Page 160 - 《应用声学》2024年第1期

156 2024 年 1 月

其中，R 为活塞半径，λ为波长。当活塞半径一定时， CMUT 的远近场临界点为 2.25 cm (实测临界点为
频率增大，其远近场临界距离增大。 2 cm)。对 CMUT 接收指向性进行测试时，选用压
电换能器 (R = 0.7 cm) 发射超声波，CMUT应位于
1.0
0.5 MHz 压电换能器远辐射声场中，根据公式 (5) 可计算出
1.0 MHz
0.8 1.8 MHz 1.8 MHz 时测试所用压电换能器的远近场临界点为
8.82 cm (实测为9 cm)。
ॆʷӑࣨϙ 0.4 质中，CMUT 作为发射端固定在精密分度转盘的
0.6
对 CMUT 做发射指向性测试，见图 8。硅油介

杆中央，激励参数取幅值为 10 V pp 、频率分别为
0.2
1 MHz 与 1.8 MHz 的 5 个连续正弦脉冲激励信号，
脉冲间隔 10 ms，直流偏置为 20 V。CMUT 随分度
0
-30 -20 -10 0 10 20 30
盘从 −30° 到 30° 进行旋转扫描，单次步进值为 1°。
ᝈए/(°)
(a) 20f20 ˔ॲЋૉՔভ 标准水听器作为接收信号端被分别放置在距离发
射端正对面 3 cm 和 20 cm 处，且与 CMUT 保持中
1.0
0.5 MHz
1.0 MHz 心平齐等高。
0.8 1.8 MHz
ᇨฉ٨
ฉॎԧၷ٨
(KEYSIGHT
(Agilent 33521A)
ॆʷӑࣨϙ 0.4 (NF HSA4101) (PA DCPS784)
0.6
DSOX3024T)
Ҫဋஊܸ٨
ᄰืᏹՌ٨
0.2
ඵզ٨ଌஆ
0
-30 -20 -10 0 10 20 30 CMUTԧ࠱ (PA DCPS784)
ᝈए/(°)
(b) 30f30 ˔ॲЋૉՔভ
1.0
0.5 MHz (a) CMUT ԧ࠱ૉՔভ฾តᜉᎶᇨਓڏ
1.0 MHz
0.8 1.8 MHz

ॆʷӑࣨϙ 0.6

0.4

0.2

0
-30 -20 -10 0 10 20 30
CMUT
ᝈए/(°) ඵզ٨
ԧ࠱ ଌஆ
(c) 40f40 ˔ॲЋૉՔভ
图 7 XZ 截面不同尺寸 CMUT 在不同频率下的指
(b) CMUT ԧ࠱ૉՔভ฾តᜉᎶڏ
向性曲线
Fig. 7 Directivity curves of CMUT of different 图 8 CMUT 发射指向性测试
sizes in XZ section under different frequencies Fig. 8 CMUT emission directivity test

首先，对 CMUT 发射指向性进行测试时，需保 实验结果与理论曲线见图 9(a) 和图 9(b)。当
证水听器位于 CMUT 远辐射声场中，CMUT 为矩 f = 1 MHz时，实测CMUT的发射指向性曲线与和
形声源 (长与宽相等)，可将矩形 CMUT 的长近似 数值模拟结果吻合较好，改变收发间距，CMUT 的
为等效半径 R，根据公式 (5) 可计算出 1.8 MHz 时 发射指向性不变。当f = 1.8 MHz时，结论与1 MHz