壓電MEMS超聲波換能器在罐體中發(fā)射超聲波，然后測(cè)量被液體表面反射的波，從而得到一個(gè)很小的模仿機(jī)械波（需求擴(kuò)大）。發(fā)射波與反射波之間的時(shí)間差與液體的距離成正比。模仿前端（AFE）將MEMS波形擴(kuò)大并將信號(hào)轉(zhuǎn)化為表示飛行時(shí)間（或液體深度兩倍）的積分電壓。模數(shù)轉(zhuǎn)化器（ADC）將該電壓轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，以作為運(yùn)行軟件的微控制器的輸入。時(shí)鐘、PLL和振蕩器電路是數(shù)字電路的支撐模塊，偏置電流發(fā)生器、電壓調(diào)節(jié)器和帶隙基準(zhǔn)是模仿電路的支撐模塊。射頻（RF）發(fā)送器將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)。Arm Cortex-M3微控制器與模仿電路和RF發(fā)送器相連。假如將來(lái)咱們計(jì)劃增加不銹鋼風(fēng)差壓變送器，還需求多路復(fù)用器，但對(duì)于本白皮書(shū)，咱們不考慮這兩個(gè)元素。

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，佛山防爆溫度變送器運(yùn)用超聲波來(lái)探測(cè)傳感器與其他物體之間的距離。它們能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為機(jī)械能，并且在大多數(shù)狀況下，還能將機(jī)械能轉(zhuǎn)化回電能。正是這種功用的二元性使得超聲波換能器能夠向物體或界面發(fā)射壓力波，并能夠在這些波被反射回源時(shí)探測(cè)它們。雖然在日常生活中有著廣泛的運(yùn)用，但與其它競(jìng)賽技能比較，傳統(tǒng)的超聲波換能器更粗笨、更耗電、更貴重。這限制了它們的運(yùn)用，特別是在消費(fèi)領(lǐng)域，但這種狀況因?yàn)镸EMS技能的運(yùn)用而正在快速改變。

行將上市的新一代小型化超聲波換能器的功耗比前代產(chǎn)品低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。沒(méi)有什么比當(dāng)前咱們開(kāi)發(fā)并實(shí)施在體系中的PMUT更合適的例子了。PMUT由一個(gè)懸浮在腔體上的壓電薄膜組成，壓電薄膜通常為鋯鈦酸鋅（PZT）或氮化鋁（AlN）資料。當(dāng)在膜上施加電脈沖時(shí)，膜會(huì)振蕩并直接在它接觸的介質(zhì)中產(chǎn)生聲波。當(dāng)規(guī)劃剛好為共振頻率時(shí)，PMUT能夠用十分小的功率產(chǎn)生大量的能量。圖2顯現(xiàn)了PMUT橫截面示意圖，能夠經(jīng)過(guò)調(diào)整膜厚度和直徑巨細(xì)來(lái)優(yōu)化給定介質(zhì)的共振頻率。PMUT能夠運(yùn)用成熟的硅基半導(dǎo)體制作工藝來(lái)出產(chǎn)。因而與許多競(jìng)賽技能比較，它們能夠適用于低成本的大批量運(yùn)用，更重要的是，它們還能夠與CMOS無(wú)縫集成，從而在一顆芯片上完成完整的傳感體系。

PMUT規(guī)劃的第一步，咱們差壓傳感器批發(fā)運(yùn)用被稱作“有限元分析（FEA）”的技能來(lái)進(jìn)行PMUT仿真。經(jīng)過(guò)有限元分析，能夠?qū)⒚枥L結(jié)構(gòu)行為的雜亂的微分方程轉(zhuǎn)化為代數(shù)表達(dá)式，以簡(jiǎn)化成數(shù)值求解。在規(guī)劃中咱們能夠選用多種FEA辦法：用于探索規(guī)劃概念、執(zhí)行規(guī)劃性能的功用驗(yàn)證，以及優(yōu)化規(guī)劃。FEA能夠探究真實(shí)國(guó)際里非理想幾許形狀、制作加工和資料屬性的變化，十分合適處理邊界條件雜亂的問(wèn)題。

FEA工具依賴于將仿真結(jié)構(gòu)劃分為低階有限元或網(wǎng)格來(lái)近似求解。此進(jìn)程經(jīng)過(guò)自動(dòng)網(wǎng)格函數(shù)的輔佐，可有效地對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分區(qū)。在需求的地方進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，規(guī)劃人員能夠獲得一組精確的仿真成果。經(jīng)過(guò)將網(wǎng)格與來(lái)自電、機(jī)械和熱域的其他信息相結(jié)合，耦合的場(chǎng)模塊可用于一起求解靜電、耦合電機(jī)械學(xué)、壓電、壓阻、阻尼效應(yīng)和其他特性。