電壓放大器驅動壓電微機械超聲換能器 (PMUT) 的聲納成像系統研究

　　超聲波換能器在聲納成像系統中起著重要作用，因為它有助于實現電信號和聲信號的相互轉換。對于聲納成像設備，超聲換能器通常由塊壓電陶瓷制成，并在厚度振動模式下工作。隨著微機電系統（MEMS）技術的快速發展，微超聲換能器（MUT）應運而生。由于MUT具有小尺寸、批量模式生產和CMOS工藝兼容性，并且可以很容易地與先進的封裝技術進行陣列，許多研究人員已經探索了其替代傳統超聲換能器的應用。與PZT相比，AlN不含有毒鉛，并且與CMOS技術兼容。雖然它的壓電系數比PZT小一個數量級，但其介電常數小兩個數量級，理論上，AlNPMUT的接收靈敏度比PZTPMUT高一個數量級。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、高穩定的特點。其最大帶寬可達1MHz，最大輸出電壓可達1600Vpp，廣泛應用于各類壓電材料測試及性能評估。

　　實驗名稱：基于氮化鋁（AlN）的壓電微機械超聲換能器用于聲納成像應用研究

　　實驗原理：氮化鋁（AlN）作為壓電材料，具有寬帶隙、低介電常數、高熱導率、優異的壓電特性以及良好的化學穩定性，是制造PMUT的理想選擇。PMUT的工作原理基于壓電效應，即當壓電材料受到外力作用時，會產生電荷分布的變化，從而發射超聲波；反之，當壓電材料受到超聲波作用時，會產生機械振動，進而轉化為電信號。

　　實驗框圖：

　　實驗過程：為了測量PMUT的水下接收靈敏度，使用了來自研究機構的商用標準水聽器。同時，將PMUT*用作發射器，將商用標準水聲換能器PMUT作為接收器放置在距離發射器約3.6cm的地方，依次接收超聲。信號產生輸出一個1Vpp、5個循環的脈沖正弦波信號，該信號被功率放大器(ATA-2021BAigtek)放大60倍，以激勵PMUT發射器發射聲波。波通過水介質傳播，并被PMUT接收器和水聽器表面捕獲，經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高壓放大器指標參數

　　應用方向：三維成像與定位、生物醫學成像、非接觸式測量與傳感、高分辨率成像、水下探測

　　應用場景：壓電微機械超聲換能器（PMUT)、氮化鋁（AlN）、聲納成像、三維成像、水下探測、陣列技術、高頻超聲

　　產品推薦：ATA-2000系列高壓放大器　　

圖：ATA-2000系列高壓放大器指標參數

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