[發明專利]一種MEMS矢量水聽器芯片及MEMS矢量水聽器

在審

• 申請號: 202210064158.X
• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114485909A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 宋金龍;鄭欣怡;鳳瑞;周六輝
• 申請（專利權）人: 中國兵器工業集團第二一四研究所蘇州研發中心
• 主分類號: G01H11/06
• 分類號: G01H11/06
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴;徐律

本發明公開了一種MEMS矢量水聽器芯片及MEMS矢量水聽器，包括錨點，其由兩層硅片組成，下面的一層為襯底層，上面的一層為聲學敏感結構層；聲學敏感結構的一端與錨點固定連接、另一端朝向遠離錨點的方向延伸形成為自由端，聲學敏感結構可在聲波的作用下發生變形受到應力作用；至少一組電阻元件包括設于聲學敏感結構的與錨點連接的一端上的第一電阻元件和設于聲學敏感結構層上的第二電阻元件，第一電阻元件和第二電阻元件的初始值相同且共同組成一個惠斯通電橋；電阻元件連接有兩個輸出端口。采用單支點結構，可以有效減小封裝應力對水聽器的影響，采用硅片加工而成，大大降低原材料成本，成本低。

技術領域

本發明涉及微機電系統(Micro-electric Mechanical Systems，MEMS)傳感器技術領域，具體地涉及一種MEMS矢量水聽器芯片及具有該芯片的MEMS矢量水聽器。

背景技術

電磁、紅外和光等信號在水下傳播時衰減快，不能進行遠距離傳播。聲波是當前已知唯一可在水下進行遠距離傳播的能量形式。可以將聲波信號與電信號相互轉換的器件稱為水聲換能器，只能將水聲信號轉換為電信號的器件又稱為水聽器。由于水聽器是一種被動探測手段，具有功耗低、隱蔽性強等特點，在水下軍事活動中得到廣泛應用。只能測量聲場中聲壓參量的水聽器稱為標量水聽器，能測量聲場中速度、加速度和聲壓梯度等矢量信息的水聽器稱為矢量水聽器。與標量水聽器相比，矢量水聽器可以更詳細的反映聲場的實際情況，此外，矢量水聽器陣列具有更大的陣列增益，探測距離遠。因此，矢量水聽器在水下探測中具有重要意義。

中國公開申請專利《一種高精度矢量水聽》，申請號CN202010205286.2，公開了矢量水聽器包括第一超聲波振子、第二超聲波振子、激光發射器、激光檢測器、攝像機、處理器，第一超聲波振子和激光發射器連接，第二超聲波振子連接激光檢測器、攝像機和處理器，攝像機和處理器通過數據線連接。

中國公開申請專利《一種帶參考干涉儀的干涉式光纖矢量水聽器》，申請號CN202010408496.1，公開了矢量水聽器包括質量塊、彈性筒、光纖干涉儀，用于放置質量塊、彈性筒、光纖干涉儀的外殼，參考干涉儀與傳感干涉儀封裝于同一水聽器的外殼內部。

中國公開申請專利《一種小型化MEMS電容式復合同振型矢量水聽器》，申請號CN202010692654.0，公開了矢量水聽器包括MEMS電容式加速度計、固定芯子、垂直懸掛桿、壓電陶瓷環、透聲密封殼體、圓錐螺旋彈簧。MEMS電容式加速度傳感器正交安裝在固定芯子中，垂直懸掛桿貫穿整個固定芯子，壓電陶瓷環套在固定芯子外部。

上述中國公開申請專利公開的矢量水聽器需要將種類不同的各種部件組裝在一起，導致其體積比較大，而且效率低，不同矢量水聽器之間的一致性難以保證。

中國公開申請專利《一種高靈敏度諧振式MEMS矢量水聽器結構》，申請號CN201410402582.6，公開了矢量水聽器包括四梁臂硅微結構、微型柱狀體、中心連接體、驅動電極和檢測電極組成，微型柱狀體的下端垂直固定于中心連接體的上表面中央。

中國公開申請專利《差動隔振式MEMS矢量水聽器》，申請號CN201410626399.4，公開了矢量水聽器包括硅基座、懸臂梁、中心連接體、上下對稱粘結的微型柱狀體，十字型懸臂梁上設置有八個應變壓敏電阻。

中國公開申請專利《一種二維仿生矢量水聽器》，申請號CN201910687817.3，公開了矢量水聽器包括一個正方形襯底、四根懸臂梁和一根纖毛，纖毛一端與所述質量塊連接，且與懸臂梁之間呈垂直結構，四根懸臂梁上分別刻有非均勻周期反射光柵。

上述的中國公開申請專利均實現了矢量水聽器的微型化，但是聲波敏感結構需要與硅基芯片異質集成，在集成過程中容易破壞硅基結構，具有生產效率低、性能一致性差、成本高等不足。

發明內容