CN111780908A - 一种测定微尺度装药爆轰波阵面曲率的mems压电式传感器 - Google Patents

Abstract

一种测定微尺度装药爆轰波阵面曲率的MEMS压电式传感器，包括基底，基底上溅射有下层输出电极及下层焊盘，下层输出电极与下层焊盘通过下层导线连接，构成下层输出层；下层输出层上旋涂并固化形成PVDF‑TrFE薄膜层，对PVDF‑TrFE薄膜层进行硅油浴极化，通过离子刻蚀得到PVDF‑TrFE敏感元件，构成PVDF‑TrFE压电层；PVDF‑TrFE压电层上溅射有上层输出电极及上层焊盘，上层输出电极与上层焊盘通过上层导线连接，构成上层输出层；下、上层输出电极采用上下轴向对齐的布置方式；下、上层焊盘采用由下层导线、上层导线连接并垂直的布置方式；上层输出层上涂覆有保护层；该传感器具有敏感元件尺寸小、精度高、多点采集等特点，适用于多种测试条件下微尺度装药爆轰波阵面曲率的测量。

Description

一种测定微尺度装药爆轰波阵面曲率的MEMS压电式传感器

技术领域

本发明属于压电式传感器技术领域，具体涉及一种测定微尺度装药爆轰波阵面曲率的MEMS压电式传感器。

背景技术

随着国防科技应用的需要，传统火工品技术融入微机电系统技术、微纳含能材料技术等高新技术从而形成了以序列集成化、换能信息化、结构微型化为主要特点的新型火工品，国内将具有此类特征火工品称之为第四代火工品。与传统火工品相比，新型火工品在设计与应用过程中通常包含微尺度装药条件下含能材料的能量传递和响应特性的问题，因此新型火工品在设计与起爆过程中存在与传统火工品不一致的新理论与新现象，其中微尺度装药条件下爆轰波阵面曲率测试成为了一项亟待解决的关键问题。爆轰波阵面曲率的研究可以表征微尺度装药条件下火工品的输出能力，加速新型火工品研制，促进微小型火工品爆轰规律研究，并对微尺度装药下爆轰波理论提供指导，因此具有重要的研究意义。

爆轰波在实际爆轰传递中为非一维平面波，波面曲率受装药种类、装药密度、装药直径、装药长径比、约束条件等多个因素影响。爆轰理论有多种爆轰模型对爆轰波阵面曲率进行量化描述，但都存在一定的局限性，常用的爆轰模型有C-J爆轰模型、Z-N-D爆轰模型、W-K爆轰模型等。C-J模型和Z-N-D模型属于理想一维爆轰模型，它们假设定常爆轰波阵面的形状是平面；W-K模型为非理想爆轰模型，W-K模型本质上是Z-N-D模型的二维拓展，因此这些理论模型都不适用于推导微尺度装药条件下的爆轰波阵面曲率。

现有的爆轰波阵面曲率测试方法，主要有高速摄影法和光纤法。高速摄影法是以分幅照相机高速扫描的方式记录爆轰波阵面沿装药方向的发光轨迹，通过对发光轨迹的分析计算得到爆轰波阵面曲率，但其存在测试系统复杂昂贵、数据处理繁琐的局限，使其不能广泛应用于微尺度装药爆轰波阵面曲率测试。光纤法爆轰波阵面曲率测试是以安装在爆轰波阵面前沿的多个光纤探头接收到一定强度的光功率的时间差来确定爆轰波位置-时间的关系，进一步计算得出爆轰波阵面曲率，其方法存在以下问题，首先光纤需要基于药柱轴向固定，导致光纤径向端口位置难以精确定位，光纤位置具有不可重复性，影响数据精度；其次炸药的透明度、装药的均匀度、光纤长度等因素都对光功率信号采集都有一定影响。

