電容式微加工超聲傳感器（cMUT）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真.pdf

1、在超聲領(lǐng)域,壓電超聲傳感器是應(yīng)用較為廣泛的一種聲電轉(zhuǎn)換元件.但由于傳統(tǒng)的壓電傳感器存在著空氣與普通的壓電材料之間嚴(yán)重不耦合現(xiàn)象,所以壓電傳感器并不是高效率的超聲源.當(dāng)然,為了提高效率可以在空氣與壓電材料間增加耦合層,但這樣又會(huì)降低傳感器帶寬.現(xiàn)在,隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展,一種全新的超聲傳感器已經(jīng)出現(xiàn),它就是電容式微加工超聲傳感器(cMUT).由于其采用了表面微加工等微加工工藝,很好地克服了壓電傳感器的許多缺點(diǎn),且具有易于制造、尺寸小、自

2、身噪聲低、工作溫度范圍大以及易于實(shí)現(xiàn)電子集成等眾多優(yōu)點(diǎn),大有取代壓電傳感器之勢. 正是基于以上的這種情況,才提出了本課題的研究.本文根據(jù)國外相關(guān)的研究經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)了一種切實(shí)可行的cM[JT結(jié)構(gòu)和工藝流程,并對其進(jìn)行了仿真分析,最后給出了測試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì). 本文主要完成的工作: 1.查閱相關(guān)文獻(xiàn),了解國內(nèi)外對cMUT研究的最新動(dòng)態(tài).主要了解cMUT的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、激勵(lì)方式、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系以及加工方法和工藝流

3、程,并了解對cMUT的建模和仿真方法. 2. 設(shè)計(jì)出可用于測試的cMUT結(jié)構(gòu),并采用表面微加工工藝,設(shè)計(jì)出適合于結(jié)構(gòu)的加工工藝流程. 3. 利用有限元分析軟件ANSYS對結(jié)構(gòu)進(jìn)行3D建模和靜態(tài)、模態(tài)的仿真分析,得到結(jié)構(gòu)的固有共振頻率和振動(dòng)圖形. 4. 用ANSYS軟件里的耦合場分析模塊及參數(shù)化設(shè)計(jì)語言(APDL)進(jìn)行編程,對結(jié)構(gòu)進(jìn)行力電耦合模態(tài)和諧波仿真,并根據(jù)仿真的結(jié)果最終確定結(jié)構(gòu)方案. 5. 對用于c