摘要：电容式微机械超声换能器(CMUT)具有微型化、易与电子产品集成、与人体组织阻抗匹配良好、机电转换效率高、灵敏度高、频带宽和成本低等优点。CMUT在医学成像、无损检测和流速测量等领域展现出极大应用潜力。针对CMUT,设计了一套高压脉冲激励系统,可以用于激励CMUT发送超声波。使用该系统对CMUT进行不同发射波形的测试对比。实验结果显示:在正极性偏置电压下,对上电极施加峰峰值相同的负极性脉冲方波、双极性脉冲方波和正极性脉冲方波时,负极性脉冲方波发射声压最大,双极性脉冲方波次之,正极性脉冲方波发射声压最低。在负极性偏置电压下,对上电极施加峰峰值相同的负极性脉冲方波、双极性脉冲方波和正极性脉冲方波时,正极性脉冲方波发射声压最大,双极性脉冲方波次之,负极性脉冲方波发射声压最低。

摘要：根据硼硅酸盐玻璃的内部结构特殊性和热学性质,设计并制备出两种3D微玻璃空腔,主要讲述了3D微玻璃空腔的设计过程和吹塑成型的制备方法。CORNING Pyrex 7740玻璃是硼硅酸盐玻璃的代表。将硅片进行深硅刻蚀形成深槽,并与7740玻璃进行常压下的阳极键合,形成微空腔;将得到的微空腔放入真空退火炉中进行退火,使玻璃空腔内部空气膨胀,最终形成3D微玻璃空腔。经过实验得到的两种3D微玻璃空腔表明其制备工艺的可行性,将制备出的3D微玻璃空腔运用到导航器件的设计和微结构的封装等方面,具有比较好的发展前景。

摘要：为了满足多领域中水下复杂环境声压检测的需要,提出了一种基于微机电系统(MEMS)的电容式声压水听器,开发出注油孔及注油沟道设计,将传感器封装于硅油中,通过平衡振动薄膜内外压强可以提高其耐受静水压能力。使用Comsol Multiphysics仿真软件对水听器建模,采取热粘性声-结构多物理场对传感器进行静态分析、模态分析及谐波声信号扰动下的灵敏度分析,在用有限元法分析模型时考虑了热效应与粘滞效应对小尺寸声学换能器的影响,使仿真结果更具说服力。得到了在幅值为10 Pa,频率在1 Hz^10 kHz的谐波声信号扰动下水听器的接收灵敏度为-147 dB。仿真结果表明,设计的电容式声压水听器据有高灵敏度和宽频带等特点,可以满足不同领域对水下低频声压信号的测量需求。

摘要：本项目针对矿井通风监测问题,提出仿蟋蟀尾须纤毛的MEMS三维矢量风速计,实现三维风向和风速感知.传感器传感单元采用四梁支撑结构,信号接收区域采用"盘型"结构接收X,Y和Z方向的风速信号,在满足测量带宽前提下实现三维方向的高灵敏度检测.分析了三维MEMS矢量风速计的敏感机理,根据三轴受力分析,合理排布悬臂梁上压阻的惠斯通电桥检测方式;通过ANSYS仿真分析了"盘型"直径对敏感梁应力和结构谐振频率的影响;在优化的结构参数下分析了X,Y,Z三轴灵敏度.仿真结果表明:盘型结构设计可以实现三维风速感知,相比于一维和二维风速计而言在探测维度上有所改进.

摘要：热声传感器随着多孔硅的热致超声发射现象的发现越来越受到关注。热声传感器通过改变器件表面热量而在周围空气中产生交变压力,从而向外发出声波。热声传感器的关键器件是悬空金属薄膜。制备大面积悬空薄膜释放有一定的难度,需要考虑金属薄膜本身的应力与粘附效应。该文提出了两种基于各向同性干法刻蚀的制备金属薄膜的方法,利用XeF2/SF6制备悬空Al膜。由于XeF2与SF6气体刻蚀硅时对于Al有较高的选择比,XeF2对于硅是各向同性刻蚀且有很高的刻蚀速率,而通过设置感应耦合等离子体(ICP)刻蚀机的参数也可利用SF6达到各向同性刻蚀。基于上述特点制备了悬空Al膜,设计相应的制备流程,探索XeF2刻蚀机与ICP刻蚀机合适的刻蚀参数。所制备的悬空Al膜平整、无杂质,具有良好的形貌。

