I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m p u t er   Science   Vo l.   10 ,   No .   1 A p r il   2 0 1 8 ,   p p .   5 9 ~ 6 5   I SS N:  2 5 0 2 - 4752,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j ee cs.v 1 0 . i1 . p p 5 9 - 6 5          59       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / ijeec s   Desig n F lex ura P iez o el ectr i c Acous tic  Tra nsdu c ers A rray   B a sed d3 3  Mo de P o la riz a tion       K.   A.   Ah m a d 1 A.   Ab d M a n a f 2 Z .   H us s a i n 3 ,   Z .   J a nin 4   1 , 3, F a c u lt y   o f   El e c tri c a En g in e e rin g Un iv e rsiti T e k n o lo g M A RA ,   M a la y sia   2   Co ll a b o ra ti v e   M icro e lec tro n ic D e sig n   Ex c e ll e n c e   Ce n tre (CE DEC),   S a in s@ USM ,   L e v e 1 ,   Blo c k   C,     No . 1 0   P e rsia ra n   Bu k it   Ja m b u l,   1 1 9 0 0   Ba y a n   Lep a s,  P u lau   P in a n g ,   M a la y sia   1 ,2   S c h o o l   o f   El e c tri c a a n d   E lec tro n ic E n g in e e rin g ,   USM ,   E n g in e e rin g   Ca m p u s,  S e b e ra n g   P e ra i   S e lata n ,     N ib o n g   T e b a l,   P e n a n g   1 4 3 0 0   M a l a y si a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   16 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   Mar   18 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Mar   31 ,   2 0 1 8       P iez o e lec tri c   A c o u stic  T ra n sd u c e (P A T is  a   tran sd u c e rs  u se d   in   m a n y   a p p li c a ti o n   su c h   a m e d ica d iag n o stic,  m e d ica u lt ra so n ic  ima g in g   a n d   u n d e rw a ter  a c o u stic  a p p li c a ti o n s.   L a tes re se a rc h ,   P A T   we re   in v e stig a ted   in   m a rin e   a p p li c a ti o n   a n d   u n d e rw a ter  a c o u stic  im a g in g .   Co n v e n ti o n a P A T   is   d e sig n   b a se d   o n   se n sin g   e lem e n t,   P iez o e lec tri c   M a teria l,   m a tch in g   lay e a n d   b a c k in g   la y e r.   Bu th e   c o n v e n ti o n a m e th o d   stil h a p r o b lem   w it h   issu e o n a rro w   b a n d w id th ,   d irec ti v it y   a n d   lo w   se n siti v it y .   T h is  p ro b lem   is  o c c u rre d   w h e n   th e   tran sd u c e n e e d   t o   i n c re a se   th e   ima g e   re so lu ti o n .   T h e   siz e   o f   sin g le   e le m e n w il b e c o m e   s m a ll e r   to   m e e th e   re q u irem e n o f   h ig h   re so lu ti o n .   P ZT - 5 h a v e   h ig h   p iez o e lec tri c   c o n sta n (d 3 1 a n d   lo w   d iele c tri c   lo ss .   It  is   c h o se n   a se n sin g   e le m e n in   th is   d e sig n   o f   P A T   b e c a u se   it   w il in c re a se   th e   se n siti v it y   o tran sd u c e rs.  T h e   P AT   is   d e sig n   b a se d   o n   d 3 3   m o d e   p o lariz a ti o n   to   im p ro v e   th e   re c e iv in g   se n siti v it y .   T h e   f a b rica ti o n   p ro c e ss   a re   in c lu d e d   w e t   e tch in g   o n   P ri n ted   Circu it   B o a rd   ( P CB),   sp in   c o a ted   P o ly d im e t h y lsil o x a n e   (P DM S ),   a n d   b a k e d   tran sd u c e o n   h o p late .   P A T   is  c h a ra c teri z e d   u sin g   P u lse - Ech o   m e th o d .   P u lse - Ech o   m e th o d   w i ll   d e ter m in e   th e   se n siti v it y ,   d irec ti v it y   a n d   o p e ra ti n g   b a n d w id th   o f   a c o u stic  tran sd u c e rs  in   u n d e rw a ter   a p p li c a ti o n s.  Op e n   c ircu it   re c e iv i n g   v o lt a g e   (OCRV is  v o lt a g e   re sp o n se   to   d e term in e   th e   se n siti v it y   o f   a c o u stic  tran sd u c e r.   T h e   c o m m e r c ia p ro jec to r   an d   h y d ro p h o n e   w il c a li b ra te  to   o b tai n   th e   re li a b il it y   o f   re su lt .   In   c ro ss   talk   tes t,   a so m e   p a rti c u lar  f re q u e n c y ,   P i n   2   a n d   P in   3   h a v e   lo w   se n siti v it y   v a lu e .   