综上所述，基于理论研究与实际应用的需要，设计制造一种能够精确测定微尺度装药爆轰波阵面曲率的传感器是非常必要的。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种测定微尺度装药爆轰波阵面曲率的MEMS压电式传感器，该传感器具有敏感元件尺寸小、精度高、输出信号大、多点采集等特点，并采用MEMS柔性化制造工艺，适用于多种测试条件下微尺度装药爆轰波阵面曲率的测量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种测定微尺度装药爆轰波阵面曲率的MEMS压电式传感器，包括基底1，基底1上通过MEMS工艺溅射有下层输出电极2-1及下层焊盘2-2，下层输出电极2-1与下层焊盘2-2通过下层导线2-3连接，构成下层输出层2；下层输出层2上通过MEMS工艺旋涂并固化形成聚偏二氟乙烯－三氟乙烯共聚物(PVDF-TrFE)薄膜层，并对PVDF-TrFE薄膜层进行硅油浴极化，通过离子刻蚀(RIE)得到PVDF-TrFE敏感元件3-1，构成PVDF-TrFE压电层3；PVDF-TrFE压电层3上再次通过MEMS工艺溅射有上层输出电极4-1及上层焊盘4-2，上层输出电极4-1与上层焊盘4-2通过上层导线4-3连接，构成上层输出层4；下层输出电极2-1和上层输出电极4-1采用上下轴向对齐的布置方式；下层焊盘2-2与上层焊盘4-2采用由下层导线2-3、上层导线4-3连接并垂直的布置方式；上层输出层4上通过MEMS工艺涂覆有保护层5。

所述的PVDF-TrFE敏感元件3-1形状为圆形，直径为100μm，厚度为2μm，PVDF-TrFE敏感元件3-1与下层输出电极2-1、上层输出电极4-1采取中心轴重合的布置方式。

所述的PVDF-TrFE敏感元件3-1为阵列式结构，除中心点处PVDF-TrFE敏感元件3-1外，其他PVDF-TrFE敏感元件3-1均位于多个同心圆圆周上，每一同心圆圆周分布多个PVDF-TrFE敏感元件3-1，具体个数根据进行测试的药柱尺寸与药剂种类进行确定。

所述的下层输出电极2-1与上层输出电极4-1具有相同的形状和尺寸；下层焊盘2-2与上层焊盘4-2具有相同的形状和尺寸；下层导线2-3与上层导线4-3具有相同的线宽；其中下层输出电极2-1与上层输出电极4-1呈圆形，直径均为200μm，厚度均为1μm；其中下层焊盘2-2与上层焊盘4-2呈圆形，直径均为5mm；其中下层导线2-3与上层导线4-3线宽为50μm。

所述的下层输出电极2-1与上层输出电极4-1为阵列化结构，依据PVDF-TrFE敏感元件3-1相应位置进行阵列化排布；下层焊盘2-2与上层焊盘4-2为阵列化结构，依据相应的下层输出电极2-1与上层输出电极4-1位置进行阵列化排布；下层导线2-3与上层导线4-3分别对阵列化结构的下层输出电极2-1与下层焊盘2-2、上层输出电极4-1与上层焊盘4-2进行阵列化连接。

所述的基底1和保护层5均采用聚酰亚胺(PI)材料；基底1采用液态聚酰亚胺(PI)通过MEMS工艺多次旋涂匀胶固化制成，厚度为20μm；保护层5采用负性光敏聚酰亚胺(PSPI)通过MEMS工艺曝光固化制成，厚度为20μm。

所述的PVDF-TrFE敏感元件3-1在爆轰波阵面的作用下处于受压状态，将爆轰波阵面压力信号转换为电信号，下层焊盘2-2与上层焊盘4-2连接高速数字记录设备进行电信号的采集与存储。

