基于PZT材料的聲頻定向微型換能器建模與測(cè)試.pdf

1、聲頻定向揚(yáng)聲器可以利用超聲波在空氣中的非線(xiàn)性交互作用產(chǎn)生高指向性的可聽(tīng)聲。本文的研究對(duì)象是適用于個(gè)人便攜式移動(dòng)多媒體通信設(shè)備中的聲頻定向微型揚(yáng)聲器，旨在研究其關(guān)鍵組成部分—微型壓電超聲換能器(piezoelectricMicromachined Ultrasonic Transducer,pMUT)的動(dòng)態(tài)性能，并對(duì)換能器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，基于對(duì)換能器陣列聲學(xué)參量陣指向性的分析結(jié)果，對(duì)換能器陣列參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。根據(jù)理論分析結(jié)果，設(shè)

2、計(jì)并制作出一款輸出聲壓較大、指向性較好、且性能穩(wěn)定的聲頻定向微型揚(yáng)聲器。
　　 本文主要是根據(jù)壓電板殼的基本理論，建立了圓形懸膜式壓電超聲換能器拉伸和彎曲耦合運(yùn)動(dòng)的理論動(dòng)力學(xué)模型，并分析換能器在低頻段的動(dòng)力學(xué)特性。基于換能器中心振幅優(yōu)化了換能器上電極半徑，基于有效機(jī)電耦合系數(shù)優(yōu)化了換能器PZT層、Si層、粘接層等厚度。最后，設(shè)計(jì)了換能器的半徑以獲得換能器最佳工作頻率。由于換能器單元不能滿(mǎn)足輸出功率以及輸出指向性的要求，本文采用由

3、多個(gè)換能器單元按照一定方式排列、組合的換能器陣列。在考慮了偏軸效應(yīng)和高頻聲波在空氣中傳播時(shí)的高速衰減的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出微型壓電超聲換能器陣列的聲學(xué)參量陣指向性函數(shù)，并以減小主瓣寬度、抑制旁瓣和消除柵板為目標(biāo)優(yōu)化了換能器的陣列參數(shù)，最終得到換能器單元參數(shù)和陣列參數(shù)。
　　 基于優(yōu)化結(jié)果，制作出了微型壓電超聲換能器陣列的樣品。為了驗(yàn)證理論分析的準(zhǔn)確性，對(duì)換能器單元和陣列的樣品分別進(jìn)行了頻譜測(cè)試、頻響測(cè)試、聲壓級(jí)測(cè)試以及指向性測(cè)試。測(cè)試