面向水下应用的电容式微机械超声换能器

电容式微机械超声换能器具有宽频带和易于制造二维阵列等优势,已经成为一种重要的新型超声换能器。该文针对图像声呐系统对新型超声换能器的迫切需求,提出了一种电容式微机械超声换能器结构和参数,并利用硅微加工技术制备出了该换能器,最后对其主要性能参数进行了测试和分析。测试结果表明该换能器具有发射和接收超声波的功能,中心工作频率为1.965 MHz,6 dB相对带宽达到109.4%,在1 MHz、2 MHz和3 MHz频率时的接收灵敏度分别为􀀀218.29 dB、􀀀219.39 dB和􀀀218.11 dB。该文研制的电容式微机械超声换能器显示出了优秀的宽频带特性,且工作频率和接收灵敏度性能均基本满足了高频图像声呐系统的需求。

面向CMUT换能器的微弱信号检测电路设计与分析

针对电容式微机械超声换能器(CMUT)在声-电转换过程中产生的微弱电信号检测难的问题,提出了两种微弱信号检测电路,基于电荷检测原理的电荷放大电路和基于电流检测原理的跨阻放大电路。首先对两种电路结构的瞬态及交流小信号特性进行仿真分析并进行电路性能测试,然后两种电路分别与CMUT换能器连接,进行超声波信号检测试验。测试结果表明:电荷放大电路具有高增益特性,其放大倍数为1×10^(11)倍,其信噪比为20.57 dB;跨阻放大电路通过反馈电阻将CMUT换能器输出的微弱电流信号转换和放大为电压信号,放大倍数为560倍,信噪比为38.05 dB。跨阻放大电路利用反馈电容引入极点的方式,增加了电路的稳定性。经过理论、仿真以及实际测试对比,跨阻放大电路更加适合CMUT换能器微弱信号的检测与放大。