系,提高微电容超声传感器(CMUT)阵列设计的可靠性,提出了一种仿真CMUT阵列水下成像方法。设计了一种CMUT结构,振膜厚3μm,振动单元边长1.16 mm,ANSYS仿真得出中心频率为464 kHz。讨论了阵列参数与声束指向性关系,以空间脉冲响应理论为基础提出了一种可显示CMUT阵列成像效果图的仿真设计方法。通过MATLAB对该方法的仿真,模拟了不同结构的CMUT线阵在不同激励形式下的水下成像。仿真结果表明,64阵元且阵元中心距0.5λ的CMUT线阵在单脉冲激励下成像效果最好。该仿真方法的实验结果与理论一致,且相比单纯理论分析该方法结论更直观,考虑成像影响因素更全面。 展开更多
关键词 电容式微加工超声传感器(cmut) 阵列设计 空间脉冲响应理论 水下成像仿真
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电容式微机械超声传感器(CMUT)声场特性分析 被引量:4
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作者 王朝杰 王红亮 +2 位作者 段培盛 陈一波 胡晓峰 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2016年第12期1-4,共4页
为研究CMUT指向性,将CMUT微元看成圆形活塞式换能器,根据指向性函数的理论,计算出CMUT微元的指向性公式,依据Bridge乘积原理,推导出了一种计算CMUT阵元、CMUT一维线阵和CMUT面阵指向性公式,并利用MATLAB软件对CMUT微元、阵元、线阵和面... 为研究CMUT指向性,将CMUT微元看成圆形活塞式换能器,根据指向性函数的理论,计算出CMUT微元的指向性公式,依据Bridge乘积原理,推导出了一种计算CMUT阵元、CMUT一维线阵和CMUT面阵指向性公式,并利用MATLAB软件对CMUT微元、阵元、线阵和面阵指向性进行了仿真分析,得出CMUT类型对指向性、主瓣宽度和旁瓣的影响,证实了多维模型的优势,为CMUT结构优化设计提供了基础。基于CMUT微元声场理论分析基础,根据瑞利-索末菲积分公式推导出CMUT阵元、CMUT阵列的辐射声场分布函数,并仿真验证了其聚焦和指向性性能。 展开更多
关键词 电容式微机械超声传感器(cmut) 声场 指向性 MATLAB 仿真
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基于叠加法消除CMUT测量拖尾的研究 被引量:3
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作者 郑冠儒 张慧 +1 位作者 李志 曾周末 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期219-225,共7页
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... 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。 展开更多
关键词 电容式微加工超声传感器(cmut) 测量拖尾 盲区 弹簧-质量-阻尼模型
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CMUT非线性机理及抑制方法 被引量:1
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作者 吕云飞 王红亮 王朝杰 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期265-268,275,共5页
在平行板电容模型中,静电力在电容式微机械超声换能器(CMUT)的工作中发挥着不可替代的作用,由于静电力具有非线性,使得CMUT在发射过程中存在非线性特性。为消除、抑制CMUT的非线性,应用的方法有:去除直流偏置电压,此方法虽然可消除CMUT... 在平行板电容模型中,静电力在电容式微机械超声换能器(CMUT)的工作中发挥着不可替代的作用,由于静电力具有非线性,使得CMUT在发射过程中存在非线性特性。为消除、抑制CMUT的非线性,应用的方法有:去除直流偏置电压,此方法虽然可消除CMUT非线性,但会严重影响发射声压、灵敏度和机电耦合系数等性能;根据功率谱抑制效果,改变激励源信号类型抑制非线性,仿真结果显示余弦信号、阶跃脉冲信号和双极性方波信号对CMUT非线性的抑制分别为-6dB、-10dB、-19dB;依据倍角公式,采用线性和非线性补偿方法抑制非线性,仿真结果显示,对CMUT非线性的抑制分别为-87dB、-78dB。经过仿真分析得出,采用线性和非线性补偿法来抑制CMUT非线性,效果明显,优于前两种方法。 展开更多
