收藏本站
《中北大学》 2018年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

电容式微机械超声换能器建模与仿真技术研究

吕云飞  
【摘要】:超声成像技术作为一项高尖技术,在工业、医学、国防等众多领域都有着广泛的应用,而超声波换能器是超声成像系统中的核心器件,其性能好坏直接影响超声成像的效果。以MEMS工艺为基础制造的电容式微机械超声换能器(CMUT)具有频带宽、机电转换效率高、灵敏度高、易与IC工艺兼容、易与工作媒介阻抗匹配等特点,在工业无损检测、医学超声诊断和治疗等领域具有广阔的应用前景。CMUT建模与仿真是优化CMUT结构参数的基础,也是实现其加工与制作的前提,因此本文针对CMUT进行建模与仿真技术研究具有十分重要的科研价值。本文所研究的主要内容如下:(1)研究了CMUT的相关理论模型,并对其做了推导分析,得到了CMUT的振动位移、固有频率、塌陷电压、机械阻抗和带宽等特性参数;并简要地介绍了CMUT的声辐射阻抗,为后续等效电路的建立奠定了基础。(2)通过利用有限元分析软件COMSOL Multiphysics构建了CMUT微元的有限元模型,并对其进行了静态分析、模态分析、谐响应分析及瞬态分析,由此得到CMUT的塌陷电压、特征频率等重要参数。(3)建立了CMUT微元的等效电路模型,包括大信号等效电路模型和小信号等效电路模型两种。利用Advanced Design System(ADS)软件建立了CMUT微元的等效电路,基于大信号等效电路进行了谐波平衡仿真,基于小信号等效电路进行了瞬态仿真。并以CMUT微元等效电路模型为基础,建立了CMUT等效电路模型,并分析了微元大小、数目、间距等参数对CMUT特征频率的影响,以上分析结果为优化CMUT结构参数提供了重要的理论参考。
【学位授予单位】:中北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TB552

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 彭本贤;俞挺;于峰崎;;低噪声电容式超声传感器的结构与电路设计[J];集成技术;2012年03期
2 朱弋;杨舒波;潘文荣;;超声成像技术的新进展[J];医疗装备;2007年06期
3 王琴;王九良;朱维华;夏昌浩;;超声检测技术应用及其发展概况[J];科技信息(学术研究);2006年09期
4 宋光德;官志坚;栗大超;;电容式微加工超声传感器(cMUT)的有限元仿真[J];传感技术学报;2006年05期
5 罗雄彪,陈铁群;超声无损检测的发展趋势[J];无损检测;2005年03期
6 林书玉,杨月花;医学超声治疗技术研究及其应用[J];陕西师范大学学报(自然科学版);2004年02期
7 宋立为,潘磊;医学超声体成像技术的发展[J];医疗设备信息;2003年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张慧;非平膜电容式微型超声波传感器研究[D];天津大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 王朝杰;电容式微机械超声换能器(CMUT)设计及其封装技术研究[D];中北大学;2017年
2 于佳琪;基于Si-SOI键合的微电容超声波换能器设计[D];中北大学;2014年
3 索旭东;CMUT薄膜的仿真与形变分析[D];华南理工大学;2013年
4 苗静;基于硅晶圆键合的MEMS电容超声传感器研究[D];中北大学;2013年
5 许鹏;电容式超声传感器的设计[D];华中科技大学;2012年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙红芳;赵钿钿;李冠桦;辜炀;李嘉鸿;王耀城;刘伟;李大望;;利用X射线微型计算机断层扫描技术(Micro-XCT)进行钢筋的通电腐蚀行为及裂缝的三维分布研究[J];电子显微学报;2015年06期
2 周敬;;超声无损评价金属材料晶粒尺寸的研究[J];福建质量管理;2015年11期
3 朱卉;;浅析水利金属结构的钢焊缝无损检测技术[J];黑龙江科技信息;2015年30期
4 岳雯雯;梁伟;屈伟;黄宏;胡倩;朱章帅;汤钰文;刘毅;方铁根;;简易中医颈椎防治仪的研制与应用[J];中国中医药现代远程教育;2015年17期
5 石明芳;刘邦忠;薛军;刘光华;王平;杨名珍;;低强度超声治疗肿瘤的应用进展[J];中华物理医学与康复杂志;2015年07期
6 张建桃;李晟华;文晟;兰玉彬;廖贻泳;张铁民;;农用超声雾化换能器参数优化设计与试验[J];农业工程学报;2015年12期
7 李锦龙;;浅析医学超声谐波成像技术[J];中国卫生标准管理;2015年14期
8 邹章雄;金少申;刘昌禄;陶志强;袁细强;周黎;;轴承式钢包的定期宏观检验及无损检测探讨[J];冶金设备;2015年S1期
9 王晓艳;唐盛明;张晓娟;;无损检测过程中易出现的问题及处理措施[J];科技资讯;2015年07期
10 谈晓成;吴新开;李忠;;超声回波信号的多阈值分段去噪方法研究[J];微型机与应用;2015年09期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 张雯;多振膜结构电容式微超声传感器关键技术研究[D];天津大学;2016年