所述的一种测定微尺度装药爆轰波阵面曲率的MEMS压电式传感器的制造方法，包括以下步骤：

步骤1：在干净的硅片载体7上磁控溅射一层聚四氟乙烯(PTFE)疏水薄膜层6作为释放层；

步骤2：在聚四氟乙烯(PTFE)薄膜层6上多次旋涂液态聚酰亚胺(PI)预聚物，加热固化后形成聚酰亚胺(PI)薄膜作为柔性的基底1；

步骤3：在基底1上先光刻图形化，随后在其上用磁控溅射的方法一次沉积成型下层输出电极2-1阵列、下层焊盘2-2阵列与下层导线2-3阵列，形成下层输出层2；

步骤4：利用掩膜版光刻图形化，采用旋涂的方法将溶解在甲基乙基酮(MEK)中的PVDF-TrFE旋涂在下层输出层2上形成PVDF-TrFE薄膜层，随后在烘箱中固化，固化后在硅油浴中进行PVDF-TrFE薄膜层极化，再次涂覆光刻胶进行图形化，通过离子刻蚀(RIE)去除掉非图形区的PVDF-TrFE，最终得到PVDF-TrFE敏感元件3-1阵列，形成PVDF-TrFE压电层3；

步骤5：同步骤3一样，先光刻图形化，随后在PVDF-TrFE压电层3上用磁控溅射的方法一次沉积成型上层输出电极4-1阵列、上层焊盘4-2阵列与上层导线4-3阵列，形成上层输出层4；

步骤6：在上层输出层4表面多次旋涂负性光敏聚酰亚胺(PSPI)预聚物，然后曝光固化负性光敏聚酰亚胺(PSPI)预聚物形成保护层5，未曝光区域被露出，包括上层焊盘4-2阵列与下层焊盘2-2阵列，部分上层导线4-3阵列与部分下层导线2-3阵列；

步骤7：先沿着划片槽将传感器划开，然后浸泡至丙酮溶液中，使聚四氟乙烯(PTFE)薄膜层6与硅片载体7分离，传感器被释放，从而得到测定微尺度装药爆轰波阵面曲率的MEMS压电式传感器。

本发明的有益效果为：

本发明传感器通过MEMS技术实现了PVDF-TrFE敏感元件3-1、下层输出电极2-1和上层输出电极4-1的微型化，使其减小对微尺度装药爆轰波阵面的影响，从而提高了测量精度；PVDF-TrFE敏感元件3-1阵列利用MEMS工艺实现了其相互之间的高精度定位，在亚微米级别的精度下能够准确反映出微尺度装药爆轰波阵面位置-时间的关系；PVDF-TrFE是一种新型高分子压电材料，具有独特的压电效应，与传统压电材料相比具有动态范围大、力电转换灵敏度高、机械性能强高、声阻抗易匹配等特点，并易制成任意形状及面积，同时其具有高化学稳定性、低吸湿性、高热稳定性、高抗紫外线辐射能力、高耐冲力、耐疲劳能力，化学稳定性比陶瓷高10倍左右，可以在-40～80℃长期使用，对微尺度装药爆轰波阵面测试具有良好的匹配性，并且易于传感器在测试前的保存；PVDF-TrFE敏感元件3-1呈圆形，能够更好地匹配微尺度装药产生的二维凸球形爆轰波，使PVDF-TrFE敏感元件3-1受力均匀；PVDF-TrFE敏感元件3-1为阵列化设计，在一次微尺度装药爆轰波阵面曲率的测试中可获得多个理论曲率相等位置处的实际测试数据，突破了以往测试只能依靠多次重复实验获得同一位置测试数据的不足；下层焊盘2-2与上层焊盘4-2采用圆形设计，可以方便引线连接至高速数字记录存储设备；下层导线2-3与上层导线4-3采用垂直设计的方式，避免了相互之间的干扰；保护层5发挥了对PVDF-TrFE敏感元件3-1阵列、下层输出电极2-1阵列与上层输出电极4-1阵列的封装作用，有利于传感器实际测试前的保护与存储；利用与MEMS兼容的柔性制造工艺实现了传感器的柔性化，使其可应用在曲面等多种测试条件下，且安装与对准过程更加准确方便；基底1和保护层5均采用了聚酰亚胺材料，使其与一般的凝聚炸药阻抗近似匹配，减小了冲击波在界面处反射造成的误差，提高了传感器的精度。

