电容式微加工超声传感器（cMUT）的有限元仿真

介绍了电容式微加工超声传感器(cMUT)的基本结构和工作原理.同时使用有限元方法对cMUT的运行情况进行模拟.提出了两个ANSYS模型来阐述cMUT的塌陷电压与谐振频率.一个3D模型用来阐述制造过程中的残余应力对cMUT谐振频率的影响.另外一个3D模型阐述不同的运行环境对cMUT的谐振频率的影响.     

电容式微超声传感器的电极参数优化设计

建立了电容式微超声传感器(cMUT)的有限元模型,通过对模型进行静电-结构耦合仿真分析,研究了金属电极的结构参数包括电极面积、电极厚度、电极材料以及电极相对与薄膜的位置等参数的变化对传感器性能的影响.分析了电极参数与传感器吸合电压,静态电容,机电转换比以及机电耦合系数的关系,最后得到了优化的电极结构参数,即金属电极面积为传感器振动薄膜面积的一半时,传感器具有较低的吸合电压和较大带宽值及机电耦合系数.     

基于C-SOI工艺的一维MEMS电容式超声传感器阵列

提出了一种新的基于C-SOI工艺制备的电容式微加工超声传感器(CMUT)的方法.通过对加工过程中一些关键工艺步骤进行测试,发现所加工的微传感器尺寸与设计尺寸基本一致,且刻蚀的空腔高度均匀,键合效果良好,证明了工艺流程的可行性.此外,通过对所加工的传感器阵列进行测试发现,各阵元谐振频率和静态电容具有良好的一致性,说明以C-SOI工艺加工的CMUT器件满足设计要求,且适宜加工大阵列,这种加工技术使得加工成像阵列成为可能.     

电容式力传感器的研制

介绍了一种特殊结构的电容式力传感器。从结构设计、工作原理、电路设计对该电容式力传感器进行了分析、论述。并且提供了相应的实验数据。传感器非线性误差小于 1%。     

一种微电容式传感器检测电路的分析与改进

介绍了一种本实验室开发的集成传感器,它实现了敏感电容和接口电路在一块芯片上的集成.重点分析了它的接口电路,基于施密特触发器构建,实现敏感电容值以及参考电容值与频率值的转换,通过对两频率求差来抑制各种共模干扰.对样片进行了测试,输出频率与理论值有较大的偏差.通过分析,给出了测试结果发生偏差的原因.最后,给该电路设计了启动电路,改进了CMOS开关控制电路,重新对电路的结构进行了设计,实现了与实验室新一代传感器的集成.     

小量程MEMS电容式压力传感器的研究与发展

介绍了电容式传感器在小量程压力测量领域的优势和目前研制小量程MEMS电容式压力传感器的技术难点。从实现MEMS电容式传感器小量程压力测量的不同方法出发,详细论述了国内外的研究成果、关键技术及应用情况。最后分析总结了小量程MEMS电容式压力传感器的发展方向与挑战。     

用于电容式传感器的差动线性电路

提出了一种差动电容式传感器的前置电路 ,基于电容 /电压转换的原理 ,对微小电容变化量进行测量。电路输出的直流电压与差动电容变化量成线性关系 ,且能对偏差电容和电路的漂移进行自动补偿。实验表明 ,被测电容分辨力为 8fF ,灵敏度可达 3.82× 10 11V/F。实验结果和理论分析具有良好的一致性     

金属电容式传感器的静压影响误差

由于市场对差压变送器测量准确度的要求不断提高,导致差压变送器的静压影响误差越来越突出.从金属电容式的结构特点分析出发,并结合一定的试验,得出结论是金属电容式差压传感器由于其本身的结构特点决定,其静压影响误差不可消除或明显减小,只有通过静压补偿或采用硅差压传感器原理,才可实现较小的静压影响误差.     

