空气耦合式电容微超声换能器的设计与分析

发布时间：2018-10-24 19:25

【摘要】：传统的电容式微超声换能器(CMUT)采用密闭腔体,振膜两侧存在压力差不易起振,需要施加较大的偏置电压;同时狭小腔体对振膜振动产生阻碍,降低了机电耦合效率。针对这一问题,设计了带孔的振膜结构,消除了腔体密闭带来的不利影响;研究了振膜腐蚀孔的大小、位置对CMUT频率特性的影响;设计了基于表面硅牺牲层工艺的工艺流程,加工了64阵元CMUT阵列;对CMUT阵列中单个阵元进行了阻抗校准,测试了振膜的谐振特性,并进行了阵列中的阵元一致性扫查。实验结果表明:非密闭腔体带孔方膜CMUT满足设计需求,且各阵元之间一致性良好。
[Abstract]:The traditional capacitive micro-ultrasonic transducer (CMUT) adopts a closed cavity, the pressure difference on both sides of the diaphragm is not easy to start vibration, and a large bias voltage is needed. At the same time, the narrow cavity hinders the vibration of the diaphragm and reduces the efficiency of electromechanical coupling. In order to solve this problem, the diaphragm structure with holes is designed to eliminate the adverse effects of cavity sealing; the influence of the size and location of the corrosion hole on the frequency characteristics of CMUT is studied; and the process flow based on the surface silicon sacrificial layer process is designed. A 64 array CMUT array is fabricated and the impedance calibration of a single element in the CMUT array is carried out. The resonance characteristics of the diaphragm are tested and the array element consistency scan is carried out. The experimental results show that the square membrane CMUT with holes in the non-closed cavity meets the design requirements and the consistency among the elements is good.
【作者单位】： 天津大学精密测试技术与仪器国家重点实验室;北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院;
【基金】：国家自然科学基金青年基金(61201039) 光电信息与仪器北京市工程研究中心开放课题项目资助
【分类号】：TB552

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