It  is  b e c a u se   P i n   2   a n d   P i n   3   re c e iv e d   lo w   a c o u stic  w a v e   p re ss u re .   T h e   P A a rra y   b a se d   d 3 3   m o d e   p o lariz a ti o n   sh o w it   h a m o re   re c e i v in g   se n siti v e   c o m p a re d   to   c o m m e rc ial  a c o u st ic  tran sd u c e rs.  T h e   d e sig n   tran s d u c e h a s   se n siti v it y   a - 5 6   d re   1 V P a   a re so n a n c e   f r e q u e n c y ,   1 0 0 k Hz   a n d   f ra c ti o n a b a n d w id th   a t   3 0 % .   K ey w o r d s :   d 3 3   Mo d P o lar izatio n   P iezo e lec tr ic  A co u s tic  T r an s d u ce r   ( P A T )   A r r a y   P u ls e - E c h o   Me th o d   Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   K.   A .   Ah m ad   Facu lt y   o f   E lectr ical  E n g in ee r in g   Un i v er s itiT ek n o lo g i M AR A ,     Ma la y s i a .   E m ail:  az m an 0 6 2 @ p p in a n g . u i t m . ed u . m y       1.   I NT RO D UCT I O N   P iezo elec tr ic  A co u s tic  T r an s d u ce r   ( P A T )   is   tr a n s d u ce r   u s ed   to   co n v er an   ac o u s tic  s ig n al   to   v o ltag e   s ig n al  o r   v ice  v er s a.   I is   ap p lied   in   m an y   ap p li ca tio n   s u c h   as  m ed ical  d iag n o s tic  [ 1 ] ,   [ 2 ] ,   m ed ical  ac o u s tic   i m a g in g   [ 3 ] ,   [ 4 ]   an d   u n d er w at er   ap p licatio n s   [ 5 ] - [ 8 ] .   I n   co n v en t io n al  p iezo elec tr ic  ac o u s t i tr an s d u ce r   ( P A T )   d esig n ,   it  is   d ep en d   o n   m atc h in g   la y er ,   p iezo elec tr ic  m at er ial  an d   last l y   t h b ac k i n g   la y er   [ 5 ] ,   [ 9 ] .   T h e   o p er atin g   r an g f r eq u en c y   i s   d esig n   b ased   o n   t h ic k n e s s   o f   p iezo elec tr ic  m ater ia an d   th ela s tic  o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  10 ,   No .   1 A p r il 2 0 1 8   :   5 9     65   60   m e m b r a n e’ s   d ev ices  [ 1 0 ] .   I n   th is   s it u atio n ,   P A T   is   li m ited   in   s ize  an d   t h o p er atio n   b a n d w id th   i s   n ar r o w .   Un d er w a ter   i m ag in g   i s   r eq u i r e d   h ig h   r e s o lu tio n   ac o u s tic   tr an s d u ce r s   to   m a k t h i m a g m o r clea r   a n d   p r ec is [ 1 1 ] .   Hig h   r eso lu tio n   i m a g ca n   b o b tain ed   w it h   s m all  s ca le  s i n g le  ele m en a n d   lar g n u m b er   o f   s in g le  ele m e n t in   2   d i m e n s io n al.     P iezo elec tr ic  A co u s tic  T r an s d u ce r   is   b ased   o n   p iezo elec tr ic  m ater ial   to   co n v er a   s i g n al   f r o m   p r ess u r to   elec tr ic   f ie ld   o r   v i ce   v er s a.   Sev er al  s t u d ies  ar u s ed   P o l y v in y lid e n f l u o r id ( P VDF)   [ 1 2 ] ,   [ 1 3 ] ,   L ea d   Z ir co n ate  T itan ate  ( P Z T )   [ 1 4 ] - [ 1 6 ] ,   L ea d   Ma g n e s i u m - L ea d   T itan ate  ( P MN - P T )   [ 1 7 ] ,   A lu m in iu m   N itrid ( A I N)   [ 1 8 ] ,   an d   Sca n d iu m   A l u m in iu m   Nitr id ( Scx A l1 - x N)   [ 1 9 ]   as  p iez o elec tr ic  m ater ial  f o r   p ar ticu lar   p er f o r m a n ce   an d   ap p licatio n .   R ec en tl y   P VDF  is   u s ed   to   s o lv th n ar r o w b a n d   is s u es  b u it  h as   p r o b lem   w it h   n ar r o w   b ea m   n atu r [ 1 2 ] .   Me an w h ile,   th P Z T - 5 is   u s ed   in   ap p licatio n   w h ic h   r eq u ir ed   h i g h   s en s iti v it y .   P Z T - 5 h a v h i g h   p iezo elec tr ic  co n s tan t   ( d 3 1 )   an d   lo w   d ielec tr ic  lo s s   [ 1 6 ] ,   th u s   it   w ill  in d u ce d   h ig h   d is p lace m e n t se n s it iv it y   w it h o u t d o f f s et.     f lex u r al  d iap h r a g m   ar i n t r o d u ce d   p r ev io u s   p ap er s   i n   p ap er   to   in cr ea s d e f o r m atio n   [ 2 0 ] .   