可重新配置的ScAlN压电微加工超声波传感器阵列用于测距
Wenling Shang1,2, Danrui Wang1,2, Bin Miao1,2
1School of Nano-Tech and Nano-Bionics, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China.
Micromachines
|March 6, 2025
概括
这项研究介绍了一种可重新配置的压电微机超声波传感器 (PMUT) 阵列,使用ScAlN薄膜来改善空中范围. 新的设计增强了频率的一致性,提高了环境传感能力.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电气工程 电气工程
- 声学 声学 在声学方面
背景情况:
- 压电微机超声波传感器 (PMUT) 对于环境传感非常有价值,因为它们的小尺寸和低功耗.
- 在PMUT阵列中的频率不一致会导致超声波束的方向错误,限制它们的应用精度.
研究的目的:
- 开发可重新配置的PMUT阵列,以增强空中射程能力.
- 通过一种新的设计来解决PMUT阵列中频率不一致的挑战.
主要方法:
- 使用扫化 (Sc$_{0.2}$Al$_{0.8}$N) 压电薄膜制造可重新配置的PMUT阵列.
- 独立更换阵列元件以匹配所需的频率特性,提高设备的可重复使用性.
- 频率统一性,光束宽度,声压输出,接收灵敏度和最大传感距离的实验性表征.
主要成果:
- 在2 × 2 PMUT阵列中实现了0.38%的频率统一性.
- 测量了一半功率光束宽度 (θ -3dB) 的60°在20厘米.
- 在69.7 kHz的共振下,声压输出显示为7.4 Pa (108.2 dB),接收灵敏度为11.6 mV/Pa.
- 达到7.9米的最大传感距离,可用喇扩展到14.1米,信号噪声比 (SNR) 为19.5dB.
结论:
- 可重新配置的PMUT阵列有效地克服了频率不一致的问题,提高了定向精度.
- 拟议的基于ScAlN的PMUT阵列显著扩大了环境感知范围的能力.
- 这项技术对于需要精确超声波测距的先进环境传感应用具有很高的潜力.