综上所述本发明传感器具有敏感元件尺寸小、精度高、输出信号大、多点采集等特点，并采用柔性化制造工艺，适用于多种测试条件下微尺度装药爆轰波阵面曲率的测量，并可为微尺度装药条件下火工品爆轰模型的建立提供实验支撑。

附图说明

图1为本发明实施例传感器的爆炸视图。

图2为本发明实施例传感器的俯视图。

图3为本发明实施例传感器中下层输出层2的俯视图。

图4为本发明实施例传感器中PVDF-TrFE压电层3的俯视图。

图5为本发明实施例传感器中上层输出层4的俯视图。

图6为本发明实施例传感器制造方法的流程图。

图7为本发明实施例传感器的测试安装图。

图8为本发明实施例传感器的高速数字记录设备所记录的典型电信号图。

图9为本发明实施例传感器的微尺度装药爆轰波阵面曲率测试的典型拟合图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。

参照图1、图2、图3、图4和图5，一种测定微尺度装药爆轰波阵面曲率的MEMS压电式传感器，包括基底1，基底1上通过MEMS工艺溅射有下层输出电极2-1及下层焊盘2-2，下层输出电极2-1与下层焊盘2-2通过下层导线2-3连接，构成下层输出层2；下层输出层2上通过MEMS工艺旋涂并固化形成聚偏二氟乙烯－三氟乙烯共聚物(PVDF-TrFE)薄膜层，并对PVDF-TrFE薄膜层进行硅油浴极化，通过离子刻蚀(RIE)得到PVDF-TrFE敏感元件3-1，构成PVDF-TrFE压电层3；PVDF-TrFE压电层3上再次通过MEMS工艺溅射有上层输出电极4-1及上层焊盘4-2；上层输出电极4-1与上层焊盘4-2通过上层导线4-3连接，构成上层输出层4；下层输出电极2-1和上层输出电极4-1采用上下轴向对齐的布置方式；下层焊盘2-2与上层焊盘4-2采用由下层导线2-3、上层导线4-3连接并垂直的布置方式；上层输出层4上通过MEMS工艺涂覆并固化有保护层5；下层输出电极2-1与上层输出电极4-1具有相同的形状和尺寸，下层焊盘2-2与上层焊盘4-2具有相同的形状和尺寸，下层导线2-3与上层导线4-3有相同的线宽；其中下层输出电极2-1与上层输出电极4-1呈圆形，直径均为200μm，厚度均为1μm，下层焊盘2-2与上层焊盘4-2呈圆形，直径均为5mm，下层导线2-3与上层导线4-3线宽为50μm；PVDF-TrFE敏感元件3-1呈圆形，直径为100μm，厚度为2μm，圆形设计能够更好地匹配微尺度装药所产生的二维凸球形爆轰波阵面，使PVDF-TrFE敏感元件3-1受压均匀；下层输出电极2-1和上层输出电极4-1采用上下对齐方式布置，中间夹有PVDF-TrFE敏感元件3-1，PVDF-TrFE敏感元件3-1在爆轰波阵面的作用下处于受压状态，将爆轰波阵面压力信号转换为电信号，下层焊盘2-2与上层焊盘4-2连接高速数字记录设备进行信号的采集与存储；下层焊盘2-2与上层焊盘4-2采用圆形设计，可以方便引线连接至高速数字记录存储设备；下层导线2-3与上层导线4-3采用垂直设计的方式，可以避免的相互之间的干扰；通过MEMS技术实现了PVDF-TrFE敏感元件3-1、下层输出电极2-1和上层输出电极4-1的微型化，使其减小对微尺度装药爆轰波阵面的影响，从而提高了测量精度。

