【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于传感器，具体涉及一种具有n个频率梳齿的谐振响应mems集成声压/振速敏感芯片及其工作方法。
技术介绍
1、无论测量还是检测都需要通过传感器技术实现，测量与检测本质上是有区别的。测量重在要保证测量结果能够精确的反应真值，传感器的考核指标包括精度、非线性、重复性、迟滞、零漂、温漂偏差、稳定性等；检测则重在判断目标信号有无，对传感器的静态测量精度并没有太苛刻的要求，但对动态特性要求较高。在大部分的实际应用中都是以测量为主，因此希望传感器的各项指标，包括精度、线性度、温漂、重复性等等都要达到一定的技术要求，因此对于传感器的设计而言，敏感结构的敏感特性一般都会选在线性区域。对于水下涉及目标检测与识别和各种探测应用方面，很多时候更重要的是希望通过声传感器所获得的信息判断目标信号的有无，需要传感器的动态特性非常良好，并不追求极高的精度指标，基于此，本专利技术在声传感器的设计方面考虑在mems敏感芯片及传感器设计模式上有所突破。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种具有n个频率梳齿的谐振响应mems集成声压/振速敏感芯片及其工作方法，由该芯片可构成谐振声传感器，用以解决水下探测传感器灵敏度增强以及特征信息针对性选择获取的问题，实现高灵敏信息检测与目标特征信息识别。
2、本专利技术通过以下技术方案实现：
3、一种具有n个频率梳齿的谐振响应mems集成声压/振速敏感芯片，所述敏感芯片包括框架基座1、n个频率梳齿单元2和间隙3；
4、所述框架基座1上设置
5、所述频率梳齿单元2包括力学敏感结构2-a和力电转换敏感结构2-b，所述力学敏感结构2-a上设置力电转换敏感结构2-b。
6、一种具有n个频率梳齿的谐振响应mems集成声压/振速敏感芯片，所述n个频率梳齿单元2，包括第1个频率梳齿单元2-1、第2个频率梳齿单元2-2、……、第n个梳齿单元2-n，其中n为自然数，n个梳齿根据空间优化合理排列。
7、一种具有n个频率梳齿的谐振响应mems集成声压/振速敏感芯片，所述力电转换敏感结构2-b包括底电极2-b-1、压电敏感层2-b-2和上电极2-b-3，所述底电极2-b-1和上电极2-b-3通过电极布线引出至位于框架基座上的焊点2-c处，2-c包含信号引出焊点4-1和地线焊点4-2，每个所述频率梳齿单元2-i之间存在间隙3。
8、一种具有n个频率梳齿的谐振响应mems集成声压/振速敏感芯片，所述间隙3为微米级间隙。
9、一种具有n个频率梳齿的谐振响应mems集成声压/振速敏感芯片，所述底电极2-b-1和上电极2-b-3分布于压电敏感层两侧，和压电敏感层一起形成检测电容，压电敏感层包含并覆盖任何可mems化的压电敏感材料。
10、一种具有n个频率梳齿的谐振响应mems集成声压/振速敏感芯片，所述力学敏感结构2-a利用谐振特性，可采用多种力学敏感结构型式，包括但不限于等截面梁结构、等强度梁结构和质量梁结构等型式。
11、一种具有n个频率梳齿的谐振响应mems集成声压/振速敏感芯片，所述力电转换敏感结构2-b的电极输出引致焊点2-c处后，将每个单元的检测电容输出信号通过信号引出焊点4-1和地线焊点4-2输出。
12、一种具有n个频率梳齿的谐振响应mems集成声压/振速敏感芯片，所述每个频率梳可以通过力学敏感结构2-a的参数设计调整谐振频率，实现针对不同频率特征信号的检测与识别。
13、一种具有n个频率梳齿的谐振响应mems集成声压/振速敏感芯片的工作方法，所述工作方法具体为，当被测声源存在某个特定频率fk的声压或振动特征信号时，如果和具有n个频率梳齿的谐振响应mems集成声压/振速敏感芯片中的某个梳齿的本征谐振频率吻合，则该频率梳齿单元就会发生结构谐振；当谐振发生时，频率梳齿单元的力学敏感结构发生位置偏移变化，端点的位移最大，导致梁上产生大的应力变化，通过力电转换生成电荷信号输出，实现谐振频率点附近窄带特征信号的高灵敏检测。
14、一种具有n个频率梳齿的谐振响应mems集成声压/振速敏感芯片的工作方法，当被测声源声信息包含多个特征频率或者一个频率范围的声压或振动信号时，则会对应多个频率梳齿发生谐振并将信号转换后输出对应信号，然后通过信号处理电路对所获取的对应信息进行处理，即能实现基于多个特征信息联合的声源进行稳健传感检测，并实现声源特征信息的识别。
15、本专利技术的有益效果是：
16、本专利技术提出了一种新的mems声敏感芯片设计思路和设计方法。
17、本专利技术提出了一种新的mems传感器工作模式和工作方法。
18、本专利技术提出的芯片支持实现水下特征信息检测新型谐振检测mems声传感器，该传感器具有很高的传感器检测灵敏度、频率选择性以及特征信息的针对性。
19、本专利技术支持实现水下实用mems声信息检测传感器微系统。
20、本专利技术利用二阶惯性系统具有的独特的谐振响应特性，通过力学传感器技术约束与控制形成一种可以实现具有高灵敏度特征的mems水声检测传感器的技术方法。
