[实用新型]一种宽响应频带质点振速传感器

说明书

本实用新型涉及一种宽响应频带质点振速传感器，包括敏感元件，其特征在于，所述敏感元件(2)包括：衬底(21)，其上形成一桥孔(211)；和若干敏感丝(20)，平行置于所述桥孔(211)上；所述敏感丝(20)由上至下依次包括敏感材料层(206)和支撑层(205)，所述敏感材料层(206)为中空结构。本实用新型采用中空结构的敏感丝，降低敏感丝的等效密度，从而降低敏感丝的热质量，提升结构热交换速率，从而有效提升了传感器的响应频率上限，扩展了传感器的响应频带，且能够不失真地对宽频声音信号的质点振速进行探测。

技术领域

本实用新型涉及传感器领域，特别涉及一种宽响应频带质点振速传感器。

背景技术

声信号包含标量声压信号和矢量质点振速信号两个参量值，他们分别反应了声场的不同特性。其中，声场矢量质点振速信号携带有声波传播方向信息，能够用于声源定位追踪，声场成像等多个方面，在空气声学、水声学等多种领域之中有广泛的应用前景。对于标量声压信号，可以通过驻极体电容式传声器、压电换能器等多种传感器进行测量。对于声矢量信号，传统的测量方法一般是基于声压梯度原理进行间接测量，即通过一定间距上的两个传声器所探测到的声压进行梯度计算，间接获得质点振速信号。传统的声矢量信号测量方法往往存在测量精度低，传感器阵列孔径尺寸较大等多种问题。

上世纪90年代末，荷兰相关研究人员基于微机电(MEMS)工艺，提出了一种基于热温差式的质点振速传感器，可以直接测量声波的质点振速信号。当声信号作用于这种传感器时，该传感器可以通过测温梁(热阻丝)的温度的变化来实现对声波质点振速信号的直接测量。基于这种结构的传感器具有工艺简单，阵列孔径小、测量精度高等多种优势，同时具有良好的指向性。

当前，热温差式质点振速传感器主要有两种结构：一种为平行并列，具有一定间距的三根热阻丝结构，即位于中间位置的加热丝以及对称分布在加热丝两侧的两根敏感丝；另一种为平行并列，具有一定间距的两根热阻丝结构，两根热阻丝既是敏感丝也是加热丝。当声音信号作用于这种结构的质点振速传感器时，两根敏感丝的温度会受声音信号的影响出现扰动，从而使两根敏感丝的阻值出现差异，从而实现对声音信号质点振速的探测。

对于热差分式质点振速传感器，传感器材料及敏感丝结构都会对传感器性能有较大的影响。当前，对于传统的热温差式质点振速传感器，多通过MEMS工艺等工艺手段，采用多种材料设计并制作实心结构的敏感丝。其中，多采用铂作为敏感材料，同时选用二氧化硅、氮化硅、铬等材料形成结合层、承载层、粘附层等结构。传统热温差式质点振速传感器敏感丝的截面结构示意图如图1所示。

然而，基于上述结构的传统热温差式质点振速传感器由于其敏感层材料存在有限的热质量，导致在响应高频声信号时热交换速率难以跟上声波振幅变化速率，从而无法实现较宽的响应频带。这将导致传感器在探测宽频声音信号时出现失真，频带内噪声大等一系列问题。这一缺陷直接影响到了质点振速传感器对宽频声音信号的探测，限制了质点振速传感器的应用场景和适用范围。Microflown等公司虽然曾通过硬件电路等方法，在一定程度上扩展了热温差式质点振速传感器的响应频带，但随之也引入了更大的噪声。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述不足，提供一种具有高灵敏度、高信噪比的宽响应频带质点振速传感器。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种宽响应频带质点振速传感器，包括敏感元件，所述敏感元件包括：

衬底，其上形成一桥孔；和

若干敏感丝，平行置于所述桥孔上；

所述敏感丝由上至下依次包括敏感材料层和支撑层，所述敏感材料层为中空结构。

进一步的，所述的一种宽响应频带质点振速传感器，所述敏感元件还包括：

若干对电极，设置于所述衬底上的所述桥孔两侧；