所述的PVDF-TrFE敏感元件3-1为阵列式结构，除中心点处PVDF-TrFE敏感元件3-1外，其他PVDF-TrFE敏感元件3-1位于多个同心圆内，每一同心圆圆周分布多个PVDF-TrFE敏感元件3-1，具体个数根据测试药柱尺寸和药剂种类进行确定，本实施例以每个同心圆圆周分布4个PVDF-TrFE敏感元件3-1，且每一同心圆圆周上的PVDF-TrFE敏感元件3-1相互间呈90°垂直排列为例，同心圆的个数与同心圆之间的直径梯度关系也依据具体参与爆轰药柱的尺寸与药剂种类确定，本实施例采用5个同心圆。

所述的下层输出电极2-1与上层输出电极4-1为阵列化结构，依据PVDF-TrFE敏感元件3-1相应位置进行阵列化排布；下层焊盘2-2与上层焊盘4-2为阵列化结构，依据相应的下层输出电极2-1与上层输出电极4-1位置进行阵列化排布；下层导线2-3与上层导线4-3分别对阵列化结构的下层输出电极2-1与下层焊盘2-2、上层输出电极4-1与上层焊盘4-2进行阵列化连接。

所述的基底1和保护层5均采用聚酰亚胺材料，基底1采用液态聚酰亚胺(PI)通过MEMS工艺多次旋涂匀胶并固化制成，厚度为20μm；保护层5采用负性光敏聚酰亚胺(PSPI)通过MEMS工艺曝光固化制成，厚度为20μm；聚酰亚胺(PI)与一般的凝聚炸药阻抗近似匹配，减小了冲击波在界面处反射造成的误差；保护层5发挥了对PVDF-TrFE敏感元件3-1阵列、下层输出电极2-1阵列与上层输出电极4-1阵列的封装作用，有利于实际测试前传感器的保护与存储。

所述的一种测定微尺度装药爆轰波阵面曲率的MEMS压电式传感器具有敏感元件尺寸小、精度高、输出信号大、多点采集等特点，并采用柔性化制造工艺，适用于多种测试条件下微尺度装药爆轰波阵面曲率的测量，并可为微尺度装药条件下火工品爆轰模型的建立提供实验支撑，制造方法包括以下步骤：

步骤1：参照图6中的(a)，以干净的硅片7作为整个传感器的硬质基底，用磁控溅射沉积方法在其上沉积一层聚四氟乙烯(PTFE)疏水薄膜6作为传感器释放层；

步骤2：参照图6中的(b)，在聚四氟乙烯(PTFE)薄膜6表面上多次重叠旋涂液态聚酰亚胺(PI)预聚物，每次悬涂后都在热板上进行热烘，热烘的温度与时间取决于所使用的液态聚酰亚胺(PI)预聚物的固含量与粘度，通过每次重叠旋涂的转速比前一次转速提升和每次重叠旋涂后的热烘温度比前一次提升来保证聚酰亚胺(PI)薄膜质量；在得到一定厚度的聚酰亚胺(PI)薄膜后，对其进行高温固化，最后将聚酰亚胺(PI)基底冷却至室温，得到传感器柔性的基底1；将基底1在氧等离子体系统中处理进行表面活化和去除表面有机杂质；

步骤3：参照图6中的(c)，在基底1上涂覆一层光刻胶，然后光刻显影图形化，用磁控溅射方法沉积1μm厚的银，通过剥离工艺形成下层输出层2，下层输出层2包括下层输出电极2-1阵列、下层焊盘2-2阵列与下层导线2-3；

步骤4：参照图6中的(d)，将PVDF-TrFE溶解在甲基乙基酮(MEK)溶剂中，常温搅拌使聚合物完全溶解，然后静置数小时得到所需要的PVDF-TrFE溶液；在下层输出电极2-1阵列、下层焊盘2-2阵列与下层导线2-3上面涂覆一层光刻胶，利用掩膜版光刻图形化，采用旋涂的方法将PVDF-TrFE溶液旋涂在光刻图形上，形成PVDF-TrFE薄膜层；随后置于烘箱中以135℃进行退火4小时；对制成的PVDF-TrFE压电薄膜进行硅油浴极化；再次涂覆光刻胶进行图形化，通过离子刻蚀(RIE)去除掉非图形区的PVDF-TrFE，再次剥离后最终得到PVDF-TrFE敏感元件3-1阵列，形成PVDF-TrFE压电层3；

