一种电容式微机械超声传感器特性分析方法

摘要

一种电容式微机械超声传感器特性分析方法，目的是对不同发射信号情况下位移、加速度、声压特性和接收特性进行有效分析；本发明先建立处于发射状态时CMUT微元状态方程-SIMULINK模型和处于接收状态时CMUT微元状态方程-SIMULINK模型；处于发射状态时CMUT微元状态方程-SIMULINK模型包括线性模块和非线性模块两部分；处于接收状态时CMUT微元态方程-SIMULINK模型包括线性模块、非线性模块和电流输出模块三部分；非线性模块通过确定驱动电压V、上下电极之间的初始距离g₀和位移等参数计算出静电力F_e；线性模块通过确定静电力F_e、等效质量M、等效弹性系数K和等效阻力系数R等参数建立集中参数系统，计算出振动位移和速度，并把位移作为反馈量输出给非线性模块，从而将振动速度与辐射阻相乘计算出辐射声压。

主权项

一种电容式微机械超声传感器特性分析方法，其特征是先建立处于发射状态时CMUT微元状态方程‑SIMULINK模型和处于接收状态时CMUT微元状态方程‑SIMULINK模型；处于发射状态时CMUT微元状态方程‑SIMULINK模型主要由线性模块和非线性模块两部分构成；处于接收状态时CMUT微元态方程‑SIMULINK模型包括线性模块、非线性模块和电流输出模块三部分；非线性模块通过确定驱动电压V、真空介电常数ε₀、电极有效面积A、上下电极之间的初始距离g₀和位移参数计算出静电力F_e：$F_e=-\frac{d}{dx}\left(\frac{1}{2}{\mathrm{CV}}^2\right)=\frac{{ϵ}_0{\mathrm{AV}}^2}{2{(g_0-w)}^2}=\frac{{ϵ}_0{\mathrm{AV}}^2}{2g^2}$式中，C为在驱动电压V的作用下所产生的电容，g为变化后的位移，w为变化了的位移；所述线性模块通过确定静电力F_e、等效质量M、等效弹性系数K和等效阻力系数R建立集中参数系统，计算出振动位移和速度，并把位移作为反馈量输出给非线性模块，从而将振动速度与辐射阻相乘就计算出辐射声压：$P_{out}=R_r\bar{u}$式中，R_r为辐射阻，为薄膜振动速度。