Resumen

Los transductores ultrasónicos capacitivos micromecanizados (CMUT) tienen un gran potencial en aplicaciones ultrasónicas acopladas al aire, como el examen no destructivo sin contacto y la medición del flujo de gas. Los CMUT no sellados que utilizan el efecto de película de compresión superan el estrecho ancho de banda de presión de salida de los CMUT sellados convencionales en funcionamiento con aire. Este tipo de CMUT no selladas también pueden considerarse resonadores de Helmholtz. En este trabajo, presentamos las CMUT estructurales de Helmholtz no selladas acopladas al aire que utilizan tanto el efecto de película de compresión como el efecto resonante de Helmholtz para mejorar el ancho de banda de presión de salida. Basándonos en el mecanismo de acoplamiento de vibraciones entre la membrana y los pistones de aire en los agujeros de membrana, proponemos un modelo analítico para ayudar al proceso de diseño de este tipo de CMUTs. También utilizamos el método de elementos finitos (FEM) para investigar este tipo de CMUTs para la validación de nuestro modelo analítico. Los resultados del MEF muestran que se puede conseguir una mejora significativa del ancho de banda cuando la frecuencia de resonancia de Helmholtz se diseña cerca de la frecuencia de resonancia fundamental de la membrana CMUT. En comparación con la célula CMUT sellada convencional, la célula CMUT estructural de Helmholtz de 4 orificios sin sellar mejora tanto el ancho de banda fraccional de 3 dB como el producto SPL-ancho de banda unas 35 veces. Además, se observa que, con más agujeros bajo la misma proporción de área de agujeros o con una proporción menor de la altura de la cavidad respecto al grosor de la capa límite viscosa, el efecto resonante de Helmholtz se debilita y, por tanto, el ancho de banda de presión de salida disminuye.

• Materias:Biotecnología Sensores Sistema de sensores Tecnología de sensores
• Subjects:Biotechnology sensors Sensor system Sensor technology
• Palabras claves:helmholtz, ancho de banda de presión de salida, efecto de película de compresión, cmuts, tipo, efecto resonante, cmuts no sellados, transductores ultrasónicos micromecanizados capacitivos, estrecho ancho de banda de presión de salida, misma relación de área de orificios
• Keywords:helmholtz, output pressure bandwidth, squeeze film effect, cmuts, kind, resonant effect, unsealed cmuts, capacitive micromachined ultrasonic transducers, narrow output pressure bandwidth, same hole area ratio