微电容超声换能器阵列的信号采集电路与应用.pdf

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1、2016年仪表技术与传感器2016第12期InstrumentTech~liqueandSensorN0．12微电容超声换能器阵列的信号采集电路与应用郭明，何常德。‘，郑永秋。。!，张文栋(1．中北大学，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原030051；2．中北大学仪器与电子学院。山西太原030051)摘要：设计了一种基于微电容超声换能器(CMUT)l6阵列的信号采集系统，用大容量FLASH做临时存储介质，利用USB总线传输能力上传采集数据实验表明：该采集系统具有通道一致性好、采样精度高的特点，

2、以6MHz的采样率同步采集到l6通道400kHz超声信号。开展了水下超声测距和超声成像等应用研究，对采集数据进行线性标度转换和带通滤波等预处理，为微电容超声换能器的应用提供硬件支持关键词：微电容超声换能器；同步采集；数据预处理；超声测距；超声成像中图分类号：TB552文献标识码：A文章编号：1002一l841(2016)12—0073—03SignalAcquisitionCircuitandApplicationofCMUTArrayGUOMing一，HEChang．de一，ZHENGYong—qiu

3、‘一ZHANGWen．dong’!，(1．KeyLaboratoryofInstrumentationScience&DynamicMeasurement，MinistryofEducation，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China；2．SchoolofInstrumentandElectronics，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China)Abstract：Thispaperdesignedasignalac

4、quisitionsystembasedonca]1a(’itiveIni(。romachinedultrasnni(transdut‘el‘16arrays．adoptedlargecapacityFLASHasstoragemedium．andrational1)，usedthedatat1．ansmissionabilityofUSB2．0t(】Ul’l【】addata．Experimentsdemonstratedthatthisacquisitionsystemhas‘。harm’terist

5、i(‘Sothighsamplingprecision．goodchannelconsisten—cy．Itacquired16channel400kHzsignalwith6MHzsamplingratesvnclmmouslyandsur(essfldly．Underwateruhrasoni(‘1．anging．anduhrasoundimagingresearcheswascarriedout．preprocessdataSLI(。haslinem’s(alingtransformationan

6、dband—passfilterirIg．1aidsahardwarefoundationfortheapplicationofcapacitivenil(’ronla(’luneduhrasonictl’ansducer．Keywords：CMUT；synchronousacquisition；datapreprocess；ultl’aso11ranging；uhrasonicimaging0引言合理利用USB2．0数据总线的数据采集系统。开展了海洋环境的复杂性决定了声波是海洋中传递定水下超声测距和超

7、声成像等应用研究，对采集数据进位和探测信息的主要载体，因此基于超声波的水下探行线性标度转换和带通滤波等预处理，为微电容超声测技术成为近年来的研究热点[1-3]。而微电容超声换换能器的应用提供硬件支持。能器是新一代超声换能器，具有灵敏度高、频带宽、体1微电容超声换能器阵列采集方案积小等优点．并且兼容集成电路工艺．易于制造大规1．1微电容超声换能器结构及原理模阵列。因此，基于微电容超声换能器的探测技术将单个CMUT敏感单元结构如图1所示，一般包括在工业等领域拥有广阔应用前景[4]。上电极、下电极、真空腔、绝

8、缘层、振动薄膜、边缘支撑超声信号的采集是关键部分，采集系统的任务是等部分、将多通道的超声模拟信号数字化。并将其存储，供后上电极薄膜续处理。针对微电容超声换能器高频率、多通道、大支撑容量的信号采集要求．本文设计了一种以AD9222模绝缘层基底数转换器为核心，以大容量FLASH为临时存储介质．下电极图1CMUT敏感单元结构基金项目：国家自然科学基金项目(61127008)；国家杰出青年基底是制造时的晶圆硅片．重掺杂后用作下电基金项目(61525