摘要：基于先进的微电子机械系统(MEMS)关键技术,研制了一种使用倒装焊技术将电容式微机械超声换能器(CMUT)与柔性印刷电路板(PCB)键合在一起的16×16阵元曲面阵列。为了研发高密度和高一致性的CMUT柱面阵列,设计了CMUT曲面阵列的工艺流程,并进行了制作,制备的CMUT中心频率为3 MHz。然后,对CMUT阵元进行了测试,测试结果表明,电容变化量基本为40~50 pF,且CMUT阵元的收发性能良好。将制作好的CMUT与柔性PCB进行键合,并对其进行划片,再采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)填充沟槽,最后粘在曲面模具上溅射金属上电极,制得CMUT曲面阵列。该阵列可在特定方向上弯曲,且曲面阵列的CMUT阵元一致性良好。下一步研究将使曲面阵能够以行列寻址的方式进行发射接收,减少阵元电极的接线数目。

摘要：针对水下设备平台对于声压信号探测的需要,设计了一款微电子机械系统(MEMS)电容式声压水听器,通过理论分析和Comsol仿真分析,确定水听器敏感振动薄膜的半径为600μm,膜厚为3μm,空腔高度为3μm。考虑到声波在小尺寸声学换能器中传播时会受到热阻尼和粘滞阻尼的作用,在仿真分析的过程中创新性地加入了热粘性声学多物理场。在工艺加工的过程中尝试了牺牲层工艺和阳极键合工艺两种关键工艺步骤,并最终通过阳极键合工艺得到了质量较高的振动薄膜。测试过程中将水听器封装在金属屏蔽壳内,避免受到外界复杂电磁环境的干扰,利用阻抗分析仪对水听器进行测试,得到水听器平均电容值为4.277 pF,平均相位为-89.129°,证明水听器符合电容性特征并且具有良好的一致性,同时验证了振动薄膜加工方案的可行性,为制备薄膜结构的传感器提供了新思路。

摘要：为了解决柔性压力传感器在大的工作范围内工作时难以兼顾灵敏度的问题,设计了一种基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)锥形微结构且夹层为石墨烯泡沫的柔性压力传感器。介绍了该传感器的制备方法,对比了有无锥形微结构的PDMS基底对传感器灵敏度的影响,分别对它们进行了相关测试。结果表明,具有锥形微结构基底的传感器具有更高的灵敏度,基于锥形微结构PDMS-石墨烯泡沫压力传感器有较大的工作范围(0~25 kPa),灵敏度为0.177 kPa^(-1),几百次的压力实验表明该传感器的重复性和可恢复性良好。因此,该传感器可以应用于电子皮肤和柔性电子器件等领域。

摘要：针对水声信号探测和MEMS矢量水听器工程应用的需求,设计了一种应用于低频水声信号探测的小型潜标系统,该系统具有体积小、成本低、布放回收简便等优点。系统以FPGA为控制核心,控制三维姿态传感器采集MEMS矢量水听器姿态信息;同时将采集到的水听器信号一起传输至上位机分析和显示,实现水声信号的探测。实验结果表明:该系统数据传输速率为2 Mbyte/s,探测信号频段范围为20 Hz～1 kHz;该系统在水下工作稳定,可正确记录水声信号。

摘要：针对心音信号与MEMS电子听诊器声传感特点,设计了一种应用于该传感器的信号调理、采集传输系统,带宽为20 Hz^1 kHz。该系统以stm32和hc-05蓝牙模块为控制核心实现信号的采集与传输,将信号经过处理得到有效的心音信号并发送至上位机。并通过上位机实时显示波形。系统测试过程中,将声传感器采集到的心音信号通过电路系统处理并发送至上位机,并通过上位机对信号进行显示,测试结果表明:该系统工作稳定,可精确测量心音信号。