I n   f le x u r al  m o d tr an s d u ce r s   ar r ay ,   th b an d w id th   i s   m a x i m ize d   b y   m i n i m izi n g   th p itch ,   i.e .   b y   m a x i m izi n g   th e   r atio   o f   th ac tiv to   to tal  ar ea .   T h f lex u r al  d iap h r ag m   ca n   w o r k   eit h er   in   d 3 1   o r   d 3 3   m o d d iap h r ag m .   T h e   d 3 3   m o d w it h   f le x u r al  d iap h r ag m   w ill i m p r o v ed   th s e n s iti v it y   o f   r ec eiv in g   ac o u s tic  tr an s d u ce r s   [ 2 1 ] .   I n   th is   p ap er ,   th th eo r y   o f   d 3 3   m o d p o lar izatio n   is   e x p lai n ed   in   s ec tio n   2 ,   th e   d esi g n   o f   d 3 3   m o d P A T   i s   elab o r ated   d etail  in   s ec tio n   3 ,   th e   f ab r icatio n   o f   P A T   is   e x p lain ed   in   s ec tio n   4 ,   t h e x p er im e n tal   s et u p   o f   P u ls e - E c h o   m et h o d   is   p r esen t ed   in   s ec tio n   5 ,   th r esu lt  a n d   d is cu s s io n   is   d is cu s s ed   in   s ec tio n   6   an d   last l y   s ec tio n   is   t h co n cl u s io n .       2.   T H E O RY  O F   d 33   M O DE   P O L ARI Z A T I O N   d 33   m o d p o lar izat io n   in   P AT   is   ac h iev ed   b y   p o lar ized   p iezo elec tr ic  m ater ial,   f o r   ex a m p le,   lead   zir co n ate  tita n ate,   P Z T - 5 a s   s en s i n g   ele m en t   is   s u p p lied   w it h   a   D C - v o lta g a n d   it  w i ll  in d u ce d   a n   elec tr i c   f ield .   T h s ch e m atic  d ia g r a m   o f   d 3 3   m o d p o lar izatio n   is   s h o w n   in   Fi g u r e   1 .   I f   n o   e x ter n a p r ess u r o n   P Z T - 5 H,   th p o lar izatio n   is   s ca tte r ed   in s id P Z T - 5 m a ter ial  an d   if   an   e x ter n a u ltra s o n ic   w a v p r ess u r i s   p er p en d icu lar l y   ap p lied   to   th m e m b r a n e,   th s tr ess e s   ar in d u ce d   in   P Z T - 5 H.     R ef er   to   Fi g u r e   1 ,   th elec tr i f ie ld ,   E ,   th elec tr ic  d is p la ce m en t,  D,   an d   th p o lar izati o n   v ec to r   b et w ee n   p o s itiv elec tr o d a n d   n e g ativ elec tr o d ar p a r allel  to   th m ai n   p lan ea n d   alo n g   x 3   ax i s .   T h s tr ess ed   i n   x 3   ax is   lead   to   c h ar g es   in   t h x 3   ax is   d ir ec tio n ,   a n d   th i s   w il m ad tr an s d u ce r   wo r k in g   i n   d 33   m o d e.   T h p iezo elec tr icity   co n s tit u ti v eq u atio n   ca n   b r ep r esen te d   in   E q u atio n   1 .                          ( 1 )       Fig u r e   1 .   Sch e m atic  o f   d 3 3   m o d p o la r izatio n   in   P Z T 5 H       T h s u b s cr ip d en o tes  t h c o m p o n en t s   i n   x 3   ax is ,   an d   d 3 3   is   th p ie zo elec tr ic  co e f f icien o f   p iezo elec tr ic  m ater ial,   P Z T - 5 H.     I f   th th ick n e s s   o f   P Z T - 5 is   m u c h   less   co m p ar ed   to   d is tan ce   b et w ee n   e lectr o d es,  th elec tr ic  f ield ,   in   P Z T 5 b en ea th   u n d er   p o s itiv e   elec tr o d es  is   al m o s t   b elo n g   to   h o r izo n tal   co m p o n e n t s   o f   th e   elec tr ical  d is p lace m e n t,    b et w ee n   t w o   e lectr o d es.  T h ca p ac itan ce   o f   th t w o   e lectr o d es  ca n   b ca lc u lated   u s i n g   Ge v o r g ian s   m o d el  [ 2 2 ] ,   w h ich   is   co m p licated   a n d   in co n v e n ie n t.  T h en   t h m o d el   w a s   s i m p li f ied   an d   th d ev ice  ca p ac itan ce   ca n   b ca lcu lated   as  p ar al lel  p late  ca p ac ito r   b y   i n tr o d u cin g   an   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       Desig n   F lexu r a l P iezo elec tr ic  A co u s tic  Tr a n s d u ce r s   A r r a B a s ed   d 3 3 Mo d P o la r iz a tio n   ( K .   A .   