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

1、超聲成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)診斷、無損檢測(cè)、超聲顯微鏡和水下探測(cè)等多個(gè)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(cè)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(shì)已逐漸成為各國(guó)的研究熱點(diǎn)，被認(rèn)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(jì)了適用于水下超聲成像的一維16元

2、CMUT線陣，并針對(duì)線陣的設(shè)計(jì)、加工、封裝及性能測(cè)試等開展了較為詳細(xì)的研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對(duì)超聲成像換能器陣列輻射聲場(chǎng)及指向性問題進(jìn)行了研究；分析了一維線陣聲束的聚焦、偏轉(zhuǎn)，并對(duì)影響超聲成像圖像質(zhì)量的空間分辨率和偽像問題進(jìn)行了簡(jiǎn)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(jì)基礎(chǔ)上，研究了陣元間距、陣元寬度及陣元數(shù)目對(duì)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(shí)驗(yàn)室前期的加工經(jīng)驗(yàn)，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(duì)換能器線陣面向水下應(yīng)用的需求，設(shè)計(jì)了防水性能和透聲性能良好的封裝外殼。⑷對(duì)線陣的表面形貌進(jìn)行了簡(jiǎn)單測(cè)試，測(cè)試發(fā)現(xiàn)器件的實(shí)際尺寸與設(shè)計(jì)尺寸基本相符，驗(yàn)證了加工流程的準(zhǔn)確性和可行性；對(duì)超聲波換能器發(fā)射和接收超聲波的性能進(jìn)行了測(cè)試，并研究了直流偏置電壓和交流激勵(lì)電壓對(duì)換能器發(fā)射性能