[實用新型]多方向的壓電超聲發(fā)生器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720717543.4
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN206838453U
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發(fā)明（設計）人: 王德波;辛濟昊;白雪婧
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06;B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 劉莎

技術領域

本實用新型涉及一種多方向的壓電超聲發(fā)生器，屬于超聲、微電子機械系統(tǒng)技術領域。

背景技術

超聲波發(fā)生器，通常稱為超聲波發(fā)生源，超聲波具有聚束、定向及反射、透射等特性。近20多年來，隨著MEMS技術的飛速發(fā)展，對MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)進行了深入的研究，使得MEMS懸臂梁技術應用于超聲發(fā)生器成為可能。

實用新型內(nèi)容

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種多方向的壓電超聲發(fā)生器，通過采用MEMS懸臂梁技術設計三個相互之間成120⁰的MEMS懸臂梁，從而實現(xiàn)超聲發(fā)生器的方向性選擇。該超聲發(fā)生器具有結(jié)構(gòu)小型化，操作簡單，易集成等特點。

本實用新型為解決上述技術問題采用以下技術方案：

本實用新型提供一種多方向的壓電超聲發(fā)生器，該壓電超聲發(fā)生器以硅為襯底，在硅襯底上設有三角形橋墩，在所述三角形橋墩的三個側(cè)面分別設有一個MEMS懸臂梁；每個所述MEMS懸臂梁的一端固定在三角形橋墩上，另一端為自由端；每個所述MEMS懸臂梁的下方的硅襯底上分別設有一個MEMS懸臂梁下拉電極；每個MEMS懸臂梁下拉電極上設有壓電材料層。

作為本實用新型的進一步優(yōu)化方案，相鄰兩個所述MEMS懸臂梁之間呈120°角。

作為本實用新型的進一步優(yōu)化方案，所述壓電材料為ZnO。

作為本實用新型的進一步優(yōu)化方案，所述硅襯底為高阻硅SOI襯底。

本實用新型采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果：

1、由于該超聲發(fā)生器的三個MEMS懸臂梁呈120°分布，故而相比較于單個MEMS懸臂梁的超聲發(fā)生器，該壓電超聲發(fā)生器可以產(chǎn)生多方向的超聲波；

2、三個MEMS懸臂梁下拉電極是獨立的，既可以對個MEMS懸臂梁下拉電極同時施加相同大小的電壓，也可以選擇不同組合方式對三個MEMS懸臂梁下拉電極單獨的施加電壓，共有七種組合方式來選擇壓電超聲發(fā)生器的方向性；

3、該多方向性的壓電超聲發(fā)生器是基于MEMS技術，具有體積小、功耗低、質(zhì)量輕的優(yōu)點，具有良好的動態(tài)范圍。

附圖說明

圖1是多方向性的壓電超聲發(fā)生器的俯視圖。

圖2為單方向性的壓電超聲發(fā)生器的截面圖。

圖中：1為硅襯底，2為三角形橋墩、3為MEMS懸臂梁、4為壓電材料、5為MEMS懸臂梁下拉電極。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型的技術方案做進一步的詳細說明：

本實用新型提供一種多方向性的壓電超聲發(fā)生器，以硅為襯底，在硅襯底1上設計有三角形橋墩2、三個獨立的MEMS懸臂梁3、壓電材料ZnO4、MEMS懸臂梁下拉電極5。如圖1所示，在三角形橋墩的三個側(cè)面分別設有三個MEMS懸臂梁，互相之間呈120°分布，三個MEMS懸臂梁一端固定在三角形橋墩上，另一端是可以上下移動的自由端。三個MEMS懸臂梁與三個MEMS懸臂梁下拉電極，兩者之間具有一定間距，在三個MEMS懸臂梁下拉電極上設有壓電材料ZnO。MEMS懸臂梁與MEMS懸臂梁下拉電極類似于一個平行板電容器，它們分別作為平行板電容器上極板和下極板。

如果在MEMS懸臂梁3和MEMS懸臂梁下拉電極5之間施加電壓，MEMS懸臂梁3在靜電力作用下會發(fā)生彎曲。當彎曲足夠大時，MEMS懸臂梁3的自由端會接觸到壓電材料ZnO 4上，此時MEMS懸臂梁3和MEMS懸臂梁下拉電極5之間的電勢差減小，靜電力減小，在MEMS懸臂梁3的彈性回復力作用下，MEMS懸臂梁3恢復到初始位置。然后，靜電力又再次將MEMS懸臂梁3向下拉動，反復此過程。

單方向性的壓電超聲發(fā)生器裝置如圖2所示，在上下極板之間加上電壓激勵，當電壓到達一定值時，MEMS懸臂梁自由端會在靜電力作用下開始彎曲。當彎曲達到一定程度時，懸臂梁自由端會接觸到壓電材料ZnO，這時就相當于將電容器正負極板接通，電容器放電，靜電力消失。在彈性回復力的作用下，MEMS懸臂梁會恢復到初始位置。然后，靜電力又再次將MEMS懸臂梁向下拉動，反復此過程，從而產(chǎn)生與MEMS懸臂梁特征頻率相同的超聲波。

本實用新型多方向性的壓電超聲發(fā)生器在三角形橋墩2的三個側(cè)面分別設有三個MEMS懸臂梁，互相之間呈120°分布，與之對應在硅襯底上設有三個MEMS懸臂梁下拉電極，從而實現(xiàn)壓電超聲的多方向性。另外，三個MEMS懸臂梁下拉電極是獨立的，既可以對三個MEMS懸臂梁下拉電極同時施加大小相同的電壓，也可以選擇不同組合方式對三個MEMS懸臂梁下拉電極單獨的施加電壓，來實現(xiàn)壓電超聲發(fā)生器的方向性選擇。