[发明专利]一种高灵敏度谐振式MEMS矢量水听器结构

说明书

技术领域

本发明涉及矢量水听器，具体是一种高灵敏度谐振式MEMS矢量水听器结构。

背景技术

作为声呐系统的重要部件之一，矢量水听器广泛应用于水下声压信号的精确定位和测量。目前，矢量水听器根据其敏感转换元件的不同可分为以下两种：第一种矢量水听器的敏感转换元件采用共振隧穿二极管RTD（例如中国专利ZL200610012991.0所公开的一种共振隧穿仿生矢量水声传感器）。此种矢量水听器具有频响效果好、灵敏度高的优点，但其在工作过程中受温度及环境噪音影响很大，因而其存在抗干扰能力差的问题。第二种矢量水听器的敏感转换元件采用压敏电阻（例如中国专利ZL200810079372.2所公开的一种微纳仿生矢量水声传感器的封装结构）。此种矢量水听器具有体积小、成本低、工艺简单的优点，但其存在灵敏度低的问题。基于此，有必要发明一种全新的矢量水听器，以解决现有矢量水听器抗干扰能力差、灵敏度低的问题。

发明内容

本发明为了解决现有矢量水听器抗干扰能力差、灵敏度低的问题，提供了一种高灵敏度谐振式MEMS矢量水听器结构。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种高灵敏度谐振式MEMS矢量水听器结构，包括四梁臂硅微结构、微型柱状体、中心连接体、驱动电极、检测电极；其中，四梁臂硅微结构和中心连接体均位于同一平面；微型柱状体的下端垂直固定于中心连接体的上表面中央；驱动电极的数目、检测电极的数目均为八个；第一个驱动电极铺设于四梁臂硅微结构的前梁臂的上表面左前部；第二个驱动电极铺设于四梁臂硅微结构的前梁臂的上表面左后部；第三个驱动电极铺设于四梁臂硅微结构的左梁臂的上表面左后部；第四个驱动电极铺设于四梁臂硅微结构的左梁臂的上表面右后部；第五个驱动电极铺设于四梁臂硅微结构的后梁臂的上表面左前部；第六个驱动电极铺设于四梁臂硅微结构的后梁臂的上表面左后部；第七个驱动电极铺设于四梁臂硅微结构的右梁臂的上表面左后部；第八个驱动电极铺设于四梁臂硅微结构的右梁臂的上表面右后部；第二个驱动电极的极性与第一个驱动电极的极性相反；第五个驱动电极的极性与第二个驱动电极的极性相反；第六个驱动电极的极性与第五个驱动电极的极性相反；第四个驱动电极的极性与第三个驱动电极的极性相反；第七个驱动电极的极性与第四个驱动电极的极性相反；第八个驱动电极的极性与第七个驱动电极的极性相反；第一个检测电极铺设于四梁臂硅微结构的前梁臂的上表面右前部；第二个检测电极铺设于四梁臂硅微结构的前梁臂的上表面右后部；第三个检测电极铺设于四梁臂硅微结构的左梁臂的上表面左前部；第四个检测电极铺设于四梁臂硅微结构的左梁臂的上表面右前部；第五个检测电极铺设于四梁臂硅微结构的后梁臂的上表面右前部；第六个检测电极铺设于四梁臂硅微结构的后梁臂的上表面右后部；第七个检测电极铺设于四梁臂硅微结构的右梁臂的上表面左前部；第八个检测电极铺设于四梁臂硅微结构的右梁臂的上表面右前部。

工作时，将八个驱动电极均与外部电源连接，将八个检测电极均与外部谐振频率检测电路连接。在外部电源的驱动下，四梁臂硅微结构的四个梁臂（前梁臂、左梁臂、后梁臂、右梁臂）同时进行谐振（如图5所示），外部谐振频率检测电路由此检测出四个梁臂的谐振频率。具体工作过程如下：在水下声压信号的作用下，微型柱状体发生偏斜，并导致四梁臂硅微结构产生形变，四梁臂硅微结构的四个梁臂上由此产生应力。在该应力的作用下，四个梁臂的谐振频率发生改变，外部谐振频率检测电路由此检测出四个梁臂的谐振频率的改变量。根据四个梁臂的谐振频率的改变量，即可解算出被测水下声压信号的大小，由此实现水下声压信号的精确定位和测量。