【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及声学，特别是涉及一种声粒子速度传感器及其制备方法和检测方法。
技术介绍
1、声音由声压信号和声粒子振动速度信号构成，其中声压是标量信号，与方向无关，声粒子振速是矢量信号，包含了声音传播的方向信息。现有检测声粒子速度的传感器可分为间接检测型和直接检测型。
2、间接检测型声粒子速度传感器有压差式声粒子传感器，压差式声粒子传感器由两个相距一定距离的声压传感器组成，通过测量两点的声压差，近似的得到声压梯度，进而推出声粒子速度。
3、直接检测型声粒子速度传感器有热式声粒子传感器，原理是传热学原理两线式流量计，声音传播会引起空气震动，通过检测两根热线的温差来得到垂直于两热线方向上的声音分量。
4、现有的直接测量声粒子速度的传感器以microflown公司研制的mems热式声粒子传感器为主，但受限于热线的自身热容，高频特性较差，截至频率较低。另外，由于热线需要被加热，耗能大，热噪声较大，传感器信噪比较低。
5、因此，如何能够对声粒子速度进行直接检测，提高传感器的灵敏度和信噪比是声粒子速度检测所面临的需要解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种声粒子速度传感器及其制备方法和检测方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过在柔性纤毛上设置pzt单元，能够将声粒子速度转换为柔性纤毛的振动变形，再转换成电信号输出，实现了声粒子速度的直接检测，不受被测声音信号频率的限制，提高了传感器的灵敏度和信噪比。
2、为实现上
3、本专利技术提供一种声粒子速度传感器，包括基底和柔性纤毛，所述柔性纤毛的根部连接在所述基底上，所述柔性纤毛的自由端不作约束，所述柔性纤毛上设置有pzt单元，所述pzt单元连接有上下电极，在外界声音信号作用下，所述柔性纤毛随着声粒子速度的作用发生振动变形，所述pzt单元基于压电效应将应变转化为电信号输出，经所述上下电极输出到外界电路。
4、优选地，所述基底和所述柔性纤毛采用pi制成，所述柔性纤毛包括作为主体的pi薄膜。
5、优选地，所述柔性纤毛表面具有si膜，所述si膜与pi薄膜形成应力，所述柔性纤毛在应力作用下自弯曲。
6、优选地，所述柔性纤毛正交分布有四个，相对的两个所述柔性纤毛输出信号的相位差，得到声音信号的方向。
7、优选地，所述pzt单元位于所述柔性纤毛的根部，所述pzt单元占整个所述柔性纤毛幅面的40～60％。
8、本专利技术提供一种制备如前文记载的所述的声粒子速度传感器的制备方法，包括以下内容：
9、s1、制备上电极和引线；
10、s2、制备pzt薄膜；
11、s3、制备pzt单元；
12、s4、在所述pzt单元上制备下电极；
13、s5、固化pi薄膜；
14、s6、在所述pi薄膜上制备si膜和al膜；
15、s7、刻蚀所述pi薄膜，腐蚀所述al膜；
16、s8、在所述pi薄膜固化一层pi基底，覆盖除开口之外的区域；
17、s9、柔性纤毛在应力作用下发生自弯曲。
18、优选地，步骤s1中，在生长有zno的硅片上制备钛铂上电极和引线；步骤s9中腐蚀zno将制备的器件从硅片上剥离。
19、优选地，包括步骤s10，蒸镀聚对二氯甲苯防水层。
20、本专利技术还提供一种应用如前文记载的所述的声粒子速度传感器的检测方法，包括以下内容：
21、利用柔性纤毛检测声音信号，声音信号驱动所述柔性纤毛发生振动变形；
22、声粒子速度作用导致所述柔性纤毛随之振动变形，所述柔性纤毛的振动变形使得pzt单元变形；
23、所述pzt单元的变形产生电信号输出，由外界电路进行检测分析。
24、优选地，所述pzt单元连接有上下电极，所述上下电极包括上电极和下电极，所述上电极包括两个，在一个上电极上施加偏置电压，利用逆压电效应，产生应变，改变所述柔性纤毛刚度，对所述柔性纤毛共振频率进行调制，另一上电极则用来检测信号；不用改变所述柔性纤毛共振频率时，将两上电极串联使用。
25、本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
