Page 86 - 《应用声学》2022年第3期

408 2022 年 5 月

20 1 MHz 200 1 MHz
0 0
-200
-20
46 48 50 52 54 46 48 50 52 54
80 2 MHz 800 2 MHz
ᣥѣႃԍ/mV -40 0 ᣥѣႃԍ/mV 400 0
40

46 48 50 52 54 -400 46 48 50 52 54
100 3 MHz 1000 3 MHz
0 0
-100 -1000
46 48 50 52 54 46 48 50 52 54
௑ᫎ/µs ௑ᫎ/µs
(a) ᧫रඵզ٨ᄊᣥѣႃԍηՂ (b) 2ՂCMUT૱ᑟ٨ᄊᣥѣႃԍηՂ
图 5 针式水听器和 2 号 CMUT 换能器的输出响应
Fig. 5 Response waveforms of the needle hydrophone and CMUT transducer (No. 2)

表 2 接收灵敏度测试实验数据
Table 2 Experiment results of CMUT receiving sensitivity measurement

频率/MHz V N /mV S N /(mV·MPa −1 ) V C /mV S C /(mV·MPa −1 ) S CdB /dB
1 54.5 1206 550 12170.64 −218.29
2 122.5 1126 1167 10726.87 −219.39
3 245 1088 2799 12429.84 −218.11

2.2 脉冲回波响应测试 低噪运算放大器转换和放大后输出至示波器，在测
2 号 CMUT 换能器在脉冲激励下发出超声波 试过程中该低噪运算放大器的增益为 30 dB。图 8
信号，经铝块反射后的超声波回波信号由相同换能 给出了 CMUT换能器的脉冲回波测试结果，第一次
器接收，以验证CMUT换能器的发射和接收超声波 回波信号和第二次回波信号清晰可见，这两次信号
的功能。CMUT 换能器的脉冲回波 (pulse-echo) 响 均为入射超声波在铝块的前表面反射回波信号。
应测试装置示意图如图 6 所示。图 7 给出了实际测
ᇨฉ٨
试装置，图中也给出了 CMUT换能器与铝块的位置
关系，CMUT 换能器与铝块的前表面之间距离为 ᰴԍᑢф̗ၷႃ᡹T/R Ͱ٪ஊܸ٨
10 cm，铝块厚度为6.5 cm。
在脉冲回波响应测试中，2 号 CMUT 换能器施 DC
加了20 V直流偏置电压，基于MAX14808芯片的双

极性高压脉冲产生电路产生3 个双极性方波脉冲电 ᨸڱ
压驱动换能器发出超声波信号。每个方波脉冲的周 CMUT(2Ղ)
期为 0.5 µs (频率为 2 MHz)，高电平为 5 V，占 50%
图 6 脉冲回波响应测试装置示意图
时间，低电平为 −5 V，占 50% 时间。2 号 CMUT 换 Fig. 6 Schematic of the pulse-echo response mea-
能器将接收到的超声波回波信号转换为电信号经 surement setup