A piezoelectric micro-cantilever acoustic vector sensor designed considering fluid–structure interaction

灵敏度(控制系统) 压电 声学 指向性 悬臂梁 材料科学 水听器 前置放大器 频率响应 物理 光电子学 电子工程 放大器 工程类 电气工程 CMOS芯片 天线(收音机) 复合材料
作者
Junsoo Kim,Seongkwan Yang,Keunha Oh,Wonkyu Moon
出处
期刊:Journal of the Acoustical Society of America [Acoustical Society of America]
卷期号:150 (1): 257-269 被引量:3
标识
DOI:10.1121/10.0005538
摘要

We developed a piezoelectric micromachined cantilever acoustic vector (PEMCAV) sensor. We modeled the device using a “lumped” approach that considers fluid–structure interaction, the piezoelectric effect, and the mechanical impedance of the cantilever. Due to the high flexibility, the influence of the medium is significant, so fluid–structure interaction must be considered in theoretical modeling. We compared the model data to experimental results. The design parameters optimized using the derived analytical open-circuit sensitivity equation are presented, and the physical characteristics of the sensor are discussed. We used a micromachining technique to fabricate the sensor, added a preamplifier, and tested it using a reference hydrophone under a frequency range of 100 Hz–1 kHz. The analytical predictions and experimental results were in good agreement with respect to frequency response and the directivity of the sensor. Even when the sensor was much smaller than the wavelength (ka≪1), the proposed sensor exhibited a typical cosine directivity pattern, and the measured sensitivity at 100 Hz was −194 dBV/μPa.
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