电容式微机械超声换能器线阵的设计及超声成像

• 作者: 索文宇 任勇峰 吴敏 吴子君 何常德
• 来源期刊: 微纳电子技术
• 关键词: 微电子机械系统(MEMS) 电容式微机械超声换能器(CMUT) 线阵 全聚焦成像 超声成像
• 年，卷（期）: 2021,（7）
• 所属期刊栏目: MEMS与传感器|MEMS and Sensors
• 页码范围: 612-620
• 页数: 9页
• 分类号: TB552
• 语种: 中文
• DOI: 10.13250/j.cnki.wndz.2021.07.008

摘要

随着微电子机械系统(MEMS)技术的发展,电容式微机械超声换能器(CMUT)以其良好的特性在超声成像领域获得越来越多的关注,为了验证不同结构的CMUT线阵对超声成像分辨率的影响,提出一种CMUT成像方法.首先设计了一种CMUT结构,中心频率为3 MHz,以全聚焦成像理论为基础,通过MATLAB仿真,构建了 CMUT模型和散射点,模拟了 CMUT线阵在水下的全聚焦成像,仿真结果表明了 128阵元且中心间距为0.5λ的CMUT结构成像效果最好,并搭建CMUT水下测试系统,测试了设计的CMUT的发射性能、接收性能和成像效果,C-V特性曲线显示,直流偏置电压为0 V,CMUT静态电容为732 pF.薄膜振动形态均匀圆润,最大振动位移可达到543.57 pm,最大振动速度可达6.683 mm/s,发射波形和接收波形不失真,实现了二维水下超声成像,证明了水下目标体的存在,完全可以满足成像要求,且仿真结果与理论一致,为后续的CMUT阵列成像系统提供了参考依据.