Page 175 - 《应用声学》2022年第1期

第 41 卷 第 1 期 李一凡等： 面向 CMUT 声发射特性的驱动电路优化设计 171

因此根据需求选择合适的阻值进行匹配，将信号匹 元。选取脉冲方波个数为 1、3、5、7、9、11、13、15，其
配到理想的状态。 时域与频域变化规律如图 7 所示。随着激励脉冲个

数的增加，输出声压的强度无明显变化，但持续时间
4 脉冲激励参数对CMUT发射特性的影响
更长。CMUT 输出声信号在 3 MHz 处的强度逐渐
增强，有效带宽逐渐变窄，二次谐波(6 MHz)信号强
为探究脉冲激励参数对 CMUT 的声发射特性
度也逐渐变大。
影响，用驱动电路对水下 CMUT 阵元激励 3 MHz
的脉冲信号，FPGA 控制 MAX14808 发出不同参 4.2 不同占空比脉冲驱动CMUT的声发射特性
数的脉冲激励信号，由针式水听器接收 CMUT 当激励信号脉冲个数恒为 5 个、单个脉冲频
的输出声压作为数据来源。实验平台如图 6 所示，
率为 3 MHz 时，改变激励信号脉冲的占空比驱动
水听器为 Precision Acoustics 公司制造，频带为
CMUT 阵元。选取脉冲占空比为 10%、20%、30%、
10 kHz ∼ 60 MHz。通过改变激励信号的脉冲个
40%、50%、60%、70%、80%、90%，其时域与频域变
数与脉冲占空比，在时域与频域分析水听器的
化规律如图 8 所示。占空比主要影响输出声压的强
接收信号，从而研究不同激励参数下 CMUT 的
度，对有效带宽无明显影响。随着占空比的增加，
发射特性。
CMUT的输出声压先快速增大再缓慢减小，在占空
4.1 不同脉冲个数驱动CMUT的声发射特性 比为 50% 时输出声压最大，同时二次谐波信号强度

当占空比恒为50%、单个脉冲频率为3 MHz时， 呈现先减小后增大的规律，在占空比为 50% 时，二
改变激励信号连续发射的脉冲个数驱动 CMUT 阵 次谐波信号最小。

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图 6 CMUT 发射特性研究实验
Fig. 6 Setup of cmut transmitting characteristic experiment

-30
20 num1 num1 num9
num3 -40 num3 num11
15 num5 num5 num13
num7 -50
10 num7 num15
-60
ࣨϙ/mV 0 Ҫဋ៨/dB -70
5
-5 -80
-90
-10 num9
num11 -100
-15 num13
num15 -110
-20
-120
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0 1 2 3 4 5 6 7 8
௑ᫎ/ms ᮠဋ/MHz
(a) ௑۫ڏ (b) ࠫ஝Ҫဋ៨ڏ
图 7 不同脉冲激励个数时的时域与频域图
Fig. 7 Time domain and frequency domain diagrams for different number of pulse excitation