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PMUT集成Helmholtz谐振腔对测距性能产生的影响分析
1
作者 刘浩杰 塔桂峰 +5 位作者 姚术涛 李加东 苗斌 商文玲 冯昌坤 陶金燕 《压电与声光》 北大核心 2025年第1期113-120,128,共9页
压电微机械超声换能器(PMUT)是超声测距领域的重要传感器件,增强PMUT的测距性能对促进工程化应用具有重要意义。基于Helmholtz谐振腔体的吸声和扩声特性,设计了吸收PMUT背部声波的腔体结构及正向扩声的喇叭口结构。实验结果表明,在2 m... 压电微机械超声换能器(PMUT)是超声测距领域的重要传感器件,增强PMUT的测距性能对促进工程化应用具有重要意义。基于Helmholtz谐振腔体的吸声和扩声特性,设计了吸收PMUT背部声波的腔体结构及正向扩声的喇叭口结构。实验结果表明,在2 m距离处,集成Helmholtz谐振腔体的PMUT在超声信号幅值上有显著提升,达到321.13 mV,相较于常规贴片薄膜下的腔体结构,信号幅度增加了90.5 mV,增幅为39.2%。此外,配备Helmholtz共振特性喇叭口的PMUT在同一距离上的信号幅值测量结果为540.72 mV,相较于未配置喇叭口的PMUT,信号幅值增加了162.41 mV,增幅达到42.9%。上述结果表明,将PMUT与Helmholtz谐振腔体的声学特性相结合,对于提升PMUT在超声测距领域的应用具有重要意义。 展开更多
关键词 压电微机械超声换能器(PMUT) Helmholtz谐振腔体 有限元仿真 超声测距
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基于ScAlN薄膜的高频PMUT阵列的设计与制造 被引量：1
2
作者 塔桂峰 刘建河 +5 位作者 李加东 姚术涛 刘浩杰 苗斌 商文玲 陶金燕 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第4期496-504,共9页
高频压电微机械超声换能器(PMUT)应用于各种场景,如指纹识别、无损检测、医疗成像。在当前非侵入式血管成像应用中,存在换能器使用锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)及局限于1-D PMUT阵列的问题。设计并制作了一种基于ScAlN材料压电薄膜的2D-PMUT... 高频压电微机械超声换能器(PMUT)应用于各种场景,如指纹识别、无损检测、医疗成像。在当前非侵入式血管成像应用中,存在换能器使用锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)及局限于1-D PMUT阵列的问题。设计并制作了一种基于ScAlN材料压电薄膜的2D-PMUT阵列。为了进一步得到阵列最佳的输出性能,降低栅瓣影响,设计了间距为波长的1/2(300μm)的并联六边形阵列,增大了填充因子,降低了阻抗,提高了输出电流。采用SOI晶片作为PMUT的基本结构,设计了微机电系统(MEMS)工艺流程,并完成了晶片制作。通过扫描电子显微镜和聚焦离子束切割确定PMUT的形貌和结构尺寸,并且测得在水中的谐振频率为2.36 MHz。仿真与测试结果表明,测试误差为9.2%,位移灵敏度较好,有望满足非侵入式血管成像应用需求。 展开更多
关键词 高频压电微机械超声换能器阵列(PMUT) ScAlN薄膜 有限元仿真 器件制备 非侵入式血管成像
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一种基于动态pMUT的距离与方向双向检测方法
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作者 陶金燕 李加东 +6 位作者 戴晔 商文玲 王丹芮 冯昌坤 胡益民 姚术涛 塔桂峰 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第5期722-728,共7页
超声波传感器是移动机器人广泛采用的空间感知手段。为了提高空间感知范围,现有移动机器人常采取多传感器组合的方式,导致感知系统体积大、功耗高、系统复杂。提出了一种基于动态压电微机械超声换能器(pMUT)的检测方法,实现了单颗器件... 超声波传感器是移动机器人广泛采用的空间感知手段。为了提高空间感知范围,现有移动机器人常采取多传感器组合的方式,导致感知系统体积大、功耗高、系统复杂。提出了一种基于动态压电微机械超声换能器(pMUT)的检测方法,实现了单颗器件的双向检测功能,使测量范围在小体积、低功耗情况下获得成倍的增加。该方法利用压电薄膜双向振动的特点得到超声波双向回波信号,从而获取两个方向的测量距离。测试表明,使用该方法后单向测量范围基本不变,能准确测量两个方向上障碍物的距离,并在动态情况下反映障碍物对应方向。该方法有助于简化感知系统,有望在微型机器避障等方面发挥重要作用。 展开更多
关键词 压电微机械超声换能器(pMUT) 双向检测 移动机器人 空间感知 测距
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