HUANG Yuan，LI Yigui*，BI Zhenfa，YAN Ping，WANG Huan，SUGIYAMA Susumu（.School of Science，Shanghai Institute of Technology，Shanghai 048，China；.School of Railway Transportation，Shanghai Institute of Technology，Shanghai 048，China；.Department of Microsystem，Ritsumeikan University，Kyoto 55-8577，Japan）



Fabrication and Application of Micro Piezoelectric Composite Ultrasonic Detector*

HUANG Yuan1，LI Yigui1*，BI Zhenfa2，YAN Ping1，WANG Huan1，SUGIYAMA Susumu3
（1.School of Science，Shanghai Institute of Technology，Shanghai 201418，China；2.School of Railway Transportation，Shanghai Institute of Technology，Shanghai 201418，China；3.Department of Microsystem，Ritsumeikan University，Kyoto 525-8577，Japan）

A kind of micro piezoelectric composite ultrasonic detector with good directivity is designed and fabricat⁃ed based on microfabrication process.The detector includes a piezoelectric vibrator，a damper，a relay and ultrahigh frequency（UHF）connector.A piezoelectric vibrator is composed of a 4×4 80 μm×80 μm×130 μm（length× width×height）lead zirconate titanate（PZT）piezoelectric columnar array and the array gap filling an epoxy resin. When the piezoelectric vibrator is applied a high frequency AC voltage to the columnar PZT array，it produces longi⁃tudinal stretching movement，thereby generating ultrasonic radiation to the media.As the epoxy filler material，it can absorb the noise due to the columnar PZT array caused by vibrations in other directions so that the detector can produce a good directivity ultrasonic wave in the longitudinal direction，and improve the detection sensitivity.The test results show that the fabricated micro piezo detector has a good directivity，a high sensitivity，a high accuracy，and can be used in measuring the moisture content in the sediment.

ultrasonic detector；piezoelectric composites；microfabrication process；ultrasonic directivity

超声波因其频率下限大于人的听觉上限而得名，是一种频率高于20000赫兹的声波。它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等，在医学、军事、工业、农业等领域上有很多的应用［1-6］。近年来，随着超声传感技术、微机电技术、计算机技术等高新技术的不断发展，医学超声技术得到了极大的发展和提高，为临床诊断提供了更多人体生理及病理变化的信息。在妇科临床工作中，由于超声诊断技术较其他技术具有明显的优势，因此被广泛地应用于妇科疾病和胎儿生长发育的观察和诊断中［7-8］。

此外，超声波还可以检测泥沙中的含水量。泥沙的含水量是工程领域的重要参数，例如混凝土拌合物配置时，水泥量和水量的比值直接影响到混凝土的强度和耐久性，而强度和耐久性又是衡量混凝土质量的主要指标。混凝土的物理力学性能受其结构的密实性与均匀性支配，若水分过少，和易性不好，则无法振捣密实，强度无法提高。反之，容易离析、泌水，孔隙率增大，强度降低。另外，由于沙子产地、种类不一，以及存放时间和天气环境的影响，在配制时要精确称量各种原材料的重量，才能保证混凝土拌和物的质量。一般的检测手段属于离线行为，在测量值与实际生产状态存在时间滞后现象。所以传统方法不能及时反应生产的瞬间状态值，使得人工估计给水量，不能保证生产的效率和质量。……