基于PZT材料的聲頻定向微型換能器建模與測試.pdf

1、聲頻定向揚聲器可以利用超聲波在空氣中的非線性交互作用產(chǎn)生高指向性的可聽聲。本文的研究對象是適用于個人便攜式移動多媒體通信設備中的聲頻定向微型揚聲器，旨在研究其關鍵組成部分—微型壓電超聲換能器(piezoelectricMicromachined Ultrasonic Transducer,pMUT)的動態(tài)性能，并對換能器的結構參數(shù)進行優(yōu)化。同時，基于對換能器陣列聲學參量陣指向性的分析結果，對換能器陣列參數(shù)進行了優(yōu)化。根據(jù)理論分析結果，設

2、計并制作出一款輸出聲壓較大、指向性較好、且性能穩(wěn)定的聲頻定向微型揚聲器。
　　 本文主要是根據(jù)壓電板殼的基本理論，建立了圓形懸膜式壓電超聲換能器拉伸和彎曲耦合運動的理論動力學模型，并分析換能器在低頻段的動力學特性?；趽Q能器中心振幅優(yōu)化了換能器上電極半徑，基于有效機電耦合系數(shù)優(yōu)化了換能器PZT層、Si層、粘接層等厚度。最后，設計了換能器的半徑以獲得換能器最佳工作頻率。由于換能器單元不能滿足輸出功率以及輸出指向性的要求，本文采用由

3、多個換能器單元按照一定方式排列、組合的換能器陣列。在考慮了偏軸效應和高頻聲波在空氣中傳播時的高速衰減的基礎上，推導出微型壓電超聲換能器陣列的聲學參量陣指向性函數(shù)，并以減小主瓣寬度、抑制旁瓣和消除柵板為目標優(yōu)化了換能器的陣列參數(shù)，最終得到換能器單元參數(shù)和陣列參數(shù)。
　　 基于優(yōu)化結果，制作出了微型壓電超聲換能器陣列的樣品。為了驗證理論分析的準確性，對換能器單元和陣列的樣品分別進行了頻譜測試、頻響測試、聲壓級測試以及指向性測試。測試