超声技术以其强大的功能和广泛的应用在水下研究领域中占据了重要地位。然而,传统声纳系统因体积庞大和功耗高,限制了其在水下广泛使用。相比之下,电容式微机械超声换能器(CMUT)具有低机械阻抗,适合浸入式应用,其发射和接收具有高灵敏特性。本文设计了一种用于水下成像的CMUT,并在COMSOL中建立了CMUT的有限元模型,进行了谐振频率、工作电压和表面声压的数值评估。结果显示,CMUT 在空气中的谐振频率约为 4.9 MHz,在水中约为 2.7 MHz。在10V的脉冲激励下,CMUT微元在水中表面最大声压为91 Pa,在空气中表面最大声压为10 Pa。C-V特性曲线表明,在直流偏置电压为 0 V 时,静态电容值为 1.67 pF,塌陷电压为 100 V。研究结果表明,CMUT 在水下成像中展现出优异的性能优势。通过进一步优化设计和制造工艺,CMUT 有望在水下传感和成像领域实现更高精度和更广泛的应用。
李照东,曾祥铖,赵晨雅 ,王任鑫.水下超声成像的电容式微机械超声换能器设计[J].科研仪器案例成果数据库,2024,(0).