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INTESIM-GISCI的流固耦合 仿真软件技术及应用

为突破传统商业软件流固耦合分析仅局限于内部预先集成的流体和结构求解器的约束,使流固耦合分析更具开放性和可拓展性,以耦合驱动程序INTESIM GISCI为框架体系,在开源流体求解器SU2的源代码上加入时间同步点和相关函数功能形成INTESIM-SU2,使INTESIM-SU2可以与原有的结构求解器INTESIM-Structure通过耦合界面传递数据的方式进行耦合分析,从而实现基于耦合驱动程序INTESIM-GISCI的流固耦合仿真软件开发。将多个流固耦合分析案例与其他商业软件进行对比,证明基于INTESIM-GISCI的流固耦合仿真软件可广泛应用于实际工程问题的仿真分析。     

基于边缘效应的圆环式电容传感器电场仿真分析

介绍了圆环式电容传感器的工作原理,即电容边缘效应,通过Hybrid-Trefftz算法建立了有限元模型,利用有限元软件ANSYS对不同传感器模型进行了电场分析与仿真计算,得出了最优结构组合,并以最优结构组合为例,给出了介电常数与电场强度的关系。仿真结果表明:圆环式电容传感器设计中,影响传感器测量性能的最直接和最重要的2个参数是两极板间距和极板长度;被测介质的介电常数越小,电场强度就越大。该仿真对后续产品的设计具有很好的理论指导作用。     

基于水膜耦合导波传感器的复合材料检测研究

复合材料因其具有各种优异性能而被广泛应用于航空航天领域,同时对其检测方法也提出了更高的要求。提出了基于水膜耦合导波传感器检测方法,通过理论计算与时频分析确定了水膜耦合导波传感器耦合材料、角度和频率的选择;采用SolidWorks三维建模软件完成了水膜耦合导波传感器的结构设计并加工成型;最后搭建了检测实验平台,在复合材料板上完成了水膜耦合导波传感器的测试。该方法可以有效解决检测的耦合剂使用问题,为自动化检测提供了技术支持。     

基于流固耦合的叶片颤振分析

研究航空发动机性能问题,叶片颤振过程属于流固耦合问题,为了对叶片颤振进行预测和分析,保证发动机稳定,在提出对流固耦合原理和求解过程进行分析的基础上,采用 ANSYS 进行结构计算,CFX 进行流场计算,并利用两者间的数据交互平台传递流场压力载荷和结构位移数据,实现了流固耦合数值仿真计算.在不同来流速度及攻角下进行叶片和流场的耦合计算,根据得到的叶片振动位移响应判断叶片是否会发生颤振.计算结果表明,颤振频率与叶片低阶固有频率一致,证明来流速度和攻角是影响叶片气动弹性稳定性的重要因素,并可做为叶片颤振的预测依据.     

基于四相检测技术的微电容传感器

一种基于四相检测技术的电荷转移式微电容传感器,具有很强的消除杂散电容影响的能力,适用于被检测对象电容值小于1pF的场合,分辨力达1fF,灵敏度高于1V/pF,并能输出4～20mA的电流。其优良的性能和低廉的价格,使得微电容传感器的广泛推广应用成为可能。     

世界传感器市场分析(三十二)——半导体生产设备中的UCM传感器

超声传感器、电容传感器、磁传感器一般统称为UCM传感器,该类传感器目前已经非常普及,在水处理、石油、化工、化学、汽车等领域已具有了成熟的市场.但据有关市场研究表明,UCM传感器在半导体生产设备(SEM)方面目前尚处于早期发展阶段.     

多元高斯声束模型相控阵超声传感器声场仿真

由于高斯函数积分的简单性,利用扩展多元高斯声束模型对矩形相控线阵超声传感器偏转聚焦时的辐射声场进行了理论计算,并在一种介质中与更精确的瑞利积分进行了分析和对比,在偏转角度不是很大的情况下,计算结果非常符合。利用该方法计算了传感器安装在契块上时固体试件中的声场分布,并在入射角大于10°(折射角大于20°)时,对结果进行了修正,使声场计算的偏转范围增大,进一步丰富了高斯叠加方法的适用范围。     

电容耦合电阻层析成像传感器结构优化设计研究

针对电容耦合电阻层析成像传感器的优化设计,首先利用有限元仿真软件建立了12电极传感器有限元模型,并分析了后续图像重建所需的传感器灵敏场,之后将该仿真模型与实际传感器相应的测量数据及重建图像进行对比验证,研究表明仿真与实验结果能够较好吻合,为对传感器性能进一步研究提供可靠基础.为了提高系统稳定性及抗干扰能力,以该原始模型...     

电容式微加工超声传感器结构参数对性能的影响分析

介绍了电容式微加工超声传感器(cMUT)的工作原理,通过理论计算和有限元仿真分析,讨论了cMUT中薄膜厚度、薄膜半径、薄膜残余应力和空腔厚度的变化对传感器的塌陷电压和谐振频率的影响,为传感器的设计和制作提供了依据.     

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.     

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.     

水下CMUT动态性能仿真与测试的研究

目前CMUT以其频带宽、易集成阵列化、无需匹配层、灵敏度高等优点成为水下超声传感器在研究及应用推广方面的一个新热点。主要开展了对CMUT动态性能的仿真与测试。首先利用SIMULINK对CMUT发射和接收性能进行动态仿真分析,并建立实验平台,以仿真结果作为依据对CMUT动态性能进行了测试,同时实现了CMUT水下初步探测。本研究为CMUT的设计提供了有利的依据。     

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。     

基于Halbach原理的电磁超声换能器永磁铁设计

在实际应用中,电磁超声换能器（electromagnetic acoustic transducer,EMAT）的转换效率低是一个普遍存在的问题,如何提高其检测效率是研究的重点。为了提高接收信号的幅度,对比了两种永久磁铁结构,选定了一种基于Halbach阵列的永磁铁的新型结构模型。对磁铁的提离距离做了仿真分析与实验研究,得出最合适的提离距离为2mm。通过理论计算与有限元方法的大量仿真与结构优化,验证了其结构的可行性与有效性。结果表明,新型EMAT结构能够有效提高接收信号的幅度,信噪比大约是传统EMAT结构的1.9倍。     

电容式压力传感器温度补偿的RBF神经网络

提出了一种基于径向基函数 (RBF)神经网络的电容式压力传感器温度补偿方法。通过实例说明了这一方法的应用 ,结果表明采用这种方法能在不同的压力下及温度变化较大时 ,对电容式压力传感器进行有效的温度补偿 ,并且能得到很高的补偿精度。     

基于超声衍射时差法的缺陷检测技术仿真分析

采用有限元方法对超声衍射时差(TOFD)检测技术进行分析.首先使用COMSOL有限元分析软件对超声TOFD检测技术建模;而后基于该模型分析超声波的产生、传播和接收过程;最后通过改变模型参数,研究缺陷几何尺寸对超声TOFD检测信号的影响.研究结果表明:超声TOFD信号中直通波、上端衍射波、下端衍射波、底面反射波信号的相位依次变化180°;当缺陷位于工件上表面或下表面时,探头只能接收到四种基本超声信号中的一部分.