電壓放大器驅(qū)動(dòng)壓電微機(jī)械超聲換能器 (PMUT) 的聲納成像系統(tǒng)研究

　　超聲波換能器在聲納成像系統(tǒng)中起著重要作用，因?yàn)樗兄趯?shí)現(xiàn)電信號(hào)和聲信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換。對(duì)于聲納成像設(shè)備，超聲換能器通常由塊壓電陶瓷制成，并在厚度振動(dòng)模式下工作。隨著微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)的快速發(fā)展，微超聲換能器（MUT）應(yīng)運(yùn)而生。由于MUT具有小尺寸、批量模式生產(chǎn)和CMOS工藝兼容性，并且可以很容易地與*的封裝技術(shù)進(jìn)行陣列，許多研究人員已經(jīng)探索了其替代傳統(tǒng)超聲換能器的應(yīng)用。與PZT相比，AlN不含有毒鉛，并且與CMOS技術(shù)兼容。雖然它的壓電系數(shù)比PZT小一個(gè)數(shù)量級(jí)，但其介電常數(shù)小兩個(gè)數(shù)量級(jí)，理論上，AlNPMUT的接收靈敏度比PZTPMUT高一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，AlNPMUT具有替代聲納成像接收器陣列中的體傳感器的良好潛力。

　　安泰電子的ATA-2000系列高壓放大器基于采用AB類放大電路，具有低失真、高穩(wěn)定的特點(diǎn)。其最大帶寬可達(dá)1MHz，最大輸出電壓可達(dá)1600Vpp，廣泛應(yīng)用于各類壓電材料測(cè)試及性能評(píng)估。

　　實(shí)驗(yàn)名稱：基于氮化鋁（AlN）的壓電微機(jī)械超聲換能器用于聲納成像應(yīng)用研究

　　實(shí)驗(yàn)原理：氮化鋁（AlN）作為壓電材料，具有寬帶隙、低介電常數(shù)、高熱導(dǎo)率、優(yōu)異的壓電特性以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性，是制造PMUT的理想選擇。PMUT的工作原理基于壓電效應(yīng)，即當(dāng)壓電材料受到外力作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電荷分布的變化，從而發(fā)射超聲波；反之，當(dāng)壓電材料受到超聲波作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。

　　實(shí)驗(yàn)框圖：

　　實(shí)驗(yàn)過程：為了測(cè)量PMUT的水下接收靈敏度，使用了來自研究機(jī)構(gòu)的商用標(biāo)準(zhǔn)水聽器。同時(shí)，將PMUT*用作發(fā)射器，將商用標(biāo)準(zhǔn)水聲換能器PMUT作為接收器放置在距離發(fā)射器約3.6cm的地方，依次接收超聲。信號(hào)產(chǎn)生輸出一個(gè)1Vpp、5個(gè)循環(huán)的脈沖正弦波信號(hào)，該信號(hào)被功率放大器(ATA-2021BAigtek)放大60倍，以激勵(lì)PMUT發(fā)射器發(fā)射聲波。波通過水介質(zhì)傳播，并被PMUT接收器和水聽器表面捕獲，經(jīng)過前置放大器放大后在示波器上讀取和分析水聽器和PMUT接收器電壓的峰峰值。

圖：ATA-2021B高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

　　應(yīng)用方向：三維成像與定位、生物醫(yī)學(xué)成像、非接觸式測(cè)量與傳感、高分辨率成像、水下探測(cè)

　　應(yīng)用場(chǎng)景：壓電微機(jī)械超聲換能器（PMUT)、氮化鋁（AlN）、聲納成像、三維成像、水下探測(cè)、陣列技術(shù)、高頻超聲

　　產(chǎn)品推薦：ATA-2000系列高壓放大器　　

圖：ATA-2000系列高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

　　西安安泰電子是專業(yè)從事功率放大器、高壓放大器、功率信號(hào)源、前置微小信號(hào)放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測(cè)量儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)，為用戶提供具有競(jìng)爭(zhēng)力的測(cè)試方案。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機(jī)都支持免費(fèi)試用。