寬帶功率放大器在超聲換能器研究中的應(yīng)用

圖一超聲波測(cè)距實(shí)物圖

圖二不同波形激勵(lì)下的瞬態(tài)響應(yīng)

實(shí)驗(yàn)裝置由信號(hào)發(fā)生器、ATA-1372寬帶放大器、示波器和PMUT試件組成，本實(shí)驗(yàn)中PMUT試件主要由氮化鋁(AIN)組成，其結(jié)構(gòu)層厚度為10um，壓電層厚度為0.5um，電極厚度為1um，考慮AIN沉積帶來(lái)的殘余應(yīng)力，其半徑為300um，測(cè)量頻段控制在400kHz左右，將波長(zhǎng)控制在1mm以內(nèi)用于高精度近距離超聲測(cè)量。

圖三為PMUT設(shè)計(jì)的3D視圖與側(cè)面結(jié)構(gòu)，整體為圓形振膜，圓周固支邊界且關(guān)于中軸線旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。中性軸是當(dāng)PMUT彎曲振動(dòng)時(shí)，應(yīng)力為０處的分界線,且中性軸只彎曲不伸長(zhǎng)。PMUT分為３層堆疊結(jié)構(gòu),底部灰色區(qū)域?yàn)榻Y(jié)構(gòu)層，中間綠色區(qū)域?yàn)閴弘妼?，頂部黃色區(qū)域?yàn)殡姌O層。厚度用t表示，半徑用r表示，距中軸線距離用z表示。

圖三PMUT的3D結(jié)構(gòu)與橫截面示意圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

將所設(shè)計(jì)的PMUT進(jìn)行上述測(cè)試，結(jié)果如圖四所示。通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，PMUT在2cm范圍內(nèi)能檢測(cè)到微弱的放大后的回波信號(hào)，在大于2cm的時(shí)候無(wú)法檢測(cè)到明顯回波，這是由于PMUT發(fā)射聲壓過(guò)低導(dǎo)致。該P(yáng)MUT由于結(jié)構(gòu)層比較厚(10um)，而壓電層比較薄(0.5um)，所以發(fā)射的能力較弱。我們通過(guò)加工結(jié)構(gòu)層更薄，壓電層更厚的PMUT陣列，迖到更大的發(fā)射聲壓和測(cè)量范圍。

圖四單元PMUT測(cè)距脈沖回波信號(hào)

功率放大器推薦：ATA-1372A

圖：ATA-1372A寬帶放大器指標(biāo)參數(shù)

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