A h ma d )   61   ef f ec tiv ar ea ,   A e,   w h ic h   is   d ef in ed   as  th eq u ip o ten t ia ar ea   o n   w h ic h   th elec tr ic   f ield   v ec to r s   ac p er p en d icu lar l y .   T h en   t h eq u atio n   f o r   d ev ice  ca p ac itan ce   c an   b ap p r o x im a ted   b y                                   ( 2 )       w h er ԑ  d en o tes  th p er m itti v i t y   o f   P Z T - 5 H,   A d en o tes  t h af f ec tiv ar ea ,   w   is   w id t h   o f   el ec tr o d e,   is   len g t h   o f   elec tr o d an d   i s   g ap   b et w ee n   t w o   elec tr o d es.  T h en   t h elec tr ic  ch ar g es,  Q   in d u ce d   o n   elec tr o d es  ca n   b e   o b tain ed   f r o m   th elec tr ic  d is p lace m e n t a n d   e f f ec t iv elec tr o d ar ea ,                     ( 3 )     C o n s eq u en tl y ,   t h in d u ce d   v o l tag is   g i v en   b y                             ( 4 )     R ef er   to   eq u atio n   4 ,   it  s h o wn   th at  t h i n d u ce d   v o lta g is   p r o p o r tio n al  to   th g ap   b etw ee n   t w o   elec tr o d es,  G.   T h en ,   th er ec ei v in g   s e n s i tiv it y   w ill   b r ef er r e d   to   th h i g h e s v o lta g p r o d u ce d   at  p ar tic u lar   f r eq u en c y .       3.   DE S I G d3 3   M O DE   P I E Z O E L E CT RIC AC O U ST I T RANS DUC E ARRA Y   T h d esig n   o f   d 33   m o d P AT   ar r ay   i s   s h o w n   in   Fi g u r e   2 .   T h s en s i n g   ele m e n i s   p i ez o elec tr ic  m ater ial,   P Z T - 5 is   ad h er ed   o n   to p   o f   p r in ted   cir c u it  b o ar d   ( P C B )   as  s h o w n   in   Fi g   2 ( b ) .   P C B   cir cu it   co n s is t s   o f   p o s itiv a n d   g r o u n d /n e g at iv elec tr o d es  ar ar r an g ed   in - p lan s tr u ct u r o n   to p   o f   FR - 4   b o ar d .   T h elec tr ical  p ad   o n   to p   o f   P C B   w il p u ll  o u t h e   elec tr ical  v o l tag f r o m   p o s iti v elec tr o d to   o s cillo s co p e.   T h p o ly d i m et h y l s ilo x an e   ( P DM S)  is   p lace d   o n   to p   o f   P Z T - 5 an d   it   w ill   co v er   t h e   elec tr ic al  cir cu it   p ar f r o m   co n d u cted   w i th   w ater   an d   f u n ctio n i n g   as  m atc h i n g   la y er   as  w el l.  T h p ar am eter   o f   p iez o elec tr ic  ac o u s tic   tr an s d u ce r s   ar r ay   i s   s h o w n   i n   T ab le  1 .       Fig u r e   2 .   Sch e m atic  d esi g n   o f   d 33   m o d P MU T ,   a)   to p   v ie w ,   b )   s id v ie w       T ab le  1 .   Ma ter ial  P ar am eter   f o r   P A T   A r r ay   M a t e r i a l   P a r a me t e r   W i d t h   ( mm )   L e n g t h   ( mm )   T h i c k n e ss (m m)   C o p p e r   0 . 5   0 . 5   0 . 0 3 3   P ZT 5 H   1 . 5   3 . 5   0 . 2   P D M S   7   7 . 5   0 . 1   FR - 4   B o a r d   10   10   1 . 5 8 7 5     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  10 ,   No .   1 A p r il 2 0 1 8   :   5 9     65   62   4.   F AB RICAT I O O F   d3 3   M O DE   P AT   AR RAY   Firstl y ,   th elec tr o d es a n d   elec tr ical  p ad   o n   P C B   w as  f ab r icat ed   u s in g   P C B   w e t e tch i n g   p r o ce s s .   T h P C B   af ter   w et  etc h ed   is   s h o wn   in   Fig u r e   3.         Fig u r e   3 .   Fa b r icatio n   E lectr o d es a n d   E lectr ical  P ad   o n   th P r in ted   C ir c u it B o ar d   ( P C B )       T h en ,   tak s m al s p o o n   o f   P DM an d   p lace d   it  o n   to p   o f   e lectr o d es  an d   elec tr ical  p ad ,   n ex p lace d   th P C B   o n   s p in co ater .   An d ,   r u n   t h s p i n   co ater   at  2 0 0 0   r p m   f o r   6 0 s   an d   7 0 0   r p m   f o r   1 2 0 s .   T h is   p r o ce s s   w ill   o b tain ed   th t h ick n e s s   o f   P DM o n   P C B   b o ar d   at  5 0 u m .   T h en ,   u s ed   t h is   th ic k n es s   o f   P DM to   ad h er th e   P Z T - 5 w it h   to p   o f   P C B .   