混合振膜结构宽频带电容式微机械超声换能器设计方法技术

本发明专利技术涉及超声成像、医学诊断、无损检测、液体流量测量、故障定位、生化气体探测等领域的超声换能器，具体为一种混合振膜结构宽频带电容式微机械超声换能器设计方法。一种混合振膜结构宽频带电容式微机械超声换能器设计方法，包括集成在一个芯片上且排成N

【技术实现步骤摘要】
混合振膜结构宽频带电容式微机械超声换能器设计方法


[0001]本专利技术涉及超声成像、医学诊断、无损检测、液体流量测量、故障定位、生化气体探测等领域的超声换能器，具体为一种混合振膜结构宽频带电容式微机械超声换能器设计方法。

技术介绍

[0002]超声波具有频率高、能量集中、穿透力强和方向性良好等特点，广泛应用于超声成像、医学诊断、无损检测、液体流量测量、故障定位、生化气体探测等领域。其中，在超声成像应用中，超声换能器直接决定着成像系统的成像分辨率和探测深度。换能器的共振频率越高，其成像分辨率越高，越容易获得高质量的图像，但是，随着共振频率的增加，其探测深度将随之降低，使得成像系统的成像范围受到限制，因此，成像分辨率和探测深度是一对相互制约的因素。为了尽可能平衡两者之间的矛盾，应该拓宽超声换能器的频率范围，使得成像分辨率和探测深度在此频率范围内都呈现良好的性能，从而提高超声成像系统的成像质量。宽频带超声换能器不仅可以应用在超声成像领域，提高成像的质量，而且在许多其他应用场合也呈现出独特的优势。在流量测量或测距应用中，需要测量超声波脉冲的传输时间，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合振膜结构宽频带电容式微机械超声换能器设计方法，其特征在于，包括集成在一个芯片上且排成N
×
N矩形阵列的多个CMUT微元，N为奇数；每行CMUT微元均由N个发射声压频率各不相同的CMUT微元组成，不同行的CMUT微元均由这N个微元排列组成；每行CMUT微元按照发射声压频率依次递增或递减的方式排列且相邻两行的增减排列顺序相反；每行CMUT微元中，相邻微元的发射声压频率有重叠；每行CMUT微元中位于中心的微元共振频率与整个电容式微机械超声换能器的共振频率相同。2.如权利要求1所述的混合振膜结构宽频带电容式微机械超声换能器设计方法，其特征在于，每行CMUT微元中各相邻CMUT微元的间距尽可能小；每列CMUT微元中各相邻CMUT微元的间距尽可能小。3.如权利要求1或2所述的混合振膜结构宽频带电容式微机械超声换能器设计方法，其特征在于，CMUT微元的发射声压频率由其半径和厚度决定，在厚度确定之后，半径越小发射声压频率越大。4.如权利要求1或2所述的混合振膜结构宽频带电容式微机械超声换能器设计方法，其特征在于，当整个电容式微机械超声换能器共振频率和
‑
6dB相对带宽确定时，不同尺寸微元的数目按照如下规则确定：将相邻两微元重叠部分频率与上述相邻两微元中任意一个微元绝对带宽的比值记为相邻微元频率交叉范围w；将微元的
‑
6dB绝对带宽n与其共振频率f的比值记为
‑
6dB相对带宽x；则整个电容式微机械超声换能器的
‑
6dB相对带宽y可以表示为：y=x+(N
‑
1)(1
‑
w)x
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)由（1）得到
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）其中x根据经验得知，而CMUT的
‑
6dB相对带宽y作为指标在设计前给出；针对不同的y和w取值，可以得到对应的N值；N的计算值向上取整，当计算结果N为奇数时，选择N个微元即可，而当计算结果N为偶数时，应该选择N+1个微元。5.如权利要求4所述的混合振膜结构宽频带电容式微机械超声换能器设计方法，其特征在于，每个微元的发声振动频率按照如下规则确定：将每行CMUT的中心微元记为第0个微元，与中心微元相邻的微元记为第1个微元，与第1个微元相邻的微元记为第2个微元，以此类推，位于边缘处的微元记为第K个微元；以从左到右微元频率递增的情况为例，其中，第i个微元的共振频率通过下式计算：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（3）f0为整个中心微元的共振频率，BW
i
为第i个微元的绝对带宽；当微元位于中心微元左侧时，符号选择“+”，当微元位于右侧时，符号选择
“‑”
。6.如权利要求5所述的混合振膜结构宽频带电容式微机械超声换能器设计方法，其特征在于，CMUT微元的一阶共振频率为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红亮，黄霄，蔚丽俊，何常德，张文栋，丁琦，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：