摘要：该文设计、制作并测试了一种用于实时三维超声成像的电容式微机械超声换能器(CMUT)二维面阵。根据二维面阵指向性分析,设计了中心频率1 MHz、阵元间距0.7λ(λ为波长)的16×16阵元CMUT二维面阵,并利用硅-绝缘体上硅(Si-SOI)键合工艺完成了CMUT二维面阵的加工。通过对CMUT二维面阵进行电容-电压(C-V)测试,发现静态电容测试值与设计值基本一致,测量了CMUT二维面阵中64个阵元的电容,测量的平均电容为26.3 pF,其标准差为4.27 pF,验证了所制造的器件具有良好的均匀性。在水中测试了CMUT二维面阵的超声发射和接收功能,得到测试距离与实际距离偏差不到1%,实验表明,不同距离下CMUT的发射和接收能力良好。

摘要：提出了一种新的压阻式超声传感器结构,该结构由主振梁和微传感梁组成,在声压的作用下,主振梁振动从而带动微传感梁的振动。通过有限元软件Ansys仿真分析该结构的灵敏度,并与悬臂梁结构压阻式声传感器相比,结果表明灵敏度有了一定的提高。为了实现结构的优化,仿真了结构的尺寸与共振频率的关系,对相同共振频率的结构进行了静力分析,计算并对比了不同尺寸结构的灵敏度,从而得到灵敏度最高的结构,实现了结构的优化。

摘要：超声波信号检测及放大是搭建水下超声系统的基础,当微型电容式超声换能器(CMUT)处于接收状态时,电容值变化量为pF级,这对信号检测与放大电路设计提出了很高的要求。在进行了CMUT工作原理分析、C-V特性测试、电荷放大原理理论分析、仿真及实验后,所设计的电路灵敏度可达到2.5 V/pF,该电路性能优良,可集成度高,可推动CMUT的广泛应用。

摘要：为了分析阵列设计参数与成像效果的关系,提高微电容超声传感器(CMUT)阵列设计的可靠性,提出了一种仿真CMUT阵列水下成像方法。设计了一种CMUT结构,振膜厚3μm,振动单元边长1.16 mm,ANSYS仿真得出中心频率为464 kHz。讨论了阵列参数与声束指向性关系,以空间脉冲响应理论为基础提出了一种可显示CMUT阵列成像效果图的仿真设计方法。通过MATLAB对该方法的仿真,模拟了不同结构的CMUT线阵在不同激励形式下的水下成像。仿真结果表明,64阵元且阵元中心距0.5λ的CMUT线阵在单脉冲激励下成像效果最好。该仿真方法的实验结果与理论一致,且相比单纯理论分析该方法结论更直观,考虑成像影响因素更全面。

摘要：为了实现水下超声成像系统中超声信号的相控阵发射,提出并设计了一种基于FPGA的超声相控阵发射系统。分析了相控聚焦的发射原理,利用FPGA丰富的I/O引脚和内部逻辑资源实现了八通道超声相控阵激励信号的发射,并设计了信号调理电路对激励信号进行D/A转换及放大,以有效驱动压电换能器。通过实验测试表明,该系统可以实现超声信号的相控聚焦发射,相控延时精度达到2.5 ns,发射信号稳定,系统集成度高,可以应用于水下超声成像的实现。

摘要：随着微电子机械系统(MEMS)技术的发展,电容式微机械超声换能器(CMUT)以其良好的特性在超声成像领域获得越来越多的关注,为了验证不同结构的CMUT线阵对超声成像分辨率的影响,提出一种CMUT成像方法。首先设计了一种CMUT结构,中心频率为3 MHz,以全聚焦成像理论为基础,通过MATLAB仿真,构建了CMUT模型和散射点,模拟了CMUT线阵在水下的全聚焦成像,仿真结果表明了128阵元且中心间距为0.5λ的CMUT结构成像效果最好,并搭建CMUT水下测试系统,测试了设计的CMUT的发射性能、接收性能和成像效果,C-V特性曲线显示,直流偏置电压为0 V,CMUT静态电容为732 pF。薄膜振动形态均匀圆润,最大振动位移可达到543.57 pm,最大振动速度可达6.683 mm/s,发射波形和接收波形不失真,实现了二维水下超声成像,证明了水下目标体的存在,完全可以满足成像要求,且仿真结果与理论一致,为后续的CMUT阵列成像系统提供了参考依据。

摘要：提出了一种新型的MEMS压阻式加速度传感器,该传感器采用"四悬臂梁-质量块"结构,16个压敏电阻完全对称布放于悬臂梁上应力变化的线性区,既提高了传感器的灵敏度,又降低了轴间耦合度和非线性度。通过与八悬臂梁结构的仿真对比,得出该传感器具有更高的抗横向耦合性,约为八悬臂梁结构的30倍。

摘要：电容式微机械加工超声换能器(cMUT)具有频带宽、灵敏度高等优点,而设计高压高频的驱动电路则是实现其优异性能的前提。针对现有驱动电路体积过大等问题,在对换能器简化模型做有限元分析求得其工作电压基础上,提出了用FPGA控制8片脉冲发射专用芯片HV7350直接驱动换能器64阵元的方案。并对其中一个通道进行了验证,产生的30VPP、400 k Hz脉冲使换能器能够在0.5 m距离下接收到4.4VPP的一次回波信号。本驱动电路具有高度集成,操作简单,幅值可调,频率可控的特点,为cMUT的应用提供了可行的参考。

摘要：基于压阻效应的叠加电桥检测法加速度传感器采用超对称"八悬臂梁—质量块"结构,构成惠斯通电桥的力敏电阻器布放在悬臂梁的两端,4个惠斯通电桥的输出电压叠加后作为传感器的最终输出,有效提高了加速度传感器的灵敏度。通过数学建模仿真分析验证了方案的可行性。性能测试结果表明:该加速度计的灵敏度为1.1381mV/gn,频响范围为0～1000Hz,灵敏度约为单电桥检测法和串联电桥检测法加速度传感器灵敏度的4倍。叠加电桥检测法为压阻式传感器提高灵敏度提供了一种新思路。

摘要：机械结构工作模态参数识别和振动故障诊断是在工程应用中不可或缺的两个重要技术。借助于LMS齿轮箱故障振动实验,将一种量子优化的独立分量分析算法(Quantum Independent Component Analysis,简称QICA)应用于齿轮箱工作模态参数识别和故障诊断实验中。通过对两种实验的应用分析,结果表明QICA排除了噪声和混频的影响,克服了特征参量难以区分的问题,能够有效地识别出齿轮箱模态固有频率;QICA使微弱故障信息明显增强,并与PNN结合达到了故障诊断目的,使故障诊断可靠性明显提高。