Nex t,  b ak ed   th P C B   o n   h o t p late  w it h   te m p er atu r 1 2 0 °C   as s h o w n   in   F ig u r e   4 ( b ) .     T h is   p r o ce s s   w ill  ta k ab o u 1   m in u te.   T h en ,   m ak it  co ld   ab o u t1 0   m i n u tes.  A f ter   t h at  to o k   ag ain   a   s p o o n   o f   P DM an d   p lace d   o n   to p   o f   P Z T - 5 H,   an d   th en ,   p l ac ed   it  o n   s p in   co ater .   T h s p i n   co ater   w as  s et  at   1 5 0 0 r p m   f o r   6 0 s   an d   5 0 0   r p m   f o r   3 0 0 s .   T h th ick n es s   o f   P DM o n   to p   o f   P ZT - 5 will  b ec o m 1 0 0 u m .   T h en ,   th tr an s d u ce r   is   p lace d   o n   h o p late.   T h tem p er atu r o f   h o p late  is   s et u p   at  1 2 0 °C   an d   p lace d   it  ab o u t   2 0   m i n u te.   T h f ab r icate d   tr an s d u ce r   is   s h o w s   i n   Fi g u r e   4 ( c) .       ( a)                       ( b )                     ( c)       Fig u r e   4 .   a)   Sp in   co ater ,   b )   Ho t P late,   c)   d 33   M o d P iezo elec t r ic  A co u s tic  T r an s d u ce r s       5.   E XP E R I M E NT A L   SE T UP   P A T   ar r ay   is   m ea s u r ed   b y   p u ls e - ec h o   ex p er i m e n tal  m et h o d .   P u ls e - ec h o   ex p er i m e n tal  m et h o d   is   u s ed   to   ch ar ac ter ize  th p er f o r m an ce   o f   u l tr aso n ic  d ev ice  i n   u n d er w ate r .   T h s en s iti v it y ,   r e s o n an ce   f r eq u e n c y   an d   b an d w id t h   ca n   b an al y s e d   b ased   o n   th is   m e th o d .   T h s etu p   o f   p u ls e - ec h o   ex p er i m en t al  m eth o d   is   s h o w n   in   Fi g u r e   5.   T est  tan k   w it h   7 6 0   m m   ×  3 6 0   m m   ×  3 8 0   m m   s ize  is   p lace   to   test   P A T   in   u n d er w ate r .   Fu n ctio n   g en er a to r   ( Ha m e g   HM - 8 1 5 0 )   an d   p u ls f o r m in g   n et w o r k   ( P FN)   w er w o r k ed   to g et h er   to   p r o d u ce   p u ls e   s ig n al.   P r o j ec to r   ( UNDT - 5 0 0   k Hz,   T ec h n o tr o n ics  I n d u s tr ies ,   Delh i)   w as  tr a n s m itted   an   ac o u s tic  p u l s s ig n al   in   w ater .   P A T   w a s   t h e n   co n v er ted   an   ac o u s t ic  s i g n al  to   el ec tr ical  s i g n al  f o r m .   T h d ig ital   o s cillo s co p e   ( P ico Sco p e   2 2 0 4 ,   1 0   MH o f   P ico   T ec h n o lo g ies,  I n c)   w as c o llected   d ata  an d   s av it in to   c o m p u ter .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       Desig n   F lexu r a l P iezo elec tr ic  A co u s tic  Tr a n s d u ce r s   A r r a B a s ed   d 3 3 Mo d P o la r iz a tio n   ( K .   A .   A h ma d )   63     Fig u r e   5 .   P u ls e - E c h o   Me th o d ,   a)   E x p er i m en ta l Site,   b )   Sch e m atic  Dia g r a m       T h r ee   test   w ill  b e x a m i n ed   wh ich   ar ca lib r atio n   o f   co m m e r cial  p r o j e cto r   an d   h y d r o p h o n ( UNDT - 5 0 0   k Hz,   T ec h n o tr o n ics   I n d u s tr ie s ,   Del h i) ,   cr o s s ta lk   test   b et w ee n   e lectr o d es  an d   o p e n   cir c u it  r ec ei v i n g   v o ltag r esp o n s e.   A ll t h r esu l ts   ar s h o w n   in   r es u lt a n d   d is c u s s io n   s ec t io n .       6.   RE SU L T   AND  DI SCUS SI O N   T h ca lib r atio n s   w er d o n o n   co m m er cial  p r o j ec to r   an d   h y d r o p h o n to   m a k t h d ata  co llected   ar m o r r eliab le.   T h r esu lt  f o r   0   m m   d is ta n ce   an d   4 0   m m   d is t an ce   ar s h o w n   in   Fi g u r e   6 .   I t   w as  s h o w n   t h at  f o r   0   m m   d is ta n ce ,   t h er i s   n o   g a p   b et w ee n   t h e   i n p u t   an d   o u tp u s ig n al. Me a n w h ile,   f o r   4 0   m m ,   t h er is   s m al l   g ap   b et w ee n   th in p u an d   o u t p u s ig n al.   T h is   is   s h o w   t h at  t h p r o j ec t o r   an d   h y d r o p h o n i s   in   g o o d   co n d itio n .   