Page 122 - 《应用声学》2022年第3期

444 2022 年 5 月

由表 3 及图 13可知，32通道接收信号幅值的平 的接收灵敏度，dB；l 1 为两个标准压电换能器之间
均值为 4.06 V pp ，与平均值进行比较，输出电压幅 距离，m；l 2 为 CMUT 换能器与发射端标准压电换
值最大误差为 −0.56 V pp ，残差平方和为 1.132088。 能器之间距离，m。
在将发射条件、换能器器件在测试时所引起的误差 考虑到实验条件的局限性，通过搭建测试平
纳入考虑范围内时，32通道跨阻放大电路的一致性 台，对系统的模拟收发信号进行测试。将电路板与
较好。 CMUT 器件连接，利用电路板为 CMUT 器件提供
预设参数幅值为 20 V pp 、频率为 3 MHz、占空比为
6
32ᤰ᥋ᡵ᫾ஊܸႃ᡹ᣥѣႃԍ 53%、脉冲个数为 5 的方波脉冲信号，激励 CMUT
5
器件发射超声波。在CMUT 器件前方放置障碍物，
4 前置障碍物将超声波进行反射，再利用CMUT器件
ࣨϙ/V pp 3 接收反射回来的超声波，完成 CMUT 器件的自发

2 自收测试。CMUT 器件与障碍物之间相距 10 cm，

1 系统测试平台如图 14 所示，系统收发测试信号如
图 15 所示。利用示波器快速傅里叶变换功能，对
0
0 4 8 12 16 20 24 28 32
图 15 中 CMUT 换能器的接收信号进行频谱分析，
ᤰ᥋
设置傅里叶变换中心频率为 2.87 MHz，对 2 MHz
图 13 32 通道跨阻放大电路信号一致性
分辨率带宽下的接收信号进行傅里叶变换，记录
Fig. 13 Signal consistency of 32 channel tran-
−6 dB 的 CMUT 器件带宽数据，测试结果如图 16
simpedance amplifier
所示。FPGA 控制电路、脉冲电路、跨阻接收电路
3.2 系统测试 局部电路图如图 17 所示，测试时所使用的 CMUT
在实验条件允许范围内，利用CMUT换能器发 器件如图 17(d) 所示，其中左侧为 CMUT1，右侧为
射超声信号，标准压电换能器接收超声信号，并利 CMUT2。

用公式 (4) 对 CMUT 换能器的发送电压响应进行
测试：
( ) HVOUT V DC
u s l
S v = 20 lg − M 0 , (4) ᝠካ఻ ஆԧႃ᡹
u f
式(4) 中：S v 为发射灵敏度，dB；u s 为标准压电换能
ᇨฉ٨
器接收电压幅值，V；u f 为 CMUT 换能器激励电压
幅值，V；M 0 为标准压电换能器不同频率下的接收
图 14 系统测试平台
灵敏度，dB；l 为 CMUT 换能器与标准压电换能器
Fig. 14 System test platform
之间距离，m。
在实验条件允许范围内，利用一个标准压电
换能器发射超声信号，另一个标准压电换能器与
ଌஆηՂ
CMUT 换能器接收超声信号，将接收信号进行对
比，并利用公式 (5) 对 CMUT 换能器的接收灵敏度
进行测试：
( )
u x l 1
M x = 20 lg + M 0 , (5)
u 0 l 2
式 (5) 中：M x 为接收灵敏度，dB；u x 为 CMUT 换能
器接收电压幅值，V；u 0 为标准压电换能器接收电压 图 15 收发测试信号
幅值，V；M 0 为接收端标准压电换能器不同频率下 Fig. 15 Transceiver test signal