电容式微加工超声传感器(CMUT)是一种基于微机电系统(MEMS)技术的超声传感器,它具有高带宽、易集成和高灵敏度等优势。相较于在多方面存在诸多局限性的传统压电式微加工超声传感器,新型微加工超声传感器受到越来越多研究者的重视,因此CMUT具有极大的研究价值和广阔的应用前景。CMUT具有两种常态工作模式,发射模式下传感器薄膜振动产生超声波,接收模式下传感器接收超声波引起薄膜振动。振动薄膜是CMUT的核心结构。通过建立模型对振动薄膜进行有限元仿真分析,既可以计算振动薄膜的形变分布,也可以分析薄膜各个振动情况下的传感器性能。本文将对CMUT进行有限元仿真,分析薄膜形变的静态及动态性能并对有限元分析方法进行验证。本文的主要研究工作可以分为以下几部分:第一:介绍了压电式微加工超声传感器和电容式超声传感器及其国内外研究进展,阐述了CMUT的基本结构和两种常态下的工作模式,提出并重点阐述了CMUT的带平行板电容器质量弹簧机电模型,阐述了CMUT塌陷电压、机电转换率以及接受模式灵敏度三个重要参数并推导得到表达式,由此分析了各项结构参数与传感器工作性能的关系。第二:应用有限元分析软件ANSYS workbench17.0平台重点完成对CMUT的建模、有限元仿真分析以及模态分析过程,通过仿真验证了三类薄膜结构的特性差异,发现了菱形结构薄膜具有的优势,在相同载荷条件下菱形薄膜的最大形变量仅为矩形薄膜的35.9%,最大形变量相差明显。而在模态分析中,菱形结构的一阶固有振动频率达到了矩形结构的1.72倍。对CMUT薄膜形变作一系列静态及动态性能分析,通过直流偏压信号和交流信号共同对薄膜进行相应的控制以达到期望的动态性能。第三:采用有限元分析方法对CMUT塌陷电压进行验证分析,塌陷电压的灵敏度达到了0.442%,应用逆向思维对CMUT在接收状态下的动态性能进行了验证分析,分析得到此时接收状态下薄膜振动位移及输出电流图,最大位移偏差率仅为2.10%,其结果均验证了本文中采用的CMUT有限元分析方法的正确性和准确性。