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應(yīng)用案例

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應(yīng)用案例

寬帶功率放大器在超聲換能器研究中的應(yīng)用

作者:Aigtek 閱讀數(shù):0 發(fā)布時間:2023-08-04 20:23:30

  實(shí)驗(yàn)名稱:基于壓電微機(jī)超聲換能器的超聲測距測量

  研究方向:醫(yī)療成像、倒車?yán)走_(dá)

  實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>基于壓電微機(jī)超聲換能器的超聲測距測量實(shí)驗(yàn)研究,探究更高頻段400kHz下的PMUT近距離測量,期望達(dá)到更高的分辨率和更小的誤差。

  測試設(shè)備:信號發(fā)生器,ATA-1372A寬帶放大器,示波器,PMUT試件等。

  實(shí)驗(yàn)過程:

  PUMT激勵波形有很多種,我們測試了不同的波形(三角波主要用于掃描電路),其電壓的峰峰值均為10V,脈沖個數(shù)取100個(充分達(dá)到振幅飽和),如圖二所示,全波方波具有最大的激勵振幅,而全波正弦波所能產(chǎn)生的振幅最小,這是因?yàn)橥入妷悍迪?,矩形波具有最大的均方根電壓,所以具有更大的?qū)動能力。而且從圖中可以看出,不同波形對PMUT振動的上升和下降階段陡峭程度并沒有較大影響,只是影響其穩(wěn)態(tài)振動的幅值。因此我們選用全波方波作為PMUT的激勵信號。該測距實(shí)驗(yàn)采用兩片PUMA分別做發(fā)射換能器和接收換能器。通過信號發(fā)生器給功率放大器激勵50個脈沖,測量間隔為100ms,功率放大器驅(qū)動一片PMUA發(fā)出超聲波,超聲波經(jīng)過反射到達(dá)接收PMUT,接收到的信號輸入示波器進(jìn)行觀察。

超聲波測距實(shí)物圖

  圖一超聲波測距實(shí)物圖

不同波形激勵下的瞬態(tài)響應(yīng)

  圖二不同波形激勵下的瞬態(tài)響應(yīng)

  實(shí)驗(yàn)裝置由信號發(fā)生器、ATA-1372寬帶放大器、示波器和PMUT試件組成,本實(shí)驗(yàn)中PMUT試件主要由氮化鋁(AIN)組成,其結(jié)構(gòu)層厚度為10um,壓電層厚度為0.5um,電極厚度為1um,考慮AIN沉積帶來的殘余應(yīng)力,其半徑為300um,測量頻段控制在400kHz左右,將波長控制在1mm以內(nèi)用于高精度近距離超聲測量。

  圖三為PMUT設(shè)計(jì)的3D視圖與側(cè)面結(jié)構(gòu),整體為圓形振膜,圓周固支邊界且關(guān)于中軸線旋轉(zhuǎn)對稱。中性軸是當(dāng)PMUT彎曲振動時,應(yīng)力為0處的分界線,且中性軸只彎曲不伸長。PMUT分為3層堆疊結(jié)構(gòu),底部灰色區(qū)域?yàn)榻Y(jié)構(gòu)層,中間綠色區(qū)域?yàn)閴弘妼樱敳奎S色區(qū)域?yàn)殡姌O層。厚度用t表示,半徑用r表示,距中軸線距離用z表示。

PMUT的3D結(jié)構(gòu)與橫截面示意圖

  圖三PMUT的3D結(jié)構(gòu)與橫截面示意圖

  實(shí)驗(yàn)結(jié)果:

  將所設(shè)計(jì)的PMUT進(jìn)行上述測試,結(jié)果如圖四所示。通過測試發(fā)現(xiàn),PMUT在2cm范圍內(nèi)能檢測到微弱的放大后的回波信號,在大于2cm的時候無法檢測到明顯回波,這是由于PMUT發(fā)射聲壓過低導(dǎo)致。該P(yáng)MUT由于結(jié)構(gòu)層比較厚(10um),而壓電層比較薄(0.5um),所以發(fā)射的能力較弱。我們通過加工結(jié)構(gòu)層更薄,壓電層更厚的PMUT陣列,迖到更大的發(fā)射聲壓和測量范圍。

單元PMUT測距脈沖回波信號

  圖四單元PMUT測距脈沖回波信號

  功率放大器推薦:ATA-1372A

ATA-1372A寬帶放大器指標(biāo)參數(shù)

圖:ATA-1372A寬帶放大器指標(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、射頻功率放大器、功率放大器模塊、功率信號源、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測量儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè),為用戶提供具有競爭力的測試方案。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。如想了解更多功率放大器等產(chǎn)品,請持續(xù)關(guān)注安泰電子官網(wǎng)m.gairou.cn或撥打029-88865020。


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