耐高温高压MEMS传声器设计

航空发动机的噪声往往蕴含着丰富的信息,可以作为航空发动机设计评价、故障预警和诊断以及寿命预测的重要依据.航空发动机存在高压高温等内部环境,传统的薄膜式传声器难以在此环境下进行工作.因此,提出一种基于微间距铂丝结构的声场敏感结构,该结构为无封闭腔室的开放式结构,不存在内外压差,工作过程不受环境静压影响;采用耐高温材料,且换能机理对高温环境温度及其变化不敏感.通过仿真对该结构进行了验证,通过微机电系统(Micro?Electro?Mechanical?System,MEMS)工艺对其进行了加工,通过陶瓷基板进行封装,研制出耐高压高温MEMS传声器.最后,在高温高压环境下对该传感器进行了响应测试.试验结果证明,在高温高压环境下该传感器对声波具有良好的响应特性.因此,在高温高压环境下的声场测量方面,该敏感结构具有天然的优势,并且具有良好的发展潜力.     

矢量语音传感器微阵列

人工智能的普及促进了语音交互技术的发展,语音传感器阵列作为智能语音交互的硬件前端,成为语音交互领域的前沿研究方向.矢量语音传声器自有的偶极子指向性、零点深度以及阵列体积小便于集成的特点特别符合语音交互技术对硬件设备的要求.基于此,通过采用两组矢量敏感单元共点正交形成矢量微阵列实现声源空间锐化波束指向,其不受瑞利限与空间采样率限制,与传统空间离散分布的声压麦克风阵列有着本质区别,是矢量微阵列的核心优势所在.矢量微阵列传声器弥补了现有双麦阵列的不足,具有更为广阔的应用前景,作为智能语音交互的硬件前端,对推动智能语音交互领域的发展具有重要意义.     

基于MEMS矢量传声器的声源DOA估计

微机电系统（Micro Electro Mechanical System,MEMS）矢量传声器在声源波达方向（Direction of Arrival,DOA）估计领域具有巨大的潜力及优势。本文分析MEMS矢量传声器接收信号模型,并结合随机性最大似然原理推导矢量传声器DOA估计模型。针对时变非均匀噪声影响矢量传声器DOA估计性能的问题,提出基于空间噪声预白化的极大似然DOA估计方法。此外,开展仿真分析及园区环境下的定向验证试验。结果表明,通过噪声协方差估计矩阵对矢量传声器接收信号数据进行预白化处理,能够克服时变非均匀噪声对信号协方差矩阵的影响,实现矢量传声器对目标DOA精确估计,验证了该方法的有效性及实用性。     

MEMS传声器原理与应用

主要介绍了MEMS传声器的基本原理、结构及声学、电气性能;简要叙述了MEMS传声器在新型IT产品使用中的基本应用与市场展望。     

基于矢量传声器的扫描测量噪声可视化系统

矢量传声器具有与频率无关的“8”字指向性,非常适合如舱室等狭小、复杂且具有声学混响的环境中的噪声扫描测量。本文通过分析一维矢量传声器的组合指向性特性,研究基于矢量传声器组合指向性扫描测量的声场可视化的原理,进一步结合音视频采集研制了基于矢量传声器的扫描测量噪声可视化系统,并利用该系统开展了车辆舱室中模拟双声源扫描测试。结果表明,基于矢量传声器组合指向性的扫描测量可以实现声场可视化,开发的噪声可视化系统可在舱室内完成声场可视化及噪声源识别,具有实用性,进一步推动了矢量传声器的发展与应用。     

微型数字传声器技术与发展

介绍了微型驻极体(ECM)与微机电(MEMS)数字传声器的技术原理及在消费数码领域的应用,综述了微型数字传声器技术的发展过程与市场分析。     

MEMS压电指向性传声器仿真与性能优化

为提高微机电系统(MEMS)压电指向性传声器的声压灵敏度,该文采用有限元法对一种MEMS压电指向性传声器进行了仿真与性能优化。对于该压电指向性传声器结构的声压灵敏度随压电层材料种类、厚度及长度的变化进行了研究,优化了结构参数,提高了器件的灵敏度及信噪比。结果表明,当硅梁厚为10 μm,压电层厚为6.3 μm时,器件灵敏度达到最大,较先前结构提高了约14 dB。     

