摘要：针对电容式微机械超声换能器(CMUT)封装材料阻抗匹配失衡,应力大及声波能量损失大等问题,设计了一种在水下10m透声性能好、弯曲形变小的聚氯乙烯封装结构。依据透声理论和材料属性,计算封装结构参数。利用COMSOL Multiphysics 5.0建立封装结构三维有限元模型,通过模态分析和静态分析分别得到封装结构的固有属性和水下机械性能。封装结构的一阶共振频率为792.47Hz,不会对CMUT 400kHz的工作频段产生干扰。利用压力平衡装置保护水下系统安全性,水下10m最大形变为1.12mm,最大应力为14.4 MPa,未超过聚氯乙烯的弯曲强度。实际测试声压与理论值最大误差为4.8%,物距测量误差为1mm,设计的CMUT封装结构满足设计要求。

摘要：建立电容式微机械超声传感器(CMUT)微元三维有限元模型,经过分析CMUT微元不同结构对CMUT性能的影响,得到CMUT结构参数。设定工作频率范围1~2 MHz,工作电压Vdc<100V,首先,利用有限元模型进行模态分析研究薄膜参数与一阶频率的关系,以此确定薄膜参数;然后,在阐述相关理论和静态分析的基础上,仿真、分析空腔对CMUT性能的影响,进而确定空腔高度;最后,通过静电-机械耦合分析和计算机电耦合系数优化电极参数。对所设计的CMUT结构进行仿真验证,工作频率为1.65 MHz,塌陷电压为68 V,满足应用要求。

摘要：为研究CMUT指向性,将CMUT微元看成圆形活塞式换能器,根据指向性函数的理论,计算出CMUT微元的指向性公式,依据Bridge乘积原理,推导出了一种计算CMUT阵元、CMUT一维线阵和CMUT面阵指向性公式,并利用MATLAB软件对CMUT微元、阵元、线阵和面阵指向性进行了仿真分析,得出CMUT类型对指向性、主瓣宽度和旁瓣的影响,证实了多维模型的优势,为CMUT结构优化设计提供了基础。基于CMUT微元声场理论分析基础,根据瑞利-索末菲积分公式推导出CMUT阵元、CMUT阵列的辐射声场分布函数,并仿真验证了其聚焦和指向性性能。