[發明專利]基于MEMS技術的電化學地震檢波器

有效

• 申請號: 201110309982.9
• 申請日: 2011-10-13
• 公開（公告）號: CN103048680A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 陳德勇;李光北;何文濤;王軍波
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01V1/18
• 分類號: G01V1/18;B81B7/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及地震檢波技術領域，是一種基于MEMS技術的電化學地震檢波器，可以對微弱地震波進行實時監測。

背景技術

目前，已提出的地震檢波器絕大部分是屬于慣性敏感測量器件，將微弱地震波信號轉化為符合儀器記錄系統需要的能量形式。

幾種典型的地震檢波器有：(1)動圈式地震檢波器，利用線圈在地面振動時切割磁感線，產生感應電動勢，通過測量感應電動勢的變化來檢測地震波。(2)壓電式地震檢波器，利用壓電材料的壓電、壓阻效應，通過質量塊敏感慣性力，使材料的電壓或電阻產生相應的變化，通過測量輸出的電壓來檢測地震波。(3)光柵光纖式地震檢波器，光柵式是利用光柵的波長調制原理，通過檢測由光柵的柵距變化引起的波長變化來測量表征地震波的加速度的大小；光纖加速度式是利用質量塊感應加速度產生運動，引起相關結構的變化而導致光輸出相位變化，通過測量出相位變化可計算地震波的振動參數。(4)MEMS電容式地震檢波器，利用MEMS技術微型化、低功耗等特點，采用質量塊-彈簧-阻尼器系統來感應地動加速度，再將電容變化轉化為可輸出的電壓信號，通過測量電壓信號來檢測地震波，美國Colibrys公司是地震用MEMS芯片的主要研制廠家。(5)電化學地震檢波器，基于電化學增益器的原理，利用了其增益倍數大、低功耗、低噪聲等特點，在外界加速度的作用下，帶電離子在電極處的反應速率發生變化，從而使電極電流輸出產生相應的改變，通過測量電流變化來檢測地震波，美國的PMD公司和MET公司是電化學地震檢波器的主要研制廠家。

上述幾種典型的地震檢波器中，動圈地震檢波器頻帶窄、動態范圍小、易受電磁干擾且壽命短；壓電地震檢波器嚴重依賴于材料，溫度穩定性較差，噪聲大，信噪比低，敏感微弱振動有難度，而且壓電和壓阻材料的生產工藝一致性、誤差等問題將引入到檢波器中影響其性能；光纖光柵地震檢波器通過質量塊敏感慣性產生振動不可避免地會引入相應的機械噪聲，信噪比難以做到很高；而且涉及到光學、機械學、電子檢測等，整個檢波器比較復雜，成本高，在惡劣條件下容易損壞；MEMS電容式地震檢波器同樣會引入機械熱噪聲，很難進一步提高傳感器的信噪比和分辨率，另外器件含各種復雜MEMS微結構，工藝復雜、成品率低、成本高，輸出信號微弱，對檢測電路要求苛刻；電化學地震檢波器采用鉑絲網狀電極與多孔陶瓷薄片和陶瓷管組裝而成，工藝復雜、成本高、電極一致性差、批量化生產能力差，器件體積大，制約著其使用范圍。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于MEMS技術的電化學地震檢波器，對微弱地震波進行高靈敏的檢測，并且實現微型化，降低工藝難度和加工成本。

為實現本發明的目的，本發明的技術解決方案是：

一種基于MEMS技術的電化學地震檢波器，其敏感單元密封在盛滿電解質溶液4的腔體中；其敏感單元為層狀疊加結構，每一層包括正面的兩對共面叉指形排列的電極1a、1b、2a、2b和背面的多個溝槽形絕緣流道3，上一層的流道3緊貼在下一層的電極1a、1b、2a、2b上，使電解質溶液4在電極1a、1b、2a、2b表面流動。

所述的地震檢波器，其所述溝槽形絕緣流道3，為一字型，兩端貫通于層狀疊加體兩側面；每層的多個絕緣流道3之間橫向相互平行，不同層的多個絕緣流道3之間疊加的相互平行。

所述的地震檢波器，其所述敏感元件的每一層為不同的長度，便于將各層相同的電極1a、1b、2a、2b相互連接起來；電極1a、1b、2a、2b，或采用條形結構，多組條形結構可以增加電極面積，保證地震檢波器的靈敏度；電極1a、1b、2a、2b材料為金屬鉑；電解質溶液4，為碘化鉀和碘單質的混合溶液、溴化物和溴單質的混合溶液，或包含二價鐵離子和三價鐵離子的混合溶液其中之

所述的地震檢波器，其敏感單元采用MEMS工藝加工制作，包括步驟：

a)在襯底單晶硅6背面用深刻蝕制作多個平行溝槽后，以熱氧化方法在單晶硅6表面生長氧化硅9制作絕緣層5；

b)在沒有多個平行溝槽的襯底單晶硅6正面濺射金屬鉑10后，以分層剝離工藝制作兩對共面叉指形排列的電極1a、1b、2a、2b；

c)根據需要層數，重復a)、b)步，加工每一層結構，然后將多層堆疊固接起來，上一層的溝槽作為下一層電極1a、1b、2a、2b的流道3，各層相同的電極1a、1b、2a、2b間相互電連接，得成品。

所述的地震檢波器，其所述將多層堆疊固接起來，是將每層的背面固接在下一層的正面上，使上一層的溝槽作為下一層電極1a、1b、2a、2b的流道3。