用于气体传感的电容式微机械超声阵列设计

作     者：卓文军 吴丽翔 陈曦 王俊力 王高峰 ZHUO Wenjun;WU Lixiang;CHEN Xi;WANG Junli;WANG Gaofeng

作者机构：武汉大学计算机学院湖北武汉430072 杭州电子科技大学电子信息学院浙江杭州310018 

基　　金：国家自然科学基金国际(地区)合作与交流基金资助项目[NSFC-ANR项目(中法)] 

出 版 物：《压电与声光》 (Piezoelectrics & Acoustooptics)

年 卷 期：2018年第40卷第6期

页      码：896-900页

摘      要：电容式微机械超声阵列(CMUT)是微机电系统(MEMS)气体传感器的常用结构之一。为了在尽可能降低功耗的前提下,提高气体传感器的灵敏度,对电容式微机械超声阵列尺寸进行优化。首先基于一阶集总电机械振动模型进行理论分析,发现其灵敏度与塌陷电压成正相关,并主要受振膜厚度、电极间距和电极半径影响,以此为依据设计符合要求的参数。然后使用COMSOL多物理场仿真软件,综合结构特点、空气阻尼、外接电路、弹性软化等因素的影响,提出一种更接近实际的有限元模型。将理论分析结果代入,对尺寸参数进行进一步优化,得到塌陷电压11.3V,灵敏度-3.253×1017 Hz/kg,共振频率4.858MHz,品质因数121.45的电容式微机械超声阵列。

主 题 词：电容式微机械超声阵列 灵敏度 共振频率 塌陷电压 有限元分析 

学科分类：080801[080801] 0808[工学-自动化类] 08[工学] 0805[工学-能源动力学] 080502[080502] 080101[080101] 0801[工学-力学类] 

D　O　I：10.11977/j.issn.1004-2474.2018.06.022

馆 藏 号：203417230...