T h p r o j ec t o r   an d   h y d r o p h o n w ill b u s ed   to   d eter m in t h d is tan ce   b et w ee n   tr an s m i tter   an d   r ec eiv er .       Fig u r e   6 .   C alib r atio n   r esu lt f o r   co m m er cial  p r o j ec to r   an d   h y d r o p h o n ( UNDT - 5 0 0   k Hz,   T e ch n o tr o n ic s   I n d u s tr ie s ,   Delh i) ,   ( a)   d is tan ce   b et w ee n   p r o j ec to r   to   h y d r o p h o n is   0   m m ,   ( b )   d is tan ce   b etw ee n     p r o j ec to r   t o   h y d r o p h o n is   4 0   m m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  10 ,   No .   1 A p r il 2 0 1 8   :   5 9     65   64   T h s e n s iti v it y   o f   r ec eiv in g   tr an s d u ce r   i s   s h o w n   i n   Fig u r e   7 .   Op en   cir cu it  r ec eiv i n g   v o lta g r esp o n s ( OC VR )   is   c h ar ac ter ized   t h P iezo elec tr ic  A co u s t ic  T r an s d u ce r s   in   r ec eiv i n g   s e n s iti v it y ,   o p er atio n   b an d w id th   an d   cr o s s tal k .   O C V R   i s   m ea s u r ed   in   d B   r V/u P a.   O C V R   i s   v o lta g e   r esp o n s e   o b tain ed   at   th e   p r ess u r e,   1   u P a.   T h er ar s m all  v ar iatio n   m ea s u r e m en t   v a lu e   f o r   p in   2   an d   p in   3   co m p ar to   p in   1   at  f r eq u en c y   r a n g e   1 0 0     2 5 0   k Hz  an d   7 0 0     8 5 0   k Hz.   T h er ar p o s s ib ilit y   th a cr o s s   talk   o cc u r r ed   at  th is   p ar ticu l ar   p o in f r eq u en c y .   P in   2   is   in   b et w ee n   p in   3   an d   p in   1   as  s h o w n   in   Fi g u r e   4 ( c) .   P in   2   h as  lo w e s v al u co m p a r ed   to   p in   3   an d   p in   1   b ec au s it r ec eiv ed   lo w   ac o u s tic  p r ess u r w a v f r o m   p r o j ec to r .         Fig u r e   7 .   Op en   cir cu it r ec eiv i n g   v o ltag f o r   p in   1 ,   p i n   2   an d   p in   3       Fig u r e   8 .   P u ls e - E c h o   E x p er i m en tal  R e s u lt       T h r esu lt   s h o w n   th e   P A T   ar r a y   h as   h i g h er   s ca le   i n   d B   co m p ar ed   to   co m m er cial  h y d r o p h o n e.   T h e   d o tted   lin is   s h o w n   t h r es u l f o r   co m m er cial  h y d r o p h o n e   th at  av ailab le  i n   th m ar k et.   T h r eso n an ce   f o r   P A T   a r r ay   is   ac h iev ed   at  f r eq u en c y   1 0 0   k Hz,   4 7 5   k Hz  an d   8 5 0   k Hz.   P A T   ar r ay   w i ll   w o r k ed   at  v ar io u s   f r eq u en c y   f r o m   r a n g 1 0 0   k Hz  to   1 3 0 0   k Hz.   T h r ec eiv in g   s e n s it iv i t y   f o r   P A T   is   - 5 6   d B   r 1 V/u P at   1 0 0 k Hz.     I f   t h tr an s d u ce r   i s   s elec ted   w o r k i n g   at  8 5 0   k Hz,   s o   P A T   ar r ay   h a s   b a n d w id th   o f   2 2 5   k Hz  w i th   ce n ter   f r eq u e n c y   a 8 5 0   k Hz  w il h a v f r ac t io n al  b an d w id t h   o f   3 0 %.  T h tr an s d u ce r   n ee d   to   im p r o v i n   ter m   o f   o p er atio n   b an d w id th .   Fo r   f u tu r d e v elo p m e n t h tr an s d u ce r   w ill  b d esi g n ed   w it h   s u it ab le  m atch in g   la y er   an d   b ac k in g   la y er   to   i m p r o v t h o p er atio n al  b an d w id th .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       Desig n   F lexu r a l P iezo elec tr ic  A co u s tic  Tr a n s d u ce r s   A r r a B a s ed   d 3 3 Mo d P o la r iz a tio n   ( K .   A .   A h ma d )   65   7.   CO NCLU SI O N   P A T   ar r ay   is   s u cc e s s f u ll y   d e s ig n ed ,   f ab r icate d   an d   m ea s u r ed .   T h f ab r icate d   p r o ce s s   w a s   s tar ted   f r o m   P C B   w et  etc h i n g ,   ad h er e d   th s en s i n g   ele m en t,  P Z T - 5 w it h   to p   o f   elec tr o d es  o n   P C B   an d   s p in   co ated   P DM la y er   o n   to p   o f   P Z T - 5 u s i n g   s p in - co ater .   