[实用新型]多方向的压电超声发生器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种多方向的压电超声发生器，属于超声、微电子机械系统技术领域。

背景技术

超声波发生器，通常称为超声波发生源，超声波具有聚束、定向及反射、透射等特性。近20多年来，随着MEMS技术的飞速发展，对MEMS悬臂梁结构进行了深入的研究，使得MEMS悬臂梁技术应用于超声发生器成为可能。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种多方向的压电超声发生器，通过采用MEMS悬臂梁技术设计三个相互之间成120⁰的MEMS悬臂梁，从而实现超声发生器的方向性选择。该超声发生器具有结构小型化，操作简单，易集成等特点。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本实用新型提供一种多方向的压电超声发生器，该压电超声发生器以硅为衬底，在硅衬底上设有三角形桥墩，在所述三角形桥墩的三个侧面分别设有一个MEMS悬臂梁；每个所述MEMS悬臂梁的一端固定在三角形桥墩上，另一端为自由端；每个所述MEMS悬臂梁的下方的硅衬底上分别设有一个MEMS悬臂梁下拉电极；每个MEMS悬臂梁下拉电极上设有压电材料层。

作为本实用新型的进一步优化方案，相邻两个所述MEMS悬臂梁之间呈120°角。

作为本实用新型的进一步优化方案，所述压电材料为ZnO。

作为本实用新型的进一步优化方案，所述硅衬底为高阻硅SOI衬底。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、由于该超声发生器的三个MEMS悬臂梁呈120°分布，故而相比较于单个MEMS悬臂梁的超声发生器，该压电超声发生器可以产生多方向的超声波；

2、三个MEMS悬臂梁下拉电极是独立的，既可以对个MEMS悬臂梁下拉电极同时施加相同大小的电压，也可以选择不同组合方式对三个MEMS悬臂梁下拉电极单独的施加电压，共有七种组合方式来选择压电超声发生器的方向性；

3、该多方向性的压电超声发生器是基于MEMS技术，具有体积小、功耗低、质量轻的优点，具有良好的动态范围。

附图说明

图1是多方向性的压电超声发生器的俯视图。

图2为单方向性的压电超声发生器的截面图。

图中：1为硅衬底，2为三角形桥墩、3为MEMS悬臂梁、4为压电材料、5为MEMS悬臂梁下拉电极。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

本实用新型提供一种多方向性的压电超声发生器，以硅为衬底，在硅衬底1上设计有三角形桥墩2、三个独立的MEMS悬臂梁3、压电材料ZnO4、MEMS悬臂梁下拉电极5。如图1所示，在三角形桥墩的三个侧面分别设有三个MEMS悬臂梁，互相之间呈120°分布，三个MEMS悬臂梁一端固定在三角形桥墩上，另一端是可以上下移动的自由端。三个MEMS悬臂梁与三个MEMS悬臂梁下拉电极，两者之间具有一定间距，在三个MEMS悬臂梁下拉电极上设有压电材料ZnO。MEMS悬臂梁与MEMS悬臂梁下拉电极类似于一个平行板电容器，它们分别作为平行板电容器上极板和下极板。

如果在MEMS悬臂梁3和MEMS悬臂梁下拉电极5之间施加电压，MEMS悬臂梁3在静电力作用下会发生弯曲。当弯曲足够大时，MEMS悬臂梁3的自由端会接触到压电材料ZnO 4上，此时MEMS悬臂梁3和MEMS悬臂梁下拉电极5之间的电势差减小，静电力减小，在MEMS悬臂梁3的弹性回复力作用下，MEMS悬臂梁3恢复到初始位置。然后，静电力又再次将MEMS悬臂梁3向下拉动，反复此过程。

单方向性的压电超声发生器装置如图2所示，在上下极板之间加上电压激励，当电压到达一定值时，MEMS悬臂梁自由端会在静电力作用下开始弯曲。当弯曲达到一定程度时，悬臂梁自由端会接触到压电材料ZnO，这时就相当于将电容器正负极板接通，电容器放电，静电力消失。在弹性回复力的作用下，MEMS悬臂梁会恢复到初始位置。然后，静电力又再次将MEMS悬臂梁向下拉动，反复此过程，从而产生与MEMS悬臂梁特征频率相同的超声波。

本实用新型多方向性的压电超声发生器在三角形桥墩2的三个侧面分别设有三个MEMS悬臂梁，互相之间呈120°分布，与之对应在硅衬底上设有三个MEMS悬臂梁下拉电极，从而实现压电超声的多方向性。另外，三个MEMS悬臂梁下拉电极是独立的，既可以对三个MEMS悬臂梁下拉电极同时施加大小相同的电压，也可以选择不同组合方式对三个MEMS悬臂梁下拉电极单独的施加电压，来实现压电超声发生器的方向性选择。