[發明專利]基于組合微元的聚焦寬頻帶電容式微機械換能器陣列

有效

• 申請號: 202210086457.3
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114441647B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 張慧;馬永帥;王茁晨;曾周末
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N29/34
• 分類號: G01N29/34;G01N29/28;G01S15/10;G01S7/539;G01D5/48;B81B7/04;B81B7/02;B06B1/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李林娟

1.一種基于組合微元的聚焦寬頻帶電容式微機械換能器陣列，其特征在于，所述換能器陣列由圓形微元和環形微元組成，所述環形微元為外側部分，所述圓形微元為中間部分，外側部分和中間部分的陣元全部同心分布；

外側部分的陣列為X個寬度不同的環形微元構成，一個環形微元即為一個陣元，中間部分的陣列為Y種半徑不同的圓形微元按層層相套的排列方式構成，一組半徑相同的圓形微元即為一個陣元；

環形微元的總面積等于圓形微元的總面積，所述換能器的所有陣元的下電極并聯后通過一接線端子與外部電路的接地端相連，所述換能器的各個陣元上電極通過各自的接線端子分別與外部的多通道驅動接收電路的激勵端相連；

所述換能器通過計算脈沖激勵信號和接收電信號的時間差，測量與被測物體之間的距離，反饋調節換能器的各個陣元激勵之間的延遲時間，保證聚焦點始終落在被檢測的區域內。

2.根據權利要求1所述的一種基于組合微元的聚焦寬頻帶電容式微機械換能器陣列，其特征在于，所述換能器陣列的工作模式為：

工作模式一：檢測的物體或缺陷距離處于換能器的近場區域時，環形陣元在該區域上聲聚焦，圓形微元組成的陣元接收焦點處的反射信號；

工作模式二：檢測的物體或目標處于換能器的遠場區域時，所述環形微元和圓形微元同時同相位激勵并發射超聲波，所有陣元接收回波信號；

工作模式三：被檢測的物體或缺陷特征需要用到不同頻率的聲波檢測時，換能器先后發射多個頻率的聲脈沖信號并接收，同時對同一位置的特征進行不同深度層次和不同分辨率的檢測。

3.根據權利要求1所述的一種基于組合微元的聚焦寬頻帶電容式微機械換能器陣列，其特征在于，所述換能器包括以下驅動策略：

近場區域相控聚焦激勵策略：所述環形微元采用相同幅值的直流偏置和不同幅值的脈沖激勵，所述圓形微元組成的陣元施加不同大小的直流偏置，所述換能器外側部分用于超聲發射，中間部分用于回波接收；

遠場區域的同相激勵策略：各個陣元采用相同的直流偏置和幅值不同的交流脈沖激勵信號實現所有陣列的共同發射，所有陣元共同接收回波信號。

4.根據權利要求1所述的一種基于組合微元的聚焦寬頻帶電容式微機械換能器陣列，其特征在于，所述圓形微元按照多邊形排列形式，扇形排列形式或圓環排列形式。

5.根據權利要求1所述的一種基于組合微元的聚焦寬頻帶電容式微機械換能器陣列，其特征在于，所述圓形微元和環形微元采用相同的工藝同步制造完成，兩種微元的電極厚度，振膜厚度，真空腔深度，絕緣層厚度相同。

6.根據權利要求1所述的一種基于組合微元的聚焦寬頻帶電容式微機械換能器陣列，其特征在于，所述環形微元的上電極形狀為有缺口的環狀，該缺口用于保證各個同心分布陣元的金屬上電極的導線在不發生相交的條件下與換能器上的接線端子相連。