步骤5：参照图中的6(e)，同步骤3一样，在PVDF-TrFE压电层3上涂覆一层光刻胶，然后光刻显影图形化，用磁控溅射的方法沉积1μm厚的银，通过剥离工艺形成上层输出层4，上层输出层4包括上层输出电极4-1阵列、上层焊盘4-2阵列与上层导线4-3；

步骤6：参照图6中的(f)，在上层输出层4表面多次旋涂负性光敏聚酰亚胺(PSPI)预聚物，然后曝光固化负性光敏聚酰亚胺(PSPI)预聚物形成保护层5，厚度为20μm，除去未曝光区负性光敏聚酰亚胺(PSPI)预聚物，未曝光区域被露出，包括上层焊盘4-2阵列与下层焊盘2-2阵列，部分上层导线4-3阵列与部分下层导线2-3阵列；

步骤7：参照图中的6(g)，将整个传感器浸入到丙酮溶液中进行释放剥离，聚四氟乙烯(PTFE)薄膜6与硅片载体7实现剥离，传感器被释放；通过氧等离子体刻蚀去除掉基底1背面的聚四氟乙烯(PTFE)薄膜6有机物残留，最后在下层焊盘2-2阵列和上层焊盘4-2阵列上用导电银胶连接引线，并加热固化成型，即得到测定微尺度装药爆轰波阵面曲率的MEMS压电式传感器。

本发明传感器工作原理为：

参照图7，以圆柱形微尺度装药测量爆轰波阵面曲率来进行说明。爆轰波是一种在炸药中传播的由快速化学反应支持的冲击波，爆轰波只在炸药中传播，其波前为未反应的炸药，其波后为爆轰产物，若爆轰波传播速度是一个不随时间变化的常量，则把这种爆轰波定义为定常爆轰波；若爆速是一个随时间变化的量，则把这种爆轰波定义为不定常爆轰波。本发明传感器主要针对定常爆轰波阵面的曲率测试。

本发明传感器11正对微尺度装药药柱9截面，药柱9长度大于形成稳定爆轰的距离，且传感器11中PVDF-TrFE敏感元件3-1阵列与药柱9轴线重合，下层焊盘2-2阵列和上层焊盘4-2阵列连接高速数字存储记录设备。

爆轰过程中，装药壳体10对药柱9进行约束，雷管8通过电引火装置引爆药柱9，微尺度装药药剂产生的二维凸球形爆轰波在测试药柱9内经过一定的爆轰距离达到稳定爆速V₀，并保持稳定爆速V₀至接触到传感器11中PVDF-TrFE敏感元件3-1阵列；定义最中央PVDF-TrFE敏感元件3-1为N₁₁，第一个同心圆上PVDF-TrFE敏感元件3-1分别为N₂₁、N₂₂、N₂₃和N₂₄；第二个同心圆上PVDF-TrFE敏感元件3-1分别为N₃₁、N₃₂、N₃₃和N₃₄……以此类推；PVDF-TrFE敏感元件N₁₁受二维凸球形爆轰波阵面挤压产生电信号U，而其他的PVDF-TrFE敏感元件3-1未受到二维凸球形爆轰波阵面力的作用，则没有产生明显的电信号；二维凸球形爆轰波阵面随时间对PVDF-TrFE敏感元件N₂₁、N₃₁、N₄₁等依次产生力的作用，则N₂₁、N₃₁、N₄₁等依次得到一定的电信号U，图8为高速数字记录存储设备在整个过程中所记录的典型电信号图。在所记录的典型电信号中，选取合理的阈值U₀，则在整个测试过程时间T中，高速数字记录存储设备每一通道的U₀都对应一时间t，PVDF-TrFE敏感元件N₁₁对应t₁₁，N₂₁对应t_21,N₃₁对应t₃₁……以此类推。