中国微米纳米-微纳结构对电容式柔性压力传感器性能影响的研究

设计制备出三明治结构的电容式柔性压力传感器,并对其性能进行研究.该传感器以银纳米线为电极材料,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为柔性衬底,同时采用毛面玻璃和光面玻璃分别作为柔性衬底的制备模板,制备出微纳结构和平面结构的PDMS薄膜.然后采用喷涂法制备AgNWs/PDMS复合电极,以另外一层PDMS为介电层,将两电极面对面封装,得到电容式柔性压力传感器,最后系统研究了传感器的电极微纳结构对器件性能的影响.本文研究表明,具有微纳结构的AgNWs/PDMS复合薄膜传感器的灵敏度为1.0 kPa-1,而平面结构的AgNWs/PDMS复合薄膜传感器的灵敏度为0.6 kPa-1,由此可知具有微纳结构的柔性衬底能够显著提高器件的灵敏度.     

基于流固耦合模型的微超声传感器仿真分析

建立了基于流体固体耦合单元的电容式微超声传感器(cMUT)的有限元模型,通过对模型进行 声场仿真分析,研究传感器阵列在不同介质中工作时的声场特性,如,谐振频率,发射声压等;分析了传感 器振动膜半径、空腔厚度以及传感器单元间距的变化对其发射声压幅值和带宽的影响.仿真分析的结果 表明:增大传感器的发射声压带宽,可以通过增大振动膜半径、减小空腔厚度或者减小传感器阵列中单元 的距离来实现。     

Influences of perforation ratio in characteristics of capacitive micromachined ultrasonic transducers in air

Capacitive micromachined ultrasonic transducers (CMUTs) with a perforated membrane have been fabricated and characterized in air. Two types of CMUT device have been fabricated having perforation ratio (area ratio of holes = AR) of 10% and 20%, and analyzed about electrical and mechanical characteristics. The perforation ratio (AR) of membrane substantially influences on the electrostatic force and mechanical restoring force of the device since it leads to the area variation of electrode and membrane, it subsequently influences on the sensitivity and frequency response of the CMUT device. The electrostatic force and mechanical restoring force were improved by decreasing the AR and increasing the DC bias voltage. The open-circuit sensitivity of a CMUT having AR 10% membrane, 8.45 μV/Pa, is larger than that of AR 20%, 4.07 μV/Pa at DC 15 V. Furthermore, the resonance behaviors were observed in the range of 60-80 kHz, and the resonance frequency could be changed by varying the applied DC voltage and AR.     

负载对超声换能器共振频率影响及其匹配分析

研究液体负载对换能器共振频率的影响。在等效电路理论的基础上,对大功率夹心式压电超声换能器的负载特性进行研究,探讨两种不同液体负载(水和油)、水负载体积变化和温度变化对换能器共振频率的影响,进一步研究带负载换能器阻抗匹配的调节。结果表明:不同液体负载换能器共振频率不一样;水作为液体负载时,其体积或温度变化时,换能器共振频率也会变化。因此,当负载变化时,要不断调节匹配元件,才能完全达到谐振。     

宽带高效超声波传感器的研究

提出了一种新型的双层压电结构超声波传感器 ,借助于移相电容器的移相作用 ,改变各压电层的激励电压的幅值和相位 ,实现对传感器频率特性的控制 ,从而得到了具有宽频带高效率的超声波传感器 ,为研究宽带高效超声波传感器探索了一条新的途径     

Design and performance analysis of capacitive micromachined ultrasonic transducer (CMUT) array for underwater imaging

Microsystem Technologies - In this paper, a Receipt & Transmission CMUT array has been developed for underwater imaging purposes. To guide the array design more intuitively, directivity...     

超声法测量气固两相流传感器选取研究

超声法因其穿透性好、精度高等优点成为气固两相流参数检测的一个新趋势.由于超声波在空气中衰减较大,因此,选择合适的超声波传感器对于气固两相流参数检测至关重要.通过运用有限元软件COMSOL构建超声法测量气固两相流的仿真模型,研究接收装置接收信号的大小与气固两相流固相颗粒的粒径和发射频率的关系,为实际测量选取超声波传感器提供了理论依据和指导建议.     

Experimental investigation of the influence of excitation signal on radiation characteristics of capacitive micromachined ultrasonic transducer

Microsystem Technologies - CMUT based on micro-electro-mechanical systems (MEMS) technology has a broad application prospects and has become the mainstream transducer for the new generation of...