2 王红亮;CMUT及其阵列工作机理与应用基础研究[D];天津大学;2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吕云飞;电容式微机械超声换能器建模与仿真技术研究[D];中北大学;2018年
2 袁杰;高功率电磁冲击波发生器的设计与优化[D];杭州电子科技大学;2018年
3 王朝杰;电容式微机械超声换能器(CMUT)设计及其封装技术研究[D];中北大学;2017年
4 刘鑫;高填充因子小孔径仿生复眼结构的制备技术研究[D];中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所);2017年
5 赵晓楠;空气耦合式电容微超声换能器研究[D];天津大学;2017年
6 林海洋;高强度宽频超声换能器研究及其探测系统设计[D];华南理工大学;2016年
7 王相蓉;基于静电超声换能器的测距系统的设计[D];大连交通大学;2016年
8 石建超;电容式微超声换能器等效电路模型与优化设计[D];天津大学;2016年
9 李玉平;面向水下成像应用的微电容超声波换能器线阵设计与测试[D];中北大学;2015年
10 郑舟;电容式微加工超声传感器的有限元分析及其薄膜的形变研究[D];华南理工大学;2015年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李光海;沈功田;李鹤年;;工业管道无损检测技术[J];无损检测;2006年02期
2 林书玉;弯曲振动超声换能器的振动特性及辐射声场研究[J];陕西师范大学学报(自然科学版);2003年03期
3 林书玉,杨月花;超声诊断研究及其应用[J];陕西师范大学继续教育学报;2003年01期
4 林书玉;夹心式功率超声压电换能器负载特性研究[J];陕西师范大学学报(自然科学版);2002年02期
5 石新军,林书玉;超声旋转行波马达研究[J];陕西师范大学学报(自然科学版);2002年01期
6 林书玉;各向同性弹性薄圆盘的径向振动及其等效电路[J];陕西师范大学学报(自然科学版);2001年04期
7 徐春龙,林书玉;超声的应用及展望[J];陕西师范大学继续教育学报;2001年03期
8 段世梅,林书玉;压电片位置对功率超声复合换能器共振频率的影响[J];陕西师范大学学报(自然科学版);2001年03期
9 张海燕,刘镇清;人工智能及其在超声无损检测中的应用[J];无损检测;2001年08期
10 张颖,林书玉;实验室中的声化学研究[J];陕西师范大学学报(自然科学版);2001年02期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 王洪喜;微结构的静电驱动特性研究[D];西安电子科技大学;2006年
2 郑贤中;高指向性音频声波理论与控制研究[D];华中科技大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈思;压电换能器动态性能仿真研究[D];浙江大学;2016年
2 李玉平;面向水下成像应用的微电容超声波换能器线阵设计与测试[D];中北大学;2015年
3 陈羽;基于CT的超声成像模拟[D];东南大学;2015年
4 于佳琪;基于Si-SOI键合的微电容超声波换能器设计[D];中北大学;2014年
5 胡超;超声谐波成像研究[D];南京大学;2013年
6 苗静;基于硅晶圆键合的MEMS电容超声传感器研究[D];中北大学;2013年
7 胡杨;谐波成像技术研究与系统软件设计[D];电子科技大学;2013年
8 宛克敬;集成超声传感阵列的设计与测试[D];中北大学;2012年
9 谭项林;激光超声无损检测系统关键技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
10 阮涛;钢筋混凝土结构中界面剥离损伤的超声导波检测技术[D];大连理工大学;2011年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 何常德;张国军;王红亮;薛晨阳;张文栋;;电容式微机械超声换能器技术概述[J];中国医学物理学杂志;2016年12期
2 郭明;何常德;郑永秋;张文栋;;微电容超声换能器阵列的信号采集电路与应用[J];仪表技术与传感器;2016年12期
3 赵蕾;张文栋;何常德;张国军;;电容式微机械超声换能器的收发一体电路实现[J];仪表技术与传感器;2017年02期
4 郭明;何常德;郑永秋;张文栋;;电容式微机械超声换能器的驱动电路设计[J];仪表技术与传感器;2017年03期
5 ;用于无损检测的超声换能器[J];无损检测;1986年01期
6 许建平;李明轩;;检测超声压电换能器——第二讲 检测超声换能器的校准与性能测量[J];无损检测;1990年11期
7 刘晓光;蒋晓明;张理;曹立超;;一种超声换能器的设计及仿真[J];自动化与信息工程;2017年04期
8 钦峰;谢国利;阮利程;施沈科;钱建新;;电磁超声换能器设计性能评价[J];电子测量技术;2017年09期