21、本专利技术在同样芯片尺寸条件下实现具有高灵敏度检测特征的声传感器。
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1.一种具有N个频率梳齿的谐振响应MEMS集成声压/振速敏感芯片，其特征在于，所述敏感芯片包括框架基座(1)、N个频率梳齿单元(2)和间隙(3)；
2.根据权利要求1所述一种具有N个频率梳齿的谐振响应MEMS集成声压/振速敏感芯片，其特征在于，所述N个频率梳齿单元(2)，包括第1个频率梳齿单元(2-1)、第2个频率梳齿单元(2-2)、……、第N个梳齿单元(2-N)，其中N为自然数，N个梳齿根据空间优化合理排列。
3.根据权利要求1所述一种具有N个频率梳齿的谐振响应MEMS集成声压/振速敏感芯片，其特征在于，所述力电转换敏感结构(2-B)包括底电极(2-B-1)、压电敏感层(2-B-2)和上电极(2-B-3)，所述底电极(2-B-1)和上电极(2-B-3)通过电极布线引出至位于框架基座上的焊点(2-C)处，焊点(2-C)包含信号引出焊点(4-1)和地线焊点(4-2)，每个所述频率梳齿单元(2-i)之间存在间隙(3)。
4.根据权利要求3所述一种具有N个频率梳齿的谐振响应MEMS集成声压/振速敏感芯片，其特征在于，所述间隙(3)为微米级间隙。>
5.根据权利要求1所述一种具有N个频率梳齿的谐振响应MEMS集成声压/振速敏感芯片，其特征在于，所述底电极(2-B-1)和上电极(2-B-3)分布于压电敏感层两侧和压电敏感层一起形成检测电容，压电敏感层包含并覆盖任何可MEMS化的压电敏感材料。
6.根据权利要求1所述一种具有N个频率梳齿的谐振响应MEMS集成声压/振速敏感芯片，其特征在于，所述力学敏感结构(2-A)利用谐振特性，采用多种力学敏感结构型式，包括但不限于等截面梁结构、等强度梁结构和质量梁结构的型式。
7.根据权利要求6所述一种具有N个频率梳齿的谐振响应MEMS集成声压/振速敏感芯片，其特征在于，所述力电转换敏感结构(2-B)的电极输出引致焊点(2-C)处后，将每个单元的检测电容输出信号通过信号引出焊点(4-1)和地线焊点(4-2)输出。
8.根据权利要求2或6所述一种具有N个频率梳齿的谐振响应MEMS集成声压/振速敏感芯片，其特征在于，所述每个频率梳通过力学敏感结构(2-A)的参数设计调整谐振频率，实现针对不同频率特征信号的检测与识别。
9.根据权利要求1-8任一所述一种具有N个频率梳齿的谐振响应MEMS集成声压/振速敏感芯片的工作方法，其特征在于，所述工作方法具体为，当被测声源存在某个特定频率fk的声压或振动特征信号时，如果和具有N个频率梳齿的谐振响应MEMS集成声压/振速敏感芯片中的某个梳齿的本征谐振频率吻合，则该频率梳齿单元就会发生结构谐振；
10.根据权利要求9所述一种具有N个频率梳齿的谐振响应MEMS集成声压/振速敏感芯片的工作方法，其特征在于，当被测声源声信息包含多个特征频率或者一个频率范围的声压或振动信号时，则会对应多个频率梳齿发生谐振并将信号转换后输出对应信号，然后通过信号处理电路对所获取的对应信息进行处理，即能实现基于多个特征信息联合的声源进行稳健传感检测，并实现声源特征信息的识别。
...【技术特征摘要】
1.一种具有n个频率梳齿的谐振响应mems集成声压/振速敏感芯片，其特征在于，所述敏感芯片包括框架基座(1)、n个频率梳齿单元(2)和间隙(3)；
2.根据权利要求1所述一种具有n个频率梳齿的谐振响应mems集成声压/振速敏感芯片，其特征在于，所述n个频率梳齿单元(2)，包括第1个频率梳齿单元(2-1)、第2个频率梳齿单元(2-2)、……、第n个梳齿单元(2-n)，其中n为自然数，n个梳齿根据空间优化合理排列。
3.根据权利要求1所述一种具有n个频率梳齿的谐振响应mems集成声压/振速敏感芯片，其特征在于，所述力电转换敏感结构(2-b)包括底电极(2-b-1)、压电敏感层(2-b-2)和上电极(2-b-3)，所述底电极(2-b-1)和上电极(2-b-3)通过电极布线引出至位于框架基座上的焊点(2-c)处，焊点(2-c)包含信号引出焊点(4-1)和地线焊点(4-2)，每个所述频率梳齿单元(2-i)之间存在间隙(3)。
4.根据权利要求3所述一种具有n个频率梳齿的谐振响应mems集成声压/振速敏感芯片，其特征在于，所述间隙(3)为微米级间隙。
5.根据权利要求1所述一种具有n个频率梳齿的谐振响应mems集成声压/振速敏感芯片，其特征在于，所述底电极(2-b-1)和上电极(2-b-3)分布于压电敏感层两侧和压电敏感层一起形成检测电容，压电敏感层包含并覆盖任何可mems化的压电敏感材料。
6.根据权利要求1所述一种具有n个频率梳齿的谐振响应mems集成声...
【专利技术属性】
技术研发人员：朴胜春，葛宣佐，张强，龚李佳，雷亚辉，曲彦达，陈丽洁，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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