【技术实现步骤摘要】
本专利技术基于随机丝网结构的宽频带声振速传感结构及其制备方法属于声学测量。
技术介绍
1、声传感器在语音信号、工业检测、军事和国防工业中有着广泛的应用。随着声学应用场景的不断拓展，诸如语音增强、声源定位、场景录音以及复杂环境下的声测量等场合对声传感器的性能要求在逐渐增强，这些场合通常需要过滤环境噪声并增强待测目标的声学特性。
2、膜片结构是构成声传感器的核心器件，但目前所采用的膜片结构在进行声信号检测时的驱动力主要来自于待测声压信号，通常属于全向型声传感器。
3、目前常见的指向型声传感器主要包括：
4、第一、利用阵列结构来计算器空间声场梯度信息。这种方案需要在空间上两个不同位置布放传感器，通过求差的方式实现声场梯度信息的测量，待测声信号频率越低，阵列尺寸较大；而且其灵敏度同信号频率成正比，导致其在低频段声传感器测量灵敏度低；
5、第二、利用同振型加速度计来测量声场中的加速度信息，并通过积分手段获得振速信息等；但这种方案需要将加速度计进行零浮力封装，一般只应用于水声环境中，难以在空气环境中实现。
6、第三、直接利用振速传感器来测量声场中的振速信息。专利《一种空气声质点振速传感器及其制造方法》中报道了一种基于测量相邻薄丝的电阻随声场变化的方法来检测声振速的方法；论文《一种热对流式mems二维质点振速传感器》中报道类似的结构。但是这种振速传感器需要对声敏感器件进行加热，这增加了器件的功耗，也限制了其使用范围。同基于热场探测的声振速传感器相比，利用纳米纤维进行声振速测量具有功耗
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术设计了一种基于随机丝网结构的宽频带声振速传感结构及其制备方法，其中，本专利技术基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构通过裂隙工艺产生，能够有效释放丝网在制备过程中所产生的内应力，声场测量灵敏度和声场响应保真度都更高；即使有一个或多个纤维结构发生破损，器件也能够可靠工作，具有机械稳定性高、不易失效的优势，适合于光学探测手段的集成；该宽带声振速敏感结构具有微米尺度，同时该结构又具有良好声顺性及声阻抗，因此能够与空气的声振动实现良好耦合，从而实现宽频带的声振速测量；其变形主要受声场中的粘滞力影响，在从低频(＜0.1hz)到中高频(＞5khz)范围内均的声响应灵敏度具有一致性，且单个结构具有本质的声场指向性；制备本专利技术基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的方法不仅工艺步骤简单，可靠性高、加工成本低，而且能够使声振速敏感结构同时兼顾大面积和小线宽的特点，整体面积可以超过毫米量级、线宽尺度可以达到微米甚至纳米量级；转换机理丰富，尤其适用于搭建光学检测系统实现声场测量。
2、本专利技术的目的是这样实现的：
3、基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的制备方法，包括以下步骤：
4、步骤a、研磨液准备；
5、步骤b、基片清洗；
6、步骤c、掩膜液涂覆；
7、步骤d、掩膜液干燥；
8、步骤e、镀膜；
9、步骤f、掩膜去除；
10、步骤g、随机蛛网释放。
11、上述的基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的制备方法，在步骤a中，掩膜液为用稀释剂稀释的水性丙烯酸乳液，步骤a具体包括以下步骤：
12、步骤a1、将水性丙烯酸乳液与稀释剂按设定的体积比混合；
13、步骤a2、依次采用磁控搅拌和超声振荡将混合液混合均匀；
14、步骤a3、用中速滤纸将步骤a2得到的混合液过滤2～3遍；
15、步骤a4最后，再配制好的掩模液密封保存，静置后即可使用。
16、上述的基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的制备方法，步骤b具体包括以下步骤：
17、步骤b1、用有机溶剂对衬底表面进行超声清洗，所述有机溶剂包括丙酮、乙醇或异丙醇；
18、步骤b2、用去离子水重新清洗，直至完全清洗干净表面；
19、步骤b3、用氮气吹干衬底样品后，备用。
20、上述的基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的制备方法，步骤c具体包括以下步骤：
21、步骤c1、采用旋涂法将掩模液均匀涂覆在基底表面，得到掩模液薄膜；
22、步骤c2、将基片放在平整的金属真空吸盘上实现随托盘一起旋转；
23、步骤c3、通过调节旋涂的最高转速，对掩模液薄膜的厚度进行控制。
24、上述的基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的制备方法，在步骤d中，均匀涂布的掩膜液薄膜，由于厚度很薄，在室温下溶剂挥发，在溶剂挥发过程中，胶体粒子不断聚缩，使薄膜产生内应力；当内应力随溶剂挥发不断增大而超过临界应力后，薄膜将发生开裂，最终形成连通性良好的裂缝网络，即裂缝模板。
25、上述的基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的制备方法，在步骤e中，将丝网材料沉积在步骤d中得到的随机裂缝中，包括以下方法中的一种：
26、方法一、采用电子束蒸发法进行金属膜层的沉积；所述金属膜层包括金、银、铜或铝；
27、方法二、采用磁控溅射方法进行金属膜层的沉积；所述金属膜层包括金、银、铜或铝；
28、方法三、通过刮涂工艺实现有机膜层或无机膜层的涂覆，所述有机膜层为pmma、pi、pu、pc或pet，所述无机膜层为氧化石墨烯或碳纳米管。
29、上述的基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的制备方法，在步骤f中，分别使用n-甲基吡咯烷酮、乙醇和去离子水对硫化锌衬底进行超声波清洗，最后氮气吹干并检查基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构。
