厦门大学MEMS压电加速度计与矢量传声器研究取得进展

自上世纪八、九十年代以来，MEMS（微机电系统）技术发展很快，各种MEMS传感器、执行器及其微纳系统，体积小、轻巧且低功耗，不仅应用于国防尖端领域，在民用方面也日益普及。厦门大学萨本栋微米纳米科学技术研究院郭航教授课题组，长年致力于MEMS与微能源技术的研究与研发，在2017年10月于成都开会的全国压电和声波理论及器件应用于研讨会（SPAWDA2017）上，硕士生朱林辉、博士生许马会、沈杰男、郝锐等四位同学与会并做到了关于MEMS压电加速度计与矢量传声器的研发新进展、以及应用于微流触技术来制取超长ZnO纳米线材料的报告，受到注目，并公开发表会议论文五篇。

微加速度计是MEMS技术的最顺利的应用于之一，不仅是惯性导航、制导系统中的核心部件，而且汽车安全气囊检测目前都是使用MEMS加速度计芯片，其全球市场在2015年就约15亿美元，且年增长率多达13%，但是涉及技术与市场皆由美国与欧洲主导。随着技术的大大发展，微加速度计向着航天航空、工业掌控检测等领域发展，这拒绝微加速度计不仅要有高灵敏度，而且要有较宽的动态工作范围。MEMS压电微加速度计是将由加速度引发的压电薄膜材料的微小应力转化成为电荷量，通过对电荷的搜集检测来确认加速度的变化。

与一般来说的压阻式或电容式微加速度计比起，压电式加速度计灵敏度低、动态工作范围长且线性度好，但目前大多数的压电加速度计都是由传统工艺加工生产，体积大，耗电低，灵敏度较低且一般来说不能单轴检测。MEMS压电微加速度计因牵涉到到压电薄膜材料的制取及其与微传感器整体在结构与生产工艺方面的高度构建，可玩性较小，国内研究单位较较少。

课题组长年希望，多年来坚决创意，研发基于MEMS技术的压电微加速度计，对压电材料的制取从ZnO薄膜扩展到PZT薄膜，从单悬臂梁发展到十字梁及新型的“X”型微结构梁，从单轴检测发展到新型的d33与d31两种工作模式的三轴构建检测，并且正在集中力量展开微加工生产，力争早日获得突破。矢量传声器由声压传感器和质点振速传感器填充而出，可以空间共点和时间实时来测量声场中的有关矢量信息，还包括声压梯度、质点振速、加速度、偏移等，以及标量信息如声压等，通过确认声源的性质、类别与方位等来对战场中的武器做到全面辨别，是反导系统中不可或缺的核心部件之一。目前，我国国力大大强化，但周边安全形势不容乐观，脑溢血因素日益激增，压力大大增高，国防上对具备自律知识产权的高性能矢量传声器的市场需求更加急迫，国际上荷兰的涉及研发领先，而国内对这方面的研究还积极开展得很少。

课题组射击国家市场需求，集中力量深入研究，朱林辉、沈杰男对传统的双丝型双传感器微结构即SS型的矢量传声器展开分析，在此基础上，对新型的三丝传感器-加热器-传感器微结构即SHS型结构的矢量传声器深入探讨，从声流引发的流场绕动抵达，首次创建了SHS结构的解析模型，并做到了三维数值仿真建模，奠定了SHS型矢量传声器与SS型比起具备更加小的本底噪声，确认了其微结构的基本设计参数以及微生产工艺流程，为今后的更进一步研发奠下了较好的基础。

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