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背衬压电微机械超声换能器（B-PMUT）二维阵列的开发
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用于空中触觉接口的高声压级 PMUT 阵列
本文介绍了一种由压电微机械超声换能器 (pMUT) 阵列实现的空中触觉接口设备，该设备首次在 15 mm 距离处实现了前所未有的 2900 Pa 的高传输压力。该结构基于溅射铌酸钾钠 (K,Na)NbO 3 (KNN) 薄膜，具有高压电系数 (𝑒𝑒 31 ~ 8-10 C/m 2 )。由 15×15 双电极圆形隔膜组成的原型 KNN pMUT 阵列的谐振频率约为 92.4 kHz。测试结果显示，在 15 mm 外的自然焦点处，仅在 12 V pp 激励下，传输灵敏度就达到每伏 120.8 Pa/cm 2，这至少是之前报道的类似频率的 AlN pMUT 的 3 倍。此外，还实现了在人手掌上产生类似风的感觉的即时非接触式触觉刺激。因此，这项研究为人机界面应用（如消费电子产品和 AR/VR 系统）开发出一种具有高声输出压力的新型 pMUT 阵列提供了启示。关键词
用于螺栓连接结构健康监测的 PMUT 阵列……
摘要：微机电系统 (MEMS) 为适用于结构健康监测 (SHM) 应用的传感器微型化提供了新技术。在本研究中，基于 MEMS 的传感器，特别是压电微机械超声波换能器 (PMUT)，用于评估和监测螺栓连接结构系统的预紧力。为了使螺栓连接正常工作，必须保持适当的预紧力水平。在本研究中，连接到螺栓头部和末端的 PMUT 阵列分别用作一发一收超声波检测 (UT) 场景中的发射器和接收器。主要目标是检测由 PMUT 阵列产生的声波的飞行时间变化 (CTOF)，该声波沿螺栓轴在无负载螺栓和使用中的螺栓之间传播。为了模拟螺栓接头的预紧力以及声波通过螺栓传输到一组 PMUT 和从一组 PMUT 传输的声波，我们创建了一组数值模型。我们发现 CTOF 与预紧力的大小呈线性关系。通过与初步实验结果进行比较，验证了数值模型的有效性。
用于神经调节的 32 元件压电微机械超声换能器 (PMUT) 相控阵
摘要 人们对利用超声 (US) 换能器进行非侵入性神经调节治疗，包括低强度经颅聚焦超声刺激 (tFUS) 的兴趣迅速增长。用于 tFUS 的最广泛展示的超声换能器是体压电换能器或电容式微机械换能器 (CMUT)，它们需要高压激励才能工作。为了推动超声换能器向小型便携式设备的发展，以便大规模安全地进行 tFUS，人们对具有光束聚焦和控制能力的低压超声换能器阵列很感兴趣。这项工作介绍了使用 1.5 µ m 厚的 Pb(Zr 0.52 Ti 0.48)O3 薄膜（掺杂 2 mol% Nb）的 32 元件相控阵压电微机械超声换能器 (PMUT) 的设计方法、制造和特性。电极/压电/电极堆栈沉积在绝缘体上硅 (SOI) 晶片上，硅器件层厚度为 2 µ m，用作弯曲模式振动的被动弹性层。制造的 32 元件 PMUT 的中心频率为 1.4 MHz。演示了超声波束聚焦和控制（通过波束成形），其中阵列由 14.6 V 方波单极脉冲驱动。PMUT 在焦距为 20 mm 时产生的最大峰峰值聚焦声压输出为 0.44 MPa，轴向和横向分辨率分别为 9.2 mm 和 1 mm。最大压力相当于 1.29 W/cm 2 的空间峰值脉冲平均强度，适用于 tFUS 应用。
在各种环境中的PMUT阵列的有效建模和模拟
摘要：本文介绍了一种数值降低阶建模（ROM）方法，用于对压电微机械超声传感器（PMUTS）的复杂多层阵列（PMUTS）。采用的数值建模技术是为了生成由大量传感器组成的一系列PMUT，可以大大降低计算成本而不会降低准确性。建模想法基于将壳元素应用于PMUT结构层，其3D-固定元素应用于压电层。介绍了一组特征频率和频域分析。提出并测试了228 pmuts的独特布置，并测试了其传输和接收声波的能力。估计了阵列的工作频带以及近乎近距离的不同PMUT之间的干扰和串扰水平。最后，进行了初步实验测试的结果，以分析8×8 PMUT阵列的声学能力。创建了相应的数值模型，并且获得的结果与实验数据匹配，从而验证了本工作中提出的建模技术。