[发明专利]具有主动抑制声能损失功能的薄膜体声波传感器及方法

权利要求书

1.具有主动抑制声能损失功能的薄膜体声波传感器，其包括硅基片、微加工在基片上的绝缘层、敏感压电层，以及分别位于敏感压电层上、下表面的电极，其特征在于，在所述敏感压电层下电极与绝缘层之间微加工一主动控制压电层及相应的底部电极，所述底部电极位于主动控制压电层与绝缘层之间；在进行检测时，通过对主动控制压电层施加一个与敏感压电层检测电压相关的控制电压，实现对损失的声能进行补偿，达到提高传感器灵敏度的目的；

所述对主动控制压电层施加的控制电压与对敏感压电层施加的检测电压的关系通过以下方法确定：

(1)假设以薄膜体声波传感器第i阶振动频率的变化来确定待测量，首先仅对所述薄膜体声波传感器的敏感压电层施加幅值为V₀的交变检测电压，测得所述薄膜体声波传感器与第i阶振动频率对应的品质因子Q₀，即每次振动损失的声能为

Ecmax=2πEpmax0Q0---(1)]]>

其中E_pmax0表示传感器在检测电压V₀作用下振动时的最大弹性势能，E_cmax表示传感器在每一个振动周期内损失的声能；

(2)当施加在敏感压电层上的交变检测电压幅值为V_m，施加在主动控制压电层上的交变控制电压幅值为V_c时，根据传感器的期望品质因子Q_e和由上一步测得的声能损失特性，得到每一次振动需要从主动控制压电层得到补充的声能为

Es=2πEpmaxQ0-2πEpmaxQe---(2)]]>

其中E_pmax是传感器在振动过程中的最大弹性势能，根据第i阶振动的品质因子Q₀和振型，得到E_pmax与V_m和V_c的关系，即

E_pmax＝E_pmax(V_m，V_c，Q₀)    (3)

若检测电压幅值V_m不变，根据传感器第i阶振动的振型，得到V_c与每一个振动周期通过控制压电层补充到传感器中的声能E_s的关系，即

E_s＝E_s(V_m，V_c，Q₀)    (4)

(3)将公式(3)和公式(4)带入公式(2)，得到与特定检测电压V_m和期望品质因子Q_e对应的控制电压V_c。

2.利用主动控制技术提高薄膜体声波传感器灵敏度的方法，其特征在于：所述方法是在只具有敏感压电层的薄膜体声波传感器上，增加主动控制压电层，并相应增加一个主动控制端口，在检测时，对敏感压电层施加检测电压的同时对主动控制压电层施加控制电压，以对损失的声能进行有效补充，达到提高传感器灵敏度的目的；

所述对主动控制压电层施加的控制电压与对敏感压电层施加的检测电压的关系通过以下方法确定：

(1)假设以薄膜体声波传感器第i阶振动频率的变化来确定待测量，首先仅对所述薄膜体声波传感器的敏感压电层施加幅值为V₀的交变检测电压，测得所述薄膜体声波传感器与第i阶振动频率对应的品质因子Q₀，即每次振动损失的声能为

Ecmax=2πEpmax0Q0---(1)]]>

其中E_pmax0表示传感器在检测电压V₀作用下振动时的最大弹性势能，E_cmax表示传感器在每一个振动周期内损失的声能；

(2)当施加在敏感压电层上的交变检测电压幅值为V_m，施加在主动控制压电层上的交变控制电压幅值为V_c时，根据传感器的期望品质因子Q_e和由上一步测得的声能损失特性，得到每一次振动需要从主动控制压电层得到补充的声能为

Es=2πEpmaxQ0-2πEpmaxQe---(2)]]>

其中E_pmax是传感器在振动过程中的最大弹性势能，根据第i阶振动的品质因子Q₀和振型，得到E_pmax与V_m和V_c的关系，即

E_pmax＝E_pmax(V_m，V_c，Q₀)    (3)

若检测电压幅值V_m不变，根据传感器第i阶振动的振型，得到V_c与每一个振动周期通过控制压电层补充到传感器中的声能E_s的关系，即

E_s＝E_s(V_m，V_c，Q₀)    (4)

(3)将公式(3)和公式(4)带入公式(2)，得到与特定检测电压V_m和期望品质因子Q_e对应的控制电压V_c。