关键词 电容式微机械超声换能器(cmut) 静电力 非线性 二次谐波 激励信号补偿
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基于Si-SOI键合工艺的CMUT二维面阵研制 被引量:1
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作者 王月 何常德 张文栋 《压电与声光》 CAS 北大核心 2021年第4期528-532,共5页
该文设计、制作并测试了一种用于实时三维超声成像的电容式微机械超声换能器(CMUT)二维面阵。根据二维面阵指向性分析,设计了中心频率1 MHz、阵元间距0.7λ(λ为波长)的16×16阵元CMUT二维面阵,并利用硅-绝缘体上硅(Si-SOI)键合工... 该文设计、制作并测试了一种用于实时三维超声成像的电容式微机械超声换能器(CMUT)二维面阵。根据二维面阵指向性分析,设计了中心频率1 MHz、阵元间距0.7λ(λ为波长)的16×16阵元CMUT二维面阵,并利用硅-绝缘体上硅(Si-SOI)键合工艺完成了CMUT二维面阵的加工。通过对CMUT二维面阵进行电容-电压(C-V)测试,发现静态电容测试值与设计值基本一致,测量了CMUT二维面阵中64个阵元的电容,测量的平均电容为26.3 pF,其标准差为4.27 pF,验证了所制造的器件具有良好的均匀性。在水中测试了CMUT二维面阵的超声发射和接收功能,得到测试距离与实际距离偏差不到1%,实验表明,不同距离下CMUT的发射和接收能力良好。 展开更多
关键词 电容式微机械超声换能器(cmut) 二维面阵 硅-绝缘体上硅(Si-SOI)键合 电容-电压(C-V)测试 收发特性
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CMUT面阵制备中的硅通孔金属互连工艺设计 被引量:1
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作者 王月 何常德 张文栋 《现代电子技术》 2021年第3期162-166,共5页
CMUT面阵上电极引线随着阵列数目的增多越来越难实现,根据这一情况提出使用硅通孔互连的方法将上电极引到器件背面,通过通孔和微凸点实现与PCB板的垂直电连接。根据实际需求,设计一种基于CMUT面阵的无电镀硅通孔金属互连制备方法,采用... CMUT面阵上电极引线随着阵列数目的增多越来越难实现,根据这一情况提出使用硅通孔互连的方法将上电极引到器件背面,通过通孔和微凸点实现与PCB板的垂直电连接。根据实际需求,设计一种基于CMUT面阵的无电镀硅通孔金属互连制备方法,采用深硅刻蚀技术得到通孔,使用磁控溅射镀膜机在通孔内壁沉积金属,实现了任意尺寸硅通孔的快速金属互连。通过比较不同尺寸的通孔直径,实验分析确定380μm厚的硅片最优通孔直径为150μm,此孔径通孔垂直度高,通孔间的电阻均相对较小约为0.6~0.9Ω,通孔导通良好。同时,深硅刻蚀后的通孔都存在过刻现象,在过刻25μm以内,金属图形化时应该留有足够安全距离,为CMUT面阵换能器制备提供实践依据。 展开更多
关键词 cmut面阵 上电极引线 TSV技术 深硅刻蚀 磁控溅射 金属互连
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电容式微加工超声传感器(cMUT)的结构设计及仿真 被引量:4
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作者 宋光德 刘娟 栗大超 《纳米技术与精密工程》 CAS CSCD 2005年第2期156-159,共4页
与传统的压电传感器相比,电容式微加工超声传感器(cMUT)性能优良,有着广泛的应用前景.为此,介绍了cMUT的基本结构和工作原理,并提出了一种新型结构.利用有限元分析软件ANSYS对这种结构进行模态分析,得到其共振频率和一阶振动图;利用ANSY... 与传统的压电传感器相比,电容式微加工超声传感器(cMUT)性能优良,有着广泛的应用前景.为此,介绍了cMUT的基本结构和工作原理,并提出了一种新型结构.利用有限元分析软件ANSYS对这种结构进行模态分析,得到其共振频率和一阶振动图;利用ANSYS的耦合场分析模块和参数化设计语言(APDL),对结构进行力电耦合仿真,获得其直流偏压和作为发射器时所需的交流电压值.分析结果表明,所设计的结构符合设计要求. 展开更多
关键词 超声传感器 微加工 电容式 结构设计 仿真 有限元分析软件 ANSYS 压电传感器 工作原理 共振频率 模态分析 新型结构 设计语言 分析模块 力电耦合 分析结果 直流偏压 设计要求 本结构 参数化 耦合场 电压值 发射器
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