Um transdutor eletrostático ultrassônico micromachinado na superfície

O ultrassom aéreo tem muitas aplicações, como, medição de distância, avaliação não destrutiva, medição de fluxo de gás e microscopia acústica. Este artigo investiga a geração e detecção de ultrassom no ar em algumas MHz. Transdutores convencionais baseados em pistão plano de titanato de zircônio de chumbo (PZT) têm um desempenho insatisfatório para essa aplicação devido à falta de materiais adequados para camadas de acoplamento. Transdutores eletrostáticos, ou capacitivos, prometem maior eficiência e desempenho de largura de banda mais ampla. A estrutura do dispositivo neste trabalho consiste em um capacitor onde uma placa é uma membrana de nitreto de silício circular revestida de ouro e a outra é um substrato rígido de silício. Ao aplicar uma tensão entre a membrana e o substrato de silício, uma força eletrostática é exercida na membrana, colocando-a em movimento, gerando assim uma onda sonora no ar. Apresentamos aqui um modelo de circuito elétrico equivalente para transdutores eletrostáticos que é baseado no trabalho inicial de Mason (1942). Os transdutores eletrostáticos foram projetados e construídos para operação em 1,8 e 4,6 MHz. Os transdutores foram fabricados usando técnicas padrão de micromachinação. Um interferômetro óptico foi usado para medir o deslocamento máximo do transdutor eletrostático de 1,8 MHz a 230 /spl Aring//V. Um sistema de transmissão-recepção foi construído usando dois transdutores eletrostáticos. O sistema apresentou uma relação sinal-ruído de 34 dB com uma separação de transdutores de 1 cm. Cada transdutor teve uma largura de banda de 20% a 3 dB e uma perda de inserção unidirecional de 26 dB. Há excelente concordância entre o desempenho medido do dispositivo e as previsões teóricas.