[发明专利]一种二维热式声矢量传感器芯片及其实现方法

权利要求书

1.一种二维热式声矢量传感器芯片，其特征在于，所述二维热式声矢量传感器芯片采用支架式或镂空式：

采用支架式，所述二维热式声矢量传感器芯片包括：衬底、竖直支撑框架、水平支撑框架、水平流道、竖直流道、热式声矢量传感器以及电极；其中，在衬底的边缘设置两组互相垂直的支撑框架，分别为竖直支撑框架和水平支撑框架，竖直支撑框架和水平支撑框架均内部中空；在竖直支撑框架的内部沿水平方向没有衬底阻挡，从而在竖直支撑框架的内部中空的区域形成水平流道，即水平流道的方向为水平方向，在水平支撑框架的内部沿竖直方向没有衬底阻挡，从而在水平支撑框架的内部中空的区域形成竖直流道，即竖直流道的方向为竖直方向，从而形成两个方向互相垂直的流道；在水平流道中设置单轴的水平热式声矢量传感器，使水平热式声矢量传感器中梁的长度方向与流道方向垂直，以此保证水平热式声矢量传感器的敏感方向与所在的水平流道平行即为水平方向，水平热式声矢量传感器包括至少一根竖直测温梁和至少一根竖直加热梁，即测温梁和加热梁的方向沿竖直方向，竖直测温梁和竖直加热梁的两端架设在竖直支撑框架上；在竖直流道中设置单轴的竖直热式声矢量传感器，使竖直热式声矢量传感器中梁的长度方向与流道方向垂直，以此保证竖直热式声矢量传感器的敏感方向与所在的竖直流道平行即为竖直方向，竖直热式声矢量传感器包括至少一根水平测温梁和至少一根水平加热梁，即测温梁和加热梁的方向沿水平方向，水平测温梁和水平加热梁的两端架设在水平支撑框架上；在衬底上设置多个电极，每一根测温梁和加热梁分别对应一个电极，竖直测温梁和水平测温梁通过相应的电极分别连接至外部的信号处理电路的两个不同通道，加热梁分别通过相应的电极连接至外部的加热电路；

采用镂空式，所述二维热式声矢量传感器芯片包括：衬底、水平流道、竖直流道、热式声矢量传感器以及电极；其中，对衬底的中心进行镂空处理，形成两组互相垂直的竖直流道和水平流道，竖直流道即流道的方向为竖直方向，水平流道即流道的方向为水平方向；在竖直流道中设置单轴的竖直热式声矢量传感器，使竖直热式声矢量传感器中梁的长度方向与流道方向垂直，以此保证竖直热式声矢量传感器的敏感方向与所在的竖直流道平行即为竖直方向，竖直热式声矢量传感器包括至少一根水平测温梁和至少一根水平加热梁，即测温梁和加热梁的方向沿水平方向，水平测温梁和水平加热梁的两端架设在竖直流道的边缘上；在水平流道中设置单轴的水平热式声矢量传感器，使水平热式声矢量传感器中梁的长度方向与流道方向垂直，以此保证水平热式声矢量传感器的敏感方向与所在的水平流道平行即为水平方向，水平热式声矢量传感器包括至少一根竖直测温梁和至少一根竖直加热梁，即测温梁和加热梁的方向沿竖直方向，竖直测温梁和竖直加热梁的两端架设在水平流道的边缘上；在衬底上设置多个电极，每一根测温梁和加热梁分别对应一个电极，竖直测温梁和水平测温梁通过相应的电极分别连接至外部的信号处理电路的两个不同通道，加热梁分别通过相应的电极连接至外部的加热电路；

通过外部的加热电路对竖直加热梁和水平加热梁施加电流，对所处的水平流道和竖直流道加热，使得温度位于热式声矢量传感器的工作温度；当有声波到达水平流道和竖直流道中时，水平流道和竖直流道内的流体中的声粒子在水平流道和竖直流道中振动，在声粒子的振动范围内，没有衬底阻挡，不会对声粒子运动的轨迹造成畸变；声粒子在水平流道和竖直流道中的振动，能够改变竖直测温梁和水平测温梁周围的温度分布，只有垂直于测温梁的振动会产生温度改变，因此竖直测温梁的温度改变包含有声粒子的水平振速分量，水平测温梁的温度改变包含有声粒子的竖直振速分量；竖直测温梁和水平测温梁分别通过各自的电极将分别包含有水平振速分量和竖直振速分量的温度信号传输至信号处理电路对应的通道，将温度信号转化为电压信号，得到声粒子的振幅和频率，进一步根据两个全正交的水平振速分量和竖直振速分量得到声波的传输方向。

2.如权利要求1所述的二维热式声矢量传感器芯片，其特征在于，在支架式中，在衬底的边缘设置两组互相垂直的支撑框架，每组支撑框架包括一个或两个支撑框架，每一组中的两个支撑框架的中心轴位于同一条直线上，从而在一个流道方向集成两个单轴热式声矢量传感器，保证两个敏感轴的声中心在同一点。

3.如权利要求2所述的二维热式声矢量传感器芯片，其特征在于，在支架式中，支撑框架的形式采用由多个边框围成的内部穿透的中空结构，或者采用凹槽的形式，凹槽只包括一组相对的侧壁。