那么可以得到N₁₁与N₂₁间的距离差：

L₁＝V₀(t₂₁-t₁₁)

N₂₁与N₃₁间的距离差：

L₂＝V₀(t₃₁-t₂₁)

……

以此类推得到L₃、L₄、L₅……的值。

定义敏感元件N₁₁处为起始位置0，则敏感元件N₂₁、N₂₂、N₂₃和N₂₄位置为其所处同心圆的半径l₀，以此类推可得N₃₁、N₃₂、N₃₃和N₃₄……等敏感元件位置。对得到的数据进行拟合，则得到了如图9所示的微尺度装药爆轰波阵面曲率的拟合图。

同时，在一次微尺度装药爆轰波阵面曲率的测试中可获得多个理论曲率相等位置处的实际测试数据，如N₂₁、N₂₂、N₂₃与N₂₄所得数据具有互换性，在不影响测试结果的前提下可以选择偏差不大的数据进行拟合，突破了以往测试只能依靠多次重复实验获得同一位置处测试数据的不足。

Claims (8)

1.一种测定微尺度装药爆轰波阵面曲率的MEMS压电式传感器，其特征在于：包括基底(1)，基底(1)上通过MEMS工艺溅射有下层输出电极(2-1)及下层焊盘(2-2)，下层输出电极(2-1)与下层焊盘(2-2)通过下层导线(2-3)连接，构成下层输出层(2)；下层输出层(2)上通过MEMS工艺旋涂并固化形成聚偏二氟乙烯－三氟乙烯共聚物(PVDF-TrFE)薄膜层，并对PVDF-TrFE薄膜层进行硅油浴极化，通过离子刻蚀(RIE)得到PVDF-TrFE敏感元件(3-1)，构成PVDF-TrFE压电层(3)；PVDF-TrFE压电层(3)上再次通过MEMS工艺溅射有上层输出电极(4-1)及上层焊盘(4-2)，上层输出电极(4-1)与上层焊盘(4-2)通过上层导线(4-3)连接，构成上层输出层(4)；下层输出电极(2-1)和上层输出电极(4-1)采用上下轴向对齐的布置方式；下层焊盘(2-2)与上层焊盘(4-2)采用由下层导线(2-3)、上层导线(4-3)连接并垂直的布置方式；上层输出层(4)上通过MEMS工艺涂覆有保护层(5)。

2.根据权利要求1所述的一种测定微尺度装药爆轰波阵面曲率的MEMS压电式传感器，其特征在于：所述的PVDF-TrFE敏感元件(3-1)形状为圆形，直径为100μm，厚度为2μm，PVDF-TrFE敏感元件(3-1)与下层输出电极(2-1)、上层输出电极(4-1)采取中心轴重合的布置方式。

3.根据权利要求1所述的一种测定微尺度装药爆轰波阵面曲率的MEMS压电式传感器，其特征在于：所述的PVDF-TrFE敏感元件(3-1)为阵列式结构，除中心点处PVDF-TrFE敏感元件(3-1)外，其他PVDF-TrFE敏感元件(3-1)均位于多个同心圆圆周上，每一同心圆圆周分布多个PVDF-TrFE敏感元件(3-1)，具体个数根据进行测试的药柱尺寸与药剂种类进行确定。

4.根据权利要求1所述的一种测定微尺度装药爆轰波阵面曲率的MEMS压电式传感器，其特征在于：所述的下层输出电极(2-1)与上层输出电极(4-1)具有相同的形状和尺寸；下层焊盘(2-2)与上层焊盘(4-2)具有相同的形状和尺寸；下层导线(2-3)与上层导线(4-3)具有相同的线宽；其中下层输出电极(2-1)与上层输出电极(4-1)呈圆形，直径均为200μm，厚度均为1μm；其中下层焊盘(2-2)与上层焊盘(4-2)呈圆形，直径均为5mm；其中下层导线(2-3)与上层导线(4-3)线宽为50μm。