30、上述的基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的制备方法，在步骤g中，采用深刻蚀工艺衬底结构，实现基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的悬空。
31、基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构，为上述基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的制备方法得到的结构。
32、上述的基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构，每根丝横截面宽度在纳米量级。
33、本专利技术基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构及其制备方法的有益效果在于：
34、第一、本专利技术基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构通过裂隙工艺产生，能够有效释放丝网在制备过程中所产生的内应力，声场测量灵敏度和声场响应保真度都更高；
35、第二、本专利技术基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构，即使有一个或多个纤维结构发生破损，器件也能够可靠工作，具有机械稳定性高、不易失效的优势，适合于光学探测手段的集成；
36、第三、本专利技术基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构具有微米甚至纳米尺度本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的制备方法，其特征在于，在步骤a中，掩膜液为用稀释剂稀释的水性丙烯酸乳液，步骤a具体包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的制备方法，其特征在于，步骤b具体包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的制备方法，其特征在于，步骤c具体包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的制备方法，其特征在于，在步骤d中，均匀涂布的掩膜液薄膜，由于厚度很薄，在室温下溶剂挥发，在溶剂挥发过程中，胶体粒子不断聚缩，使薄膜产生内应力；当内应力随溶剂挥发不断增大而超过临界应力后，薄膜将发生开裂，最终形成连通性良好的裂缝网络，即裂缝模板。
6.根据权利要求1所述的基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的制备方法，其特征在于，在步骤e中，将丝网材料沉积在步骤d中得到的随机裂缝中，包括以下方法中的一种：>
7.根据权利要求1所述的基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的制备方法，其特征在于，在步骤f中，分别使用N-甲基吡咯烷酮、乙醇和去离子水对硫化锌衬底进行超声波清洗，最后氮气吹干并检查基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构。
8.根据权利要求1所述的基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的制备方法，其特征在于，在步骤g中，采用深刻蚀工艺衬底结构，实现基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的悬空。
9.基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构，其特征在于，为权利要求1所述基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的制备方法得到的结构。
10.根据权利要求9所述的基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构，其特征在于，每根丝横截面宽度在纳米量级。
...【技术特征摘要】
1.基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的制备方法，其特征在于，在步骤a中，掩膜液为用稀释剂稀释的水性丙烯酸乳液，步骤a具体包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的制备方法，其特征在于，步骤b具体包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的制备方法，其特征在于，步骤c具体包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的基于随机丝网结构的宽带声振速敏感结构的制备方法，其特征在于，在步骤d中，均匀涂布的掩膜液薄膜，由于厚度很薄，在室温下溶剂挥发，在溶剂挥发过程中，胶体粒子不断聚缩，使薄膜产生内应力；当内应力随溶剂挥发不断增大而超过临界应力后，薄膜将发生开裂，最终形成连通性良好的裂缝网络，即裂缝模板。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘楠，金岸，
申请(专利权)人：苏州麦田光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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