Ultraschall Transducers

cMUT and pMUT

MUTs transformieren ein elektrisches Signal in ein akustisches, anhand einer komplexen mechanischen Bewegung. Designers benützen dazu mehrere elektrische, mechanische und akustische Modelle, und jedes hängt von einer Anzahl physischer Parameter ab. Von daher besteht ein Bedarf, die Simulation mit dem Ergebnis von in-situ Messungen vergleichen zu können.

Der eigentliche Vektor zum Transfer des eingespeisten Signals ist die Bewegung der Membrane des MUT. Das Messen ihrer 3D Topographie in hoher zeitlicher Auflösung entlang der Phase des eingegebenen Signals erlaubt dann das Verfolgen des Energie-Transfer-Prozesses.

Gegenseitige Einflussnahme und Oberflächenwellen

Vollflächige Messungen erlauben die gleichzeitige Charakterisierung von vielen MUT Membranen. Zum Beispiel die Analyse von:

  • Beeinflussung benachbarter Membranen
  • Oberflächenwellen Fortpflanzung
  • statistische Verteilung der Membran Charakteristiken
  • umfassende Beurteilung der Qualität des Bauteils
cMUT @ 8MHz : Zeitsequenz der bewegten Topographie. Courtesy Fraunhofer IPMS, Dresden
cMUT @ 8 MHz : Amplituden-Vibrations-Darstellung
cMUT @ 8 MHz : Phasen-Vibrations-Darstellung

Membran Topographie  –  Kollaps-Spannung

Die Topographie jeder Membrane wird über ihre gesamte Oberfläche in hoher lateraler Auflösung aufgenommen – und erlaubt:

  • Messen der zeitlichen 3D Entwicklung an jedem Punkt auf der Membran entlang des Anregungszyklus in hoher zeitlicher Auflösung
  • Bestimmung der Kollaps-Spannung

Characterization of cMUT by Dynamic Holography Microscopy – IEEE Conference Publication

Profil einer nicht kollabierten MUT Membrane @ 200kHz Courtesy Team n°5, INSERM U930, Université de Tours (France)

Messen im Burst Modus

Das Lyncée Tec stroboskopische Modul erlaubt die sog. Burst Mode Anregung, gemeinhin in der Ultraschall Medizin angewandt.

Aufnahme des Echos in Flüssigkeit

Die beim DHM® einzigartige optische Konfiguration erlaubt das Messen der Deformation der eingetauchten Membran sowohl bei der ausgesandten Welle wie auch des unmittelbar danach empfangenen akustischen Echos. Burst-Anregungssignal 5 MHz – Wiederholfrequenz 50 kHz.

Akustisches Echo aufgenommen in Flüssigkeit. Rote Kurve : Burst Anregungssignal. Schwarze Kurve : MUT Antwortsignal. (1) Welle generiert durch MUT, (2) Welle reflektiert am Mikroskop Objektiv, und (3) MUT Oberfläche beeinflusst durch das Echo. Courtesy von Philips, The Netherlands

Publikationen

Characterization of cMUT by Dynamic Holography Microscopy – IEEE Conference Publication

„3D topogaphy time-sequence immersed measurement of MUT response to burst excitation“ Y. Emery, C. van Heesch. 14th International Workshop on Micromachined Ultrasonic Transducers MUT 2015