电压放大器驱动压电微机械超声换能器 (PMUT) 的声纳成像系统研究

?超声波换能器在声纳成像系统中起着重要作用，因为它有助于实现电信号和声信号的相互转换。对于声纳成像设备，超声换能器通常由块压电陶瓷制成，并在厚度振动模式下工作。随着微机电系统（MEMS）技术的快速发展，微超声换能器（MUT）应运而生。由于MUT具有小尺寸、批量模式生产和CMOS工艺兼容性，并且可以很容易地与先进的封装技术进行阵列，许多研究人员已经探索了其替代传统超声换能器的应用。与PZT相比，AlN不含有毒铅，并且与CMOS技术兼容。虽然它的压电系数比PZT小一个数量级，但其介电常数小两个数量级，理论上，AlNPMUT的接收灵敏度比PZTPMUT高一个数量级。因此，AlNPMUT具有替代声纳成像接收器阵列中的体传感器的良好潜力。

安泰电子的ATA-2000系列高压放大器基于采用AB类放大电路，具有低失真、高稳定的特点。其最大带宽可达1MHz，最大输出电压可达1600Vpp，广泛应用于各类压电材料测试及性能评估。

实验名称：基于氮化铝（AlN）的压电微机械超声换能器用于声纳成像应用研究

实验原理：氮化铝（AlN）作为压电材料，具有宽带隙、低介电常数、高热导率、优异的压电特性以及良好的化学稳定性，是制造PMUT的理想选择。PMUT的工作原理基于压电效应，即当压电材料受到外力作用时，会产生电荷分布的变化，从而发射超声波；反之，当压电材料受到超声波作用时，会产生机械振动，进而转化为电信号。

实验框图：

实验过程：为了测量PMUT的水下接收灵敏度，使用了来自研究机构的商用标准水听器。同时，将PMUT*用作发射器，将商用标准水声换能器PMUT作为接收器放置在距离发射器约3.6cm的地方，依次接收超声。信号产生输出一个1Vpp、5个循环的脉冲正弦波信号，该信号被功率放大器(ATA-2021BAigtek)放大60倍，以激励PMUT发射器发射声波。波通过水介质传播，并被PMUT接收器和水听器表面捕获，经过前置放大器放大后在示波器上读取和分析水听器和PMUT接收器电压的峰峰值。

图：ATA-2021B高压放大器指标参数

应用方向：三维成像与定位、生物医学成像、非接触式测量与传感、高分辨率成像、水下探测

应用场景：压电微机械超声换能器（PMUT)、氮化铝（AlN）、声纳成像、三维成像、水下探测、阵列技术、高频超声

产品推荐：ATA-2000系列高压放大器

图：ATA-2000系列高压放大器指标参数

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