MEMSの開発単一圧電マイクロマシン超音波トランスデューサー（PMUT）アレイを使用した気流容量流センシングシステム

複数のトランスデューサーを使用した従来の超音波流量計と比較して、このホワイトペーパーでは、最初に、信号PMUTアレイを使用して長方形パイプの流量を測定する気流体積流量計を初めて報告しています。システム要件に適合するために、約200 kHzが選択されています。この単一配列上のすべてのPMUT要素は、送信機とレシーバーに電気的にグループ化されます。トランスミッターと受信機の間のクロストーク信号を最小限に抑えるために、トランスミッターに位相シフト信号が適用され、クロストーク信号の振幅が87.8％減少するため、結果の高感覚解像度が得られます。単一のPMUTアレイから抽出されたアナログ信号に基づいて、相互相関法とコサイン補間を使用して完全なフローセンシングシステムが構築されます。受信機。一方、アコースティックパスのセルフキャリブレーションは、複数のエコーを使用することで実現されます。デュアルまたは複数のPMUTデバイスを備えた以前に報告されたMEMSフローメーターと比較して、このペーパーでは、最大4 m3/hまでの流量の変化を測定できる単一のPMUTアレイフローセンシングシステムを提案します。単一のデバイスの実装により、システムセットアップ中の超音波デバイス/リフレクターの不整合の問題は完全に根絶されます。

Compared to conventional ultrasonic flowmeters using multiple transducers, this paper reports, for the first time, an airflow volumetric flowmeter using a signal PMUT array to measure the flow rate in a rectangular pipe. The PMUT around 200 kHz is selected to fit the system requirements. All PMUT elements on this single array are then electrically grouped into transmitter and receiver. In order to minimize the crosstalk signal between transmitter and receiver, a phase shift signal is applied at the transmitter to reduce the amplitude of the crosstalk signal by 87.8%, hence, the resultant high sensing resolution. Based on the analog signal extracted from the single PMUT array, a complete flow sensing system is built by using the cross-correlation method and cosine interpolation, whereby the change in flow rate is reflected by the time of flight difference (dTof) recorded at the receiver. Meanwhile, the acoustic path self-calibration is realized by using multiple echoes. Compared with the previously reported MEMS flowmeters with dual or multiple PMUT devices, this paper proposes a single PMUT array flow sensing system, which is able to measure the flow rate changes up to 4 m3/h. With the implementation of a single device, the problem of ultrasound device/reflector misalignment during system setup is completely eradicated.