一种新型三维MEMS电容式矢量水听器研制

介绍了一种基于MEMS工艺设计的电容式矢量水听器.该矢量水听器的检测单元包括一个“三明治”结构敏感芯片和一个采用变送集成技术的信号调理电路.通过优化敏感芯片的结构和低噪声的信号调理电路,使矢量水听器得到很高的灵敏度、分辨率.利用MEMS微机械加工工艺制作出矢量水听器,检测单元相互正交并进行了声学灌封.矢量水听器完成了水下驻波场测试,测试结果表明:该矢量水听器的接收灵敏度在1 000Hz时达到-180 dB(0 dB re 1 V/μPa),动态范围大于120 dB.     

MEMS矢量水听器定位误差分析与测试

针对一种纤毛式微机械电子(MEMS)矢量水听器的工作原理进行分析,通过分析得出该矢量微传感器的定位误差主要来源于纤毛柱体的偏差.通过有限元仿真分析得出纤毛柱体的偏差对矢量水听器在两个方向上的灵敏度有较大影响,理论计算出在纤毛偏移下2个轴向灵敏度度误差为9.74％.对水听器结构进行轴向灵敏度测试,测出x向灵敏度为0.683 mV/g(其中g为重力加速度),y向灵敏度为0.755 mV/g,两个方向上灵敏度相对误差为9.5％,与仿真结果接近.     

基于声传感器的新型MEMS听诊探头结构设计初探

针对传统听诊器主要依靠医生听诊,根据个人经验判断病情的问题,结合MEMS技术和声传感器,设计了一种基于声传感器的新型MEMS听诊探头微结构。该MEMS听诊系统由MEMS听诊探头中的敏感微结构接收人体心音信号,经过运算放大和滤波,转换为电信号进行后续分析。建立了听诊头敏感微结构的数学模型,利用ANSYS软件仿真得到该结构的动态特性。利用MEMS工艺加工出听诊头敏感微结构并进行初步测试,测试结果表明提出的基于声传感器的新型MEMS听诊器可以实时显示听诊对象的心音波形。将MEMS声传感器应用于临床听诊为心音采集提出了一种新的思路,具有广泛应用前景。     

新型MEMS致冷器研究

微机电系统(MEMS)与超大规模集成电路(ULIC)进一步微型化与集成化,急需微型冷却系统对其芯片等进行局部冷却。因此,基于硅微机械加工工艺的微型致冷器被提上研究日程,并有望发展成为无压缩机、无机械部件、低功耗的新型致冷器。着重介绍了微型MEMS致冷器的国内外研究动向与发展趋势,阐述并分析了几种典型致冷材料与器件的工作原理、技术可行性及应用前景。     

MEMS热膜式微型流量传感器的研制

针对微型流量传感器的应用问题,提出了一种可以准确测量各种气体微型流量、基于MEMS工艺的新型MEMS热膜式传感器。基于热量传递原理的热膜式流量传感器由一个加热器和一对微型温度传感器组成,只要测得两个温度传感器的温度差值,就能得到气体的流量。分析了该器件的原理并进行了ANSYS仿真,设计了器件的结构,进行MEMS工艺开发,制作出可实用化的产品。测试表明,该器件的测量量程达到0.5～200m3/h,精度1.5级,响应时间20ms,量程比1:400,显示该器件测量流量的功能达到了实用化水平。     