P A T   ar r ay   w a s   test ed   u s i n g   p u ls e - ec h o   ex p er i m e n tal   m et h o d .   T h ex p er i m en w a s   s u cc e s s f u ch ar ac ter ized   P iezo elec tr ic  A co u s tic  T r an s d u ce r   in   ter m   o f   r ec eiv in g   s en s iti v it y   an d   o p er atin g   f r eq u en c y .   T h e   r esu lt  w a s   s h o w n   th at  at  t h p ar ticu lar   f r eq u en c y ,   p in   2   an d   p in   3   w er d r o p p ed   th r ec eiv in g   v alu e.   I w as  cr o s s   talk   o cc u r r ed   at  p ar ticu lar   f r eq u e n c y .   I n   Fig u r e   8 ,   th r es u l t   w a s   s h o w n   th at  P A T   ar r ay   h as  m o r r ec eiv i n g   s en s iti v it y   co m p ar ed   to   co n v e n tio n al   h y d r o p h o n e.   T h r ec eiv in g   s e n s iti v it y   ac h ie v ed   b y   P A T   ar r ay   is   - 5 6   d B   r 1 V/u P at  1 0 0 k Hz.   T h f r ac tio n al  b an d w id t h   f o r   P A T   is   3 0 %.  T h o p e r atio n al  b an d w id t h   is   n ee d ed   to   b im p r o v ed   f o r   f u tu r d esi g n .   I ca n   b i m p r o v ed   b y   d esig n ed   th P A T   ar r ay   w it h   s u itab le  m a tch i n g   la y er   a n d   b ac k in g   la y er .       RE F E R E NC E S     [1 ]   J.  S o n g ,   e a l. ,   F a b rica ti o n   o f   On e - Dim e n sio n a L in e a Dia g n o stic  a n d   T h e ra p e u ti c   Hig h   In ten sity   F o c u se d   Ultras o u n d   (HIFU)  P h a se d - A rr a y u sin g   Late ra l - m o d e   Co u p li n g   M e th o d ,   IEE In ter n a ti o n a Ultra s o n ics   S y mp o si u m ,   p p .   1 1 0 4 1 1 0 7 2 0 1 0 .   [2 ]   T .   R.   S h ro u t ,   In n o v a ti o n in   P iez o e lec tri c   M a teria ls  f o Ultr a so u n d   T ra n sd u c e rs ,   1 7 th   IEE In ter n a ti o n a l   S y mp o si u m o n   th e   Ap p li c a ti o n s   o f   Fer ro e lec trics ,   v o l.   3 ,   p p .   1 4 2 0 0 8 .   [3 ]   Y .   F .   W a n g ,   e a l . ,   Ultras o n ic  T r a n sd u c e A rra y   De si g n   f o M e d ic a I m a g in g   b a s e d   o n   M EM S   T e c h n o l o g ies ,   3 rd   In ter n a t io n a C o n fer e n c e   o n   B io me d ica En g i n e e rin g   a n d   I n fo rm a ti c s ,   v o l.   2 ,   p p .   6 6 6 6 6 9 2 0 1 0 .   [4 ]   D.  F u ,   e a l . ,   A   No v e M e th o d   f o F a b r ica ti n g   2 - A rra y   P iez o e l e c tri c   M icro m a c h in e d   Ultras o n ic  T ra n sd u c e rs  f o M e d ica Im a g in g ,   1 8 th   IEE I n t e rn a ti o n a l   S y mp o siu o n   th e   A p p li c a ti o n s o Fer ro e lec trics ,   pp.   1 4 2 0 0 9 .   [5 ]   T .   In o u e ,   e a l. ,   T o n p il z   P iez o e lec tri c   T r a n sd u c e rs  w it h   A c o u stic  M a tch in g   P late f o Un d e rw a t e Co lo r   Im a g e   T ra n s m issio n ,   IEE E   T ra n s.  Ultr a so n .   Fer ro e lec tr.   Fre q .   C o n tr o l ,   v ol /i ss u e :   40 ( 2 ) ,   p p .   1 2 1 1 3 0 ,   1 9 9 3 .   [6 ]   C.   H.  Yu n ,   e a l. ,   De sig n   a n d   Ex p e rime n o f   A n   A c o u stic  T ra n sd u c e f o Un d e rw a ter  Na v i g a t io n ,”   OCEANS ,   TA IP EI ,   p p .   1 5 2 0 1 4 .   [7 ]   S .   K.  Ja in ,   e a l. ,   F a b rica ti o n   o f   W id e   Ba n d w id th   M in iatu re   Un d e rw a t e A c o u stic  T ra n sd u c e rs  a n d   S tu d y   o f   T h e ir  El e c tro - a c o u stic  P e rf o rm a n c e ,   IJ EM S ,   v o l.   0 7 1 ,   2 0 0 0 .   [8 ]   J.   C.   L iu ,   e a l. ,   F a b rica ti o n   a n d   Ch a ra c teriz a ti o n   o f   Hig h - S e n siti v it y   Un d e rwa ter  A c o u stic  M u lt im e d ia  Co m m u n ica ti o n   De v ice w it h   T h ick   Co m p o site P ZT   F il m s ,   J o u rn a o S e n so rs ,   2 0 1 7 .   [9 ]   S .   Ch o i,   e a l. ,   A   M icro - m a c h in e d   P iez o e lec tri c   H y d ro p h o n e   w it h   Hy d ro sta ti c a ll y   B a lan c e d   A ir  Ba c k in g ,   S e n s.   