[发明专利]一种两维物理量并行检测的MEMS传感器

说明书

本发明涉及一种两维物理量并行检测的MEMS传感器，所述两维物理量为微音和温度，所述MEMS传感器包括：微音传感器和温度传感器；两传感器并联；所述微音传感器为悬臂梁数目大于一的微音传感器。本发明提供的MEMS传感器，采用多梁结构悬臂梁更有利于光声光谱长期稳定的工作，可利用不同灵敏度悬臂梁的强度和硬度不同的特性，当灵敏度较高的悬臂梁因声压太大发生断裂时，依然可以选择其他悬臂梁作为微音器继续检测，实现传感器灵敏度和可靠性的统一；融合了温度传感器有利于消除温度对悬臂梁微音器检测的误差，提高了光声光谱检测的精度。

技术领域

本发发明涉及一种传感器，具体讲涉及一种两维物理量并行检测的MEMS传感器。

背景技术

21世纪以来，随着全球能源互联网的发展和人民生活水平的不断提高，电网的规模和供用电电压等级越来越高，尤其是随着高压工程的应用，变压器的容量也在不断扩大，从而导致变压器的故障率和修复时间也在不断增加。因此，对变压器状态进行监测十分重要。研究表明变压器绝缘油中溶解气体的检测是分析电力变压器诊断故障类型的最有效方法之一，因此对变压器绝缘油中气体进行实时检测从而分析变压器故障类型，对于降低变压器的故障几率，确保电力系统的供电可靠性具有重要意义。

光声光谱技术可用于多种物理量的检测，并且能够实现真正意义的连续、实时在线测量，因此，近年来光声光谱技术已成为变压器绝缘油中溶解气体的在线监测的首选技术方案之一，也是目前用于分析其变压故障类型的一种最有效和高精确的检测方式之一。光声光谱是一种基于光声效应发展起来的光谱技术，它通过测量物质由吸收光能转变为声场强度，来进行物质的定性定量分析。与传统的在线监测技术相比，光声光谱不仅避免了对被测样品和载气的消耗，而且也不需要较复杂的气路控制系统和气体组分分离过程。在对变压器油溶气体检测时，光声池内的气体吸收调制光能，将其转化为声波，再由安装在光声池壁上的微音器检测声信号。因此，光声光谱气体检测系统的灵敏度与微音器性能有密切关系。

微音器是光声光谱技术中的主要传感器件，也是光声光谱的核心部件，其传感精度和稳定性直接影响光声光谱设备的准确性和可靠性。传统的微音器主要为电容式微音器。电容式微音器发生振动时，弹性薄膜随压力变化产生径向拉伸，因而位移响应并非严格线性。随着MEMS技术的发展，微悬臂梁式微音器应运而生。相比电容式微音器，悬臂梁微音器受到时变的压力时，其自身极薄的硅悬臂只发生弯曲，而不被拉伸，因此在相同压力下，悬臂梁微音器中悬臂自由端的位移幅度比电容式微音器中薄膜的位移幅度大两个量级。并且当悬臂位移小于10μm时，其位移呈严格线性变化，且具有较大的动态范围。因此，选用悬臂梁微音器更有利于系统灵敏度的提高。但是悬臂梁微音器多采用单梁结构，其精度、灵敏度及可靠性均受单梁影响，如果在检测气体的过程中，气流导入速度过快或流量过大，将使悬臂梁发生断裂并最终终止检测，从而影响检测的精度和稳定性。此外，光声腔中存在着温度、声音、气体等复杂的多物理量，其中温度的变化同样能使悬臂梁产生形变，从而影响着光声光谱技术检测的灵敏度和稳定性。

发明内容

要解决现有技术的不足，本发明提供了下述技术方案来实现的：提供一种两维物理量并行检测的MEMS传感器，所述两维物理量为微音和温度，

所述MEMS传感器包括：微音传感器和温度传感器；

两传感器并联；

所述微音传感器为悬臂梁数目大于一的微音传感器。

优选的，所述微音传感器与所述温度传感器间依次设有粘附层、反光层和绝缘层。

优选的，所述微音传感器包括座和梁。

优选的，所述座的上端设有纵向竖直设置的所述梁，所述座下部外侧设有所述温度传感器。

优选的，所述梁为不均等的梁，其长宽比为[4,10]；

两相邻所述梁间的距离相等。

优选的，所述微音传感器由单晶硅构成；