5.根据权利要求1所述的一种测定微尺度装药爆轰波阵面曲率的MEMS压电式传感器，其特征在于：所述的下层输出电极(2-1)与上层输出电极(4-1)为阵列化结构，依据PVDF-TrFE敏感元件(3-1)相应位置进行阵列化排布；下层焊盘(2-2)与上层焊盘(4-2)为阵列化结构，依据相应的下层输出电极(2-1)与上层输出电极(4-1)位置进行阵列化排布；下层导线(2-3)与上层导线(4-3)分别对阵列化结构的下层输出电极(2-1)与下层焊盘(2-2)、上层输出电极(4-1)与上层焊盘(4-2)进行阵列化连接。

6.根据权利要求1所述的一种测定微尺度装药爆轰波阵面曲率的MEMS压电式传感器，其特征在于：所述的基底(1)和保护层(5)均采用聚酰亚胺(PI)材料；基底(1)采用液态聚酰亚胺(PI)通过MEMS工艺多次旋涂匀胶固化制成，厚度为20μm；保护层(5)采用负性光敏聚酰亚胺(PSPI)通过MEMS工艺曝光固化制成，厚度为20μm。

7.根据权利要求1所述的一种测定微尺度装药爆轰波阵面曲率的MEMS压电式传感器，其特征在于：所述的PVDF-TrFE敏感元件(3-1)在爆轰波阵面的作用下处于受压状态，将爆轰波阵面压力信号转换为电信号，下层焊盘(2-2)与上层焊盘(4-2)连接高速数字记录设备进行电信号的采集与存储。

8.根据权利要求1所述的一种测定微尺度装药爆轰波阵面曲率的MEMS压电式传感器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在干净的硅片载体(7)上磁控溅射一层聚四氟乙烯(PTFE)疏水薄膜层(6)作为释放层；

步骤2：在聚四氟乙烯(PTFE)薄膜层(6)上多次旋涂液态聚酰亚胺(PI)预聚物，加热固化后形成聚酰亚胺(PI)薄膜作为柔性的基底(1)；

步骤3：在基底(1)上先光刻图形化，随后在其上用磁控溅射的方法一次沉积成型下层输出电极(2-1)阵列、下层焊盘(2-2)阵列与下层导线(2-3)阵列，形成下层输出层(2)；

步骤4：利用掩膜版光刻图形化，采用旋涂的方法将溶解在甲基乙基酮(MEK)中的PVDF-TrFE旋涂在下层输出层2()上形成PVDF-TrFE薄膜层，随后在烘箱中固化，固化后在硅油浴中进行PVDF-TrFE薄膜层极化，再次涂覆光刻胶进行图形化，通过离子刻蚀(RIE)去除掉非图形区的PVDF-TrFE，最终得到PVDF-TrFE敏感元件(3-1)阵列，形成PVDF-TrFE压电层(3)；

步骤5：同步骤3一样，先光刻图形化，随后在PVDF-TrFE压电层(3)上用磁控溅射的方法一次沉积成型上层输出电极(4-1)阵列、上层焊盘(4-2)阵列与上层导线(4-3)阵列，形成上层输出层(4)；

步骤6：在上层输出层(4)表面多次旋涂负性光敏聚酰亚胺(PSPI)预聚物，然后曝光固化负性光敏聚酰亚胺(PSPI)预聚物形成保护层(5)，未曝光区域被露出，包括上层焊盘(4-2)阵列与下层焊盘(2-2)阵列，部分上层导线(4-3)阵列与部分下层导线(2-3)阵列；

步骤7：先沿着划片槽将传感器划开，然后浸泡至丙酮溶液中，使聚四氟乙烯(PTFE)薄膜层(6)与硅片载体(7)分离，传感器被释放，从而得到测定微尺度装药爆轰波阵面曲率的MEMS压电式传感器。

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