Multilayer Stairstep Piezoelectric Structure Design for Ultrabroad-Bandwidth Ultrasonic Transducer

中心频率 超声波传感器 带宽(计算) 传感器 压电 材料科学 声学 有限元法 PMUT公司 电子工程 工程类 物理 电信 带通滤波器 结构工程
作者
Lin Peng,Yi Zhu,Chunlong Fei,Dongdong Chen,Zhaobao Chen,Chenxi Zheng,Shuxiao Zhang,Di Li,Wei Feng,Yintang Yang,Changchun Chai
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:21 (18): 19889-19895 被引量:12
标识
DOI:10.1109/jsen.2021.3100126
摘要

In order to obtain an ultrasonic transducer (UT) with ultra-broad bandwidth (BW), a multilayer stairstep piezoelectric structure (MSPS) is designed and fabricated. Based on the theoretical computation, the relationship between the resonant frequency and thickness of the piezoelectric layer is obtained. The designed MSPS includes 15 layers from center to side, and its frequency range is 5-22 MHz. The finite element method (FEM) based PZFlex software is used to predict the performance of UT with the designed MSPS, and the thickness of each layer is optimized according to the simulation results to achieve the ultra-broad-BW UT. The UT with the designed MSPS is fabricated and systematically characterized. The measured results show that the fabricated UT has a center frequency of 10.54 MHz and a -6 dB BW of 121%, which agree well with the simulation results (11.75 MHz and 140%). The MSPS has significant potential in UT applications.

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