26、本专利技术通过在柔性纤毛上设置pzt单元，在柔性纤毛接收到声音信号时，受声音信号的驱动会发生振动变形，从而将声粒子速度转换为柔性纤毛的振动变形，振动变形的柔性纤毛会带动pzt单元产生应变，基于压电效应，pzt单元将应变转换成电信号输出，能够实现声粒子速度的直接检测，不受被测声音信号频率的限制，提高了传感器的灵敏度和信噪比。
27、对于本专利技术所包含的其他方案，通过利用pi制成柔性纤毛的主体，由于pi的损耗因子较大，因此制得的柔性纤毛品质因数较小，共振频带较宽。通过对柔性纤毛共振频率进行调制，使共振频带覆盖被测声音频段，利用柔性纤毛与声音信号的共振放大，提高了传感器的灵敏度和信噪比。
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1.一种声粒子速度传感器，其特征在于：包括基底和柔性纤毛，所述柔性纤毛的根部连接在所述基底上，所述柔性纤毛的自由端不作约束，所述柔性纤毛上设置有PZT单元，所述PZT单元连接有上下电极，在外界声音信号作用下，所述柔性纤毛随着声粒子速度的作用发生振动变形，所述PZT单元基于压电效应将应变转化为电信号输出，经所述上下电极输出到外界电路。
2.根据权利要求1所述的声粒子速度传感器，其特征在于：所述基底和所述柔性纤毛采用PI制成，所述柔性纤毛包括作为主体的PI薄膜。
3.根据权利要求2所述的声粒子速度传感器，其特征在于：所述柔性纤毛表面具有Si膜，所述Si膜与PI薄膜形成应力，所述柔性纤毛在应力作用下自弯曲。
4.根据权利要求1所述的声粒子速度传感器，其特征在于：所述柔性纤毛正交分布有四个，相对的两个所述柔性纤毛输出信号的相位差，得到声音信号的方向。
5.根据权利要求1所述的声粒子速度传感器，其特征在于：所述PZT单元位于所述柔性纤毛的根部，所述PZT单元占整个所述柔性纤毛幅面的40～60％。
6.一种制备如权利要求1-5任一项
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中，在生长有ZnO的硅片上制备钛铂上电极和引线；步骤S9中腐蚀ZnO将制备的器件从硅片上剥离。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：包括步骤S10，蒸镀聚对二氯甲苯防水层。
9.一种应用如权利要求1-5任一项所述的声粒子速度传感器的检测方法，其特征在于，包括以下内容：
10.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于：所述PZT单元连接有上下电极，所述上下电极包括上电极和下电极，所述上电极包括两个，在一个上电极上施加偏置电压，利用逆压电效应，产生应变，改变所述柔性纤毛刚度，对所述柔性纤毛共振频率进行调制，另一上电极则用来检测信号；不用改变所述柔性纤毛共振频率时，将两上电极串联使用。
...【技术特征摘要】
1.一种声粒子速度传感器，其特征在于：包括基底和柔性纤毛，所述柔性纤毛的根部连接在所述基底上，所述柔性纤毛的自由端不作约束，所述柔性纤毛上设置有pzt单元，所述pzt单元连接有上下电极，在外界声音信号作用下，所述柔性纤毛随着声粒子速度的作用发生振动变形，所述pzt单元基于压电效应将应变转化为电信号输出，经所述上下电极输出到外界电路。
2.根据权利要求1所述的声粒子速度传感器，其特征在于：所述基底和所述柔性纤毛采用pi制成，所述柔性纤毛包括作为主体的pi薄膜。
3.根据权利要求2所述的声粒子速度传感器，其特征在于：所述柔性纤毛表面具有si膜，所述si膜与pi薄膜形成应力，所述柔性纤毛在应力作用下自弯曲。
4.根据权利要求1所述的声粒子速度传感器，其特征在于：所述柔性纤毛正交分布有四个，相对的两个所述柔性纤毛输出信号的相位差，得到声音信号的方向。
5.根据权利要求1所述的声粒子速度传感器，其特征在于：所述pzt单元位于所述...
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