寬帶功率放大器在超聲換能器研究中的應(yīng)用

圖一超聲波測距實物圖

圖二不同波形激勵下的瞬態(tài)響應(yīng)

實驗裝置由信號發(fā)生器、ATA-1372寬帶放大器、示波器和PMUT試件組成，本實驗中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沉積帶來的殘余應(yīng)力，其半徑為300um，測量頻段控制在400kHz左右，將波長控制在1mm以內(nèi)用于高精度近距離超聲測量。

圖三為PMUT設(shè)計的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)對稱。中性軸是當(dāng)PMUT彎曲振動時，應(yīng)力為０處的分界線,且中性軸只彎曲不伸長。PMUT分為３層堆疊結(jié)構(gòu),底部灰色區(qū)域為結(jié)構(gòu)層，中間綠色區(qū)域為壓電層，頂部黃色區(qū)域為電極層。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

實驗結(jié)果：

將所設(shè)計的PMUT進行上述測試，結(jié)果如圖四所示。通過測試發(fā)現(xiàn)，PMUT在2cm范圍內(nèi)能檢測到微弱的放大后的回波信號，在大于2cm的時候無法檢測到明顯回波，這是由于PMUT發(fā)射聲壓過低導(dǎo)致。該PMUT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)射聲壓和測量范圍。

圖四單元PMUT測距脈沖回波信號

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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