9 孔凡国;陈然然;段文科;;高频医用超声换能器的研究现状及发展趋势[J];功能材料与器件学报;2015年05期
10 徐爱华;姚秋平;徐迅;;超声换能器检测方法的研究[J];计量与测试技术;2016年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 邱长春;刘争;李彦春;张菊;李振北;;用于钢板检测的电磁超声换能器优化设计研究[A];2016年全国声学学术会议论文集[C];2016年
2 卞加聪;胡文祥;周八妹;;空气耦合1-3型复合材料压电超声换能器[A];2016年全国声学学术会议论文集[C];2016年
3 郭明;何常德;郑永秋;张文栋;;电容式微机械加工超声换能器的信号采集[A];2016年全国声学学术会议论文集[C];2016年
4 王天圣;吴志军;冯平法;张建富;郁鼎文;;电负载调频压电超声换能器设计方法的研究[A];2016年全国超声加工技术研讨会论文集[C];2016年
5 郝震宏;汤亮;乔东海;;硅微电容式超声换能器谐振频率的有限元分析[A];2009’中国西部地区声学学术交流会论文集[C];2009年
6 杨林枝;李全禄;姬艳红;耿洁;王胜利;蔡春芳;;医用超声换能器及其性能指标分析[A];第三届全国压电和声波理论及器件技术研讨会论文集[C];2008年
7 林书玉;张光斌;;大功率气介超声换能器的性能研究[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(上册)[C];1999年
8 陈国超;吴宏;陈伟;郑伟成;;纵-弯振动大功率超声换能器探究[A];中国声学学会功率超声分会2009年学术年会论文集[C];2009年
9 曾东红;李正中;周光平;;一种超声换能器频率跟踪技术[A];中国声学学会功率超声分会2009年学术年会论文集[C];2009年
10 姜晓敏;王寅观;;双激励源气介式超声换能器带宽特性的实验研究[A];2009年西安-上海声学学术会议论文集[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前8条
1 cyf翻译;驱动超声换能器的功放(5)[N];电子报;2009年
2 cyf翻译;驱动超声换能器的功放(2)[N];电子报;2009年
3 cyf翻译;驱动超声换能器的功放(4)[N];电子报;2009年
4 cyf翻译;驱动超声换能器的功放(3)[N];电子报;2009年
5 记者 陈静莹 通讯员 杜梓;我市省级新型研发机构增至6家[N];汕头日报;2016年
6 李淑玲 许明昭;五大高科技项目联袂落户清苑区[N];保定日报;2016年
7 记者 王渊 通讯员 李淑玲 臧旭东;清苑 在对接京津中好项目大项目相继落地[N];河北经济日报;2016年
8 夏杰生;技术创新逆势“井喷”[N];中国冶金报;2013年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 曾庚鑫;超磁致伸缩功率超声换能器理论分析与实验研究[D];华南理工大学;2013年
2 刘世清;径向及径—扭复合振动模式夹心式压电超声换能器研究[D];陕西师范大学;2005年
3 张小丽;纵弯及纵径振动模式转换功率超声换能器的研究[D];陕西师范大学;2014年
4 田华;新型超声换能器与辐射器的研究[D];陕西师范大学;2013年
5 胡静;径向夹心式压电超声换能器的研究[D];陕西师范大学;2015年
6 李玉金;ZnO薄膜超声换能器的研制及其声光器件研究[D];华中科技大学;2016年
7 林洲;声人工结构增强医学超声换能器聚焦性能的研究[D];南京大学;2016年
8 武一民;引线键合系统设计理论与关键技术[D];天津大学;2008年
9 李春华;铝板电磁超声检测技术关键问题研究[D];沈阳工业大学;2012年
10 温世杰;数字式医学超声内窥镜成像系统的研究[D];天津大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王相蓉;基于静电超声换能器的测距系统的设计[D];大连交通大学;2016年
2 邱佳明;用于高温管道测厚的脉冲电磁铁电磁超声换能器研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
3 朱奇峰;面向骨质损伤辅助治疗的柔性压电超声换能器研究[D];苏州大学;2018年
4 高孟娣;基于凹型多阵元超声换能器的多点聚焦仿真研究[D];东北大学;2017年
5 古先毅;压电超声换能器自适应匹配系统研究[D];长春理工大学;2018年
6 吕云飞;电容式微机械超声换能器建模与仿真技术研究[D];中北大学;2018年
7 秦传玺;双匹配层空气耦合超声换能器研究[D];南京大学;2018年
8 王勇威;静电薄膜超声换能器的研究与设计[D];电子科技大学;2018年
9 田海港;微纳器件超声塑化成型系统设计及优化方法研究[D];郑州大学;2018年
10 张章;弛豫铁电单晶PMNT在医用相控阵超声换能器中的应用研究[D];中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所);2018年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026