热电式MEMS微波功率传感器的封装研究

为了研究热电式MEMS微波功率传感器封装后的性能,提出了一种COB技术的封装方案。首先,采用有限元仿真软件HFSS仿真封装前后的微波特性;然后,基于GaAs MMIC技术对热电式MEMS微波功率传感器进行制备,并对制备好的芯片进行封装。最后,对封装前后传感器的微波特性及输出特性进行测试。实验结果表明,在8～12 GHz频率范围内,封装后回波损耗小于-10.50 dB,封装前的灵敏度为0.16 mV/mW@10 GHz,封装后的灵敏度为0.18 mV/mW@10 GHz。封装后的热电式微波功率传感器输出电压与输入功率仍有良好的线性度。该项研究对热电式MEMS微波功率传感器封装的研究具有一定的参考价值和指导意义。     

一种用于管道地面标记的MEMS仿生矢量声传感器

随着管道越埋越深,基于声检测原理的地面标记是现今管道技术的发展趋势.针对目前对管道内检测器标记难的现状,首次提出一种高灵敏度、高信噪比、高分辨率的新型MEMS仿生矢量声传感器运用到地面标记系统中.该文将该传感器与目前广泛应用在地面标记系统中的压电陶瓷振动传感器和动圈式高灵敏度地震检波器进行了不同的模拟对比实验.实验结果表明,MEMS仿生矢量声传感器具有检测距离长,可靠性能好,对土壤环境要求低等优点,从而验证了MEMS仿生矢量声传感器检测微弱信号的可行性和其在标记定位管道内检测器方向的良好的应用前景.     

无线通信领域MEMS器件的研究进展

无线通信技术的发展对系统小型化提出了要求,用IC技术制造的电路无源器件的性能无法满足要求,利用MEMS技术不仅能将器件小型化,与,电路集成实现单片化,并且器件性能也能达到要求。近年来,用MEMS技术制作电容、电感、开关以及谐振器等无源器件成为MEMS的又一个新的研究领域。文章简单介绍了无线通信领域MEMS器件的研究进展。     

MEMS仿生矢量水听器封装结构的隔振研究

利用隔振原理,设计了矢量水声传感器系统中一种新型隔振封装结构模型,即加入橡胶减振器的新型封装结构。采用ANSYS软件对封装模型进行模态分析,研究模型结构和几何尺寸对其隔振性能的影响,确定最优隔振封装结构;对模型的几何尺寸及橡胶隔震材料力学参数进行优化,并对优化模型的隔振性能进行实验测试和评估。实验结果表明：所设计的新型橡胶减振结构具有一定的减振效果,隔离了一定程度的核心器件以外的外界振动干扰,提高了原有封装结构矢量水听器的探测灵敏度。再次验证了硅微MEMS仿生矢量水声传感器不但体积小、质量轻、结构简单,而且具有低频灵敏度高等优点。     

一种高指向性MEMS声矢量传感器结构设计与分析

设计了一种高指向性微机电系统(MEMS)声矢量传感器,结构采用了硅-玻璃(SOG)工艺,增大流体间隙,减小振动阻尼,并利用ANSYS软件分析了流体间隙对指向性的影响,以验证结构的高指向性.结果表明,在流体间隙从5 μm增大到30 μm时,振动振幅增大30倍,相位差最高增大126°,当入射角度变化量为80°时,相位差变化量增大了40°,传感器指向性得到了显著提高.此种设计有助于促进声矢量传感器的发展.     

低功耗电阻型MEMS半导体气体传感器研究进展北大核心

电阻型MEMS半导体气体传感器在环境空气质量监测和有毒有害气体检测等领域得到了广泛应用，但是受限于功耗较高的原因，这类传感器难以广泛应用于便携式气体检测系统。文章综述了近年来低功耗电阻型MEMS半导体气体传感器的研究进展，分别从气敏材料、传感器结构和传感器模组的集成电路等方面探讨如何实现低功耗的电阻型MEMS半导体气体传感器的制备，并展望低功耗的电阻型MEMS半导体气体传感器未来的发展方向。     

MEMS传感器的真空密封技术

文章介绍了MEMS传感器的几种真空密封方法，提出了一种真空密封方法的设想。