Actu a t o rs   Ph y s . ,   v ol /i ss u e :   1 5 8 ( 1 ) ,   p p .   6 0 7 1 ,   2 0 1 0 .   [1 0 ]   X .   Z h a n g   a n d   B.   L ian g ,   P iez o e lec tri c   Ultras o n ic  T ra n sd u c e f o L o n g it u d i n a l - f lex u ra V ib ra ti o n a M o d e - c o n v e rsio n ,   A p p l .   Aco u st . ,   v o l.   1 2 9 ,   p p .   2 8 4 2 9 0 ,   2 0 1 8 .   [1 1 ]   J.  L .   S u tt o n ,   Un d e rw a ter  A c o u stic Im a g in g ,   Pro c .   IEE E v ol /i ss u e :   67 ( 4 ) ,   p p .   5 5 4 5 6 6 ,   1 9 7 9 .   [1 2 ]   M .   S .   M a rti n s ,   e a l . ,   Hig h   F re q u e n c y   W id e   B e a m   P V DF  Ultras o n ic  P r o jec to f o Un d e rw a ter   Co m m u n ica ti o n s ,”   OCEANS A b e rd e e n ,   p p .   1 5 2 0 1 7 .   [1 3 ]   H.  S h in tak u ,   e a l. ,   De v e lo p m e n o f   P iez o e lec tri c   A c o u stic  S e n so w it h   F re q u e n c y   S e le c ti v it y   f o A rti f i c ial  Co c h lea ,   S e n s.  Actu a to rs   P h y s .,  v ol /i ss u e :   1 5 8 ( 2 ) ,   p p .   1 8 3 1 9 2 ,   2 0 1 0 .   [1 4 ]   A .   S .   S a v o ia,  e a l. ,   A   L o w   F re q u e n c y   Bro a d b a n d   F lex ten sio n a Ultras o n ic  T ra n sd u c e A rra y ,   IEE T r a n s.   Ultra so n .   Fer ro e lec tr.   Fre q .   C o n t ro l , v o l /i ss u e :   63 ( 1 ) ,   p p .   1 2 8 1 3 8 ,   2 0 1 6 .   [1 5 ]   T .   Za wa d a ,   e a l . ,   Ch a ra c teriz a t io n   o f   L in e a A rr a y   b a s e d   o n   P Z T   T h ick   F il m ,”   IEE In ter n a ti o n a Ultra so n ics   S y mp o si u m ( IUS ) ,   p p .   1 4 2 0 1 6 .   [1 6 ]   T .   W a n g ,   e t   a l . ,   Hig h ly   S e n siti v e   P iez o e lec tri c   M icro m a c h in e d Ultras o n ic  T ra n sd u c e (p M UT Op e ra ted   in   A ir ,   IET   M icr o   &   Na n o   L e tt e rs ,   v ol /i s su e :   11 ( 10 ) ,   p p .   2 9 4 2 9 9 2 0 1 6 .   [1 7 ]   Z.   W u ,   e t   a l. ,   T h e o re ti c a a n d   Ex p e rim e n tal  In v e stig a ti o n   o f   Ultras o n ic  T ra n sd u c e rs  w it h   Du a Op p o sitely   P o lariz e d   P M N - P T   L a y e rs i n   W id e   F re q u e n c y   Ra n g e ,   IEE T ra n s.  In d .   El e c tro n v ol / issu e :   63 ( 4 ) 2 0 1 6 .   [1 8 ]   Q.  Zh u ,   e t   a l . ,   A n   A lN - b a se d   P iez o e lec tri c   M icr o - m a c h in e d   Ultr a so n ic  T ra n sd u c e (p M UT A rra y ,   IEE 1 6 t h   In ter n a t io n a C o n fer e n c e   o n   N a n o tec h n o lo g y   ( IEE E - NANO) ,   p p .   7 3 1 7 3 4 2 0 1 6 .   [1 9 ]   Q.  W a n g ,   e a l. ,   De sig n ,   F a b rica ti o n ,   a n d   Ch a ra c teriz a ti o n   o f   S c a n d iu m   A lu m in u m   Nitri d e - Ba se d   P iez o e lec tri c   M icro m a c h in e d   Ultras o n ic T ra n sd u c e rs ,   J .   M icr o e lec tro me c h a n ic a S y st . , v ol /i ss u e :   26 ( 5 ) ,   p p .   1 - 8 ,   2 0 1 7 .   [2 0 ]   A .   S .   S a v o ia,  e a l. ,   L o F re q u e n c y   Bro a d b a n d   F lex u ra M o d e   Ultras o n ic  T ra n sd u c e f o I m m e rsio n   A p p li c a ti o n s ,”   2 0 1 4   IE EE   In ter n a ti o n a l   Ultra so n ics   S y mp o siu m ,   p p .   2 5 9 1 2 5 9 4 2 0 1 4 .   [2 1 ]   Z.   S h e n ,   e a l . ,   D3 3   M o d e   P ie z o e lec tri c   Dia p h ra g m   b a s e d   A c o u stic  T ra n sd u c e w it h   Hig h   S e n siti v it y ,”   S e n s.  Actu a t o rs   Ph y s . ,   v o l.   1 8 9 ,   p p .   9 3 9 9 ,   2 0 1 3 .   [2 2 ]   Y.  W a n g ,   e a l. ,   De p e n d e n c e   o f   Ca p a c it a n c e   o n   El e c tro d e   Co n f ig u ra ti o n   f o F e rro e lec tri c   F il m w it h   In terd ig it a El e c tro d e s ,   M icr o e lec tro n .   E n g . ,   v ol /i ss u e :   66 ( 1 ) ,   p p .   8 8 0 8 8 6 ,   2 0 0 3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.