面向水下成像應(yīng)用的微電容超聲波換能器線陣設(shè)計及測試.pdf

1、超聲成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)診斷、無損檢測、超聲顯微鏡和水下探測等多個領(lǐng)域內(nèi)具有廣泛的應(yīng)用前景。超聲波換能器是超聲成像設(shè)備的核心部件，傳統(tǒng)的壓電式超聲波換能器由于種種限制已不能滿足現(xiàn)代超聲檢測的需求，而新型的電容式超聲波換能器（CMUT）以其靈敏度高、頻帶寬、與介質(zhì)阻抗匹配及適合制造集成陣列等優(yōu)勢已逐漸成為各國的研究熱點，被認為是下一代超聲傳感器的發(fā)展方向。本文在研究了超聲成像理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有的加工技術(shù)，設(shè)計了適用于水下超聲成像的一維16元

2、CMUT線陣，并針對線陣的設(shè)計、加工、封裝及性能測試等開展了較為詳細的研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對超聲成像換能器陣列輻射聲場及指向性問題進行了研究；分析了一維線陣聲束的聚焦、偏轉(zhuǎn)，并對影響超聲成像圖像質(zhì)量的空間分辨率和偽像問題進行了簡單的研究分析。⑵根據(jù)ANSYS有限元仿真確定了敏感單元的結(jié)構(gòu)尺寸以及工作電壓、塌陷電壓、靜態(tài)電容、變化電容和輸出電流等性能參數(shù)；在敏感單元的設(shè)計基礎(chǔ)上，研究了陣元間距、陣元寬度及陣元數(shù)目對一維

3、線陣指向性的影響，并確定了一維線陣的結(jié)構(gòu)參數(shù)。⑶結(jié)合現(xiàn)有的加工工藝水平及實驗室前期的加工經(jīng)驗，優(yōu)化了基于硅-硅鍵合的加工工藝路線并完成了一維CMUT線陣的加工；針對換能器線陣面向水下應(yīng)用的需求，設(shè)計了防水性能和透聲性能良好的封裝外殼。⑷對線陣的表面形貌進行了簡單測試，測試發(fā)現(xiàn)器件的實際尺寸與設(shè)計尺寸基本相符，驗證了加工流程的準確性和可行性；對超聲波換能器發(fā)射和接收超聲波的性能進行了測試，并研究了直流偏置電壓和交流激勵電壓對換能器發(fā)射性能