Réponse non linéaire d'une population de cMUTs : modèle et mesure
Résumé
La prédiction des comportements non linéaires des membranes cMUTs est un point essentiel de la phase de conception de ces dispositifs. On polarise ces dispositifs avec une tension dont la valeur détermine le coefficient de couplage du cMUT. On lui superpose une tension d'excitation, qui selon l'amplitude et la fréquence, permet de balayer la totalité du gap disponible, voire conduire au collapse. Nous avons montré lors d'études précédentes que la forme temporelle du déplacement présente une asymétrie qui dépend de la dérivée de la pression électrostatique. L'analyse que nous proposons consiste à étudier l'impact de la non-linéarité des cMUTs sur le champ de pression émis par un élément de barrette. Pour cela nous avons mis en place un banc d'interférométrie laser qui permet de mesurer les déplacements des membranes immergées dans un fluide ainsi que, par écho de réflexion, le champ de pression qu'elles rayonnent. Le modèle que nous proposons est basé sur la théorie des plaques minces et la réponse impulsionnelle de diffraction pour le couplage fluide/cMUT. La résolution est menée dans le domaine temporel selon un schéma RK4. Aucune hypothèse de linéarité n'est effectuée. Le collapse est simulé comme une condition simple de blocage de la membrane lorsqu'elle atteint localement un déplacement supérieur à la hauteur de cavité. Nous présentons des résultats de mesure conduits sur un dispositif d'imagerie ultrasonore dont la fréquence centrale est de 7 MHz. Les résultats de mesure obtenus concordent avec les prédictions théoriques, pour toutes les conditions d'excitation testées : signal sinusoïdal avec 1 ou 5 périodes, dont la fréquence varie de 200 kHZ à 10 MHz, et l'amplitude de 80 % à 150 % de la tension de collapse.
Origine : Accord explicite pour ce dépôt
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