Page 128 - 《应该声学》2022年第2期

296 2022 年 3 月

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10 10 10 10
ܦᣉ/mm 20 ܦᣉ/mm 20 ܦᣉ/mm 20 ܦᣉ/mm 20
30
30
30
30
40 40 40 40
50 50 50 50
-5 0 5 -5 0 5 -5 0 5 -5 0 5
cMUT x/mm cMUT x/mm cMUT x/mm cMUT x/mm
(a) 0.5 MHzܦڤ (b) 1 MHzܦڤ (c) 2 MHzܦڤ (d) 3 MHzܦڤ
1500 1500
1000 1000
500 500
ܦԍ/Pa 0 ܦԍ/Pa 0

-500 -500
-1000 -1000
-1500 -1500
0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60
ܦᣉ/mm ܦᣉ/mm
(e) 0.5 MHzᣉՔܦԍ (f) 1 MHzᣉՔܦԍ
1000 1000

500 500
ܦԍ/Pa 0 ܦԍ/Pa 0

-500 -500

-1000 -1000
0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60
ܦᣉ/mm ܦᣉ/mm
(g) 2 MHzᣉՔܦԍ (h) 3 MHzᣉՔܦԍ
图 3 不同频率声场、轴向声压对比
Fig. 3 Comparison of sound field and axial sound pressure at different frequencies

仿真得到随着频率增加指向性变强，声压最大 会产生栅瓣，如图5(c)所示。
值降低，远近场分界点分别为 6.16 mm、11.55 mm、
24.78 mm、36.18 mm。 3 实验结果
比较 cell 半径对辐射性能的影响，其他参数不
3.1 振动膜态测试
变。cell 间距 S = 200 µm，30 × 30 个 cell 组成的方
cMUT 上极板振动时会产生多种振动模态，图
形阵元 2 MHz 辐射的声场，cell 半径分别为 90 µm、
6为polytec 激光测振仪测试到的前三阶振动膜态。
60 µm、30 µm，仿真结果如图4所示。
cMUT 振动时一阶振型相位一致，二阶振型出
可以看到半径改变声场分布不变，但强度改变，
现一条节径，节径两侧振动相位相反，三阶振型出现
半径为 90 µm、60 µm、30 µm 时最大声压分别为
节圆，节圆内外振动相位相反。
940.37 Pa、485.07 Pa、120.83 Pa，声压大小与cell面
积约为正比关系。 3.2 声学测试及分析
比较 cell 间距对辐射性能的影响，其他参数不 为了与仿真结果进行比较，选用一种已制造
变。cell 半径 a = 90 µm，30×30 个 cell 组成的方形 的 cMUT 进行测试，其 cMUT 阵元参数为 cell 半径
阵元 2 MHz 辐射的声场，cell 间距分别为 200 µm、 a = 90 µm，cell 间距 S = 200 µm，由 30×30 个 cell
400 µm、600 µm，仿真结果如图5所示。 组成的方形阵元，对 cMUT 施加 20 V 偏置电压，
通过仿真结果可知，随着cell间距变大，远近场 20 V 交流电压 [16] 。首先测试了不同频率下的指向
分界点变远，声轴声压减小。当cell间距大于波长时 性，如图7所示。