[發(fā)明專利]具有特定模態(tài)振型的微機電壓電超聲波換能器

有效

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• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108311361B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝金;劉鑫鑫;陳旭穎;陳冬陽
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發(fā)明公開了一種具有特定模態(tài)振型的微機電壓電超聲波換能器。換能器設(shè)有基底、結(jié)構(gòu)層、底電極、壓電層、上電極。換能器工作原理是利用正、逆壓電效應(yīng)實現(xiàn)機械能到電能或電能到機械能的轉(zhuǎn)換。本發(fā)明在結(jié)構(gòu)層上通過實現(xiàn)特定振動結(jié)構(gòu)達到特定模態(tài)振型，該振型具有更大的發(fā)射聲壓以及更高的空間利用效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)領(lǐng)域中的換能器領(lǐng)域，特別是涉及一種特定模態(tài) 振型的高效率壓電超聲波換能器。

背景技術(shù)

壓電超聲波換能器是一種既可以將電能轉(zhuǎn)換為機械能，又可以將機械能轉(zhuǎn)化為電能的集 收發(fā)超聲波為一體的器件。傳統(tǒng)的超聲波換能器采用機械加工的方式，其體積大、功耗高、 不利于集成化，且由于其聲阻抗與傳統(tǒng)聲傳遞介質(zhì)(空氣、水)不匹配，其聲發(fā)射效率較低。 結(jié)合微機電系統(tǒng)技術(shù)采用的微制造工藝加工出的微機電超聲波換能器則有效的克服了上述缺 點。微機電超聲波換能器按其工作原理可主要分為微機電電容式超聲波換能器和微機電壓電 式超聲波換能器：電容式超聲波換能器的靈敏度和帶寬較于壓電式超聲波換能器有一定優(yōu)勢， 但其需要很高的直流偏置電壓和極窄的電容間隙來實現(xiàn)，同時限于有限的振幅，其發(fā)射的聲 壓也很有限[1]；本發(fā)明所設(shè)計的具有特定模態(tài)振型的微機電壓電超聲波換能器可以有效的提 高發(fā)射聲壓和空間利用效率，在日常的應(yīng)用場合如：指紋識別[2]、距離檢測[3]和能量采集[4] 等具有更大的優(yōu)勢。

引用文獻：

[1]Jung J,Kim S,Lee W and Choi H 2013 Fabrication of a two-dimensional piezoelectric micromachined ultrasonic transducer array using atop-crossover-to-bottom structure and metal bridge connections,J.Micromechanics Microengineering 23 125037.

[2]Przybyla R J,Tang H Y,Shelton S E,Horsley D A and Boser B E 201412.1 3D ultrasonic gesture recognition Dig.Tech.Pap.-IEEE Int.Solid-StateCircuits Conf.57 210–1.

[3]Przybyla R J,Tang H,Member S,Guedes A,Shelton S E,Horsley D A andBoser B E 2015 3D Ultrasonic Range finder on a Chip IEEE J.Solid-StateCircuits 50 320–34

[4]He Q,Liu J,Yang B,Wang X,Chen X and Yang C 2014 MEMS-basedultrasonic transducer as the receiver for wireless power supply of theimplantable microdevices Sensors Actuators,A Phys.219 65–72

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的聲壓不高，空間利用率低的問題，并提供一種 具有特定模態(tài)振型的微機電壓電超聲波換能器。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：