CN113155276B - 一种二维热式声矢量传感器芯片及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二维热式声矢量传感器芯片及其实现方法。本发明在衬底的边缘或中心形成方向正交的流道，在流道上设置的单轴热式声矢量传感器的敏感方向与所在的流道平行，能够集成两个或四个单轴热式声矢量传感器，获得两个完全正交的振速分量，并且保证两个敏感轴的性能与单个热式声矢量传感器一致，从而根据两个全正交的水平振速分量和竖直振速分量得到声波的传输方向；本发明能够保证流道中的声粒子的振动范围内没有衬底的阻挡，消除衬底对流场产生的畸变，使两个敏感轴不发生偏移；本发明能够在一个方向的流道中集成两个单轴声矢量传感器，保证两个敏感轴的声中心在同一点。

Description

一种二维热式声矢量传感器芯片及其实现方法

技术领域

本发明涉及微电子机械传感技术，具体涉及一种二维热式声矢量传感器芯片及其实现方法。

背景技术

声矢量传感器可以探测声波的传播方向，在声源定位、水声通信、声强测量等领域有着广泛的应用。与传统的声压梯度矢量传感器相比，热式声矢量传感器能够直接测量声粒子的振动速度，具有体积小，频带宽，精度高等优点。二维声矢量传感器能够检测两个正交的声粒子振速分量，因此单个传感器就可以实现声源定位。

热式声矢量传感器包含加热梁和测温梁，加热梁对周围的流体加热，提供一个稳定的温场分布。声波会使传感器周围的流体分子发生振动，形成热对流，改变测温梁处的温场。在低流速下，测温梁的温度差与对流的速度即声粒子的振速成正比，测温梁上的热敏电阻可以将温度差转化为电压差。

声粒子振动的速度非常小，流场的畸变和热场之间的耦合会产生较大的测量误差，导致很难获得两个完全正交的矢量。目前已有的二维热式声矢量传感器结构有以下几点不足之处：

通过将两个一维传感器组装成一个二维传感器，由于装配误差的存在，很难保证两个灵敏方向完全正交。

将两个一维传感器集成在一个芯片上，由于衬底和引线的存在，都会对某一方向的来流造成阻挡，改变来流方向，无法同时保证两个维度的流场都不产生畸变，造成灵敏轴发生偏离。

在满足流场不畸变的情况下，受到工艺条件的限制，目前的二维芯片结构只能集成两根热线，自噪声较大。而且热线间距无法调整，高频特性较差。

发明内容

为了解决以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种二维热式声矢量传感器芯片及其实现方法，采用适用于二维热式声矢量传感器的芯片结构，该结构能够集成两个自噪声低，高频性能好的热式声矢量传感器，并且保证灵敏方向上的流场不产生畸变，获得两个完全正交的声粒子振速分量。

本发明的一个目的在于提出一种二维热式声矢量传感器芯片。

本发明的二维热式声矢量传感器芯片采用支架式或镂空式：

采用支架式，二维热式声矢量传感器芯片包括：衬底、竖直支撑框架、水平支撑框架、水平流道、竖直流道、热式声矢量传感器以及电极；其中，在衬底的边缘设置两组互相垂直的支撑框架，分别为竖直支撑框架和水平支撑框架，竖直支撑框架和水平支撑框架均内部中空；在竖直支撑框架的内部沿水平方向没有衬底阻挡，从而在竖直支撑框架的内部中空的区域形成水平流道，即水平流道的方向为水平方向，在水平支撑框架的内部沿竖直方向没有衬底阻挡，从而在水平支撑框架的内部中空的区域形成竖直流道，即竖直流道的方向为竖直方向，从而形成两个方向互相垂直的流道；在水平流道中设置单轴的水平热式声矢量传感器，使水平热式声矢量传感器中梁的长度方向与流道方向垂直，以此保证水平热式声矢量传感器的敏感方向与所在的水平流道平行即为水平方向，水平热式声矢量传感器包括至少一根竖直测温梁和至少一根竖直加热梁，即测温梁和加热梁的方向沿竖直方向，竖直测温梁和竖直加热梁的两端架设在竖直支撑框架上；在竖直流道中设置单轴的竖直热式声矢量传感器，使竖直热式声矢量传感器中梁的长度方向与流道方向垂直，以此保证竖直热式声矢量传感器的敏感方向与所在的竖直流道平行即为竖直方向，竖直热式声矢量传感器包括至少一根水平测温梁和至少一根水平加热梁，即测温梁和加热梁的方向沿水平方向，水平测温梁和水平加热梁的两端架设在水平支撑框架上；在衬底上设置多个电极，每一根测温梁和加热梁分别对应一个电极，竖直测温梁和水平测温梁通过相应的电极分别连接至外部的信号处理电路的两个不同通道，加热梁分别通过相应的电极连接至外部的加热电路；

采用镂空式，二维热式声矢量传感器芯片包括：衬底、水平流道、竖直流道、热式声矢量传感器以及电极；其中，对衬底的中心进行镂空处理，形成两组互相垂直的竖直流道和水平流道，竖直流道即流道的方向为竖直方向，水平流道即流道的方向为水平方向；在竖直流道中设置单轴的竖直热式声矢量传感器，使竖直热式声矢量传感器中梁的长度方向与流道方向垂直，以此保证竖直热式声矢量传感器的敏感方向与所在的竖直流道平行即为竖直方向，竖直热式声矢量传感器包括至少一根水平测温梁和至少一根水平加热梁，即测温梁和加热梁的方向沿水平方向，水平测温梁和水平加热梁的两端架设在竖直流道的边缘上；在水平流道中设置单轴的水平热式声矢量传感器，使水平热式声矢量传感器中梁的长度方向与流道方向垂直，以此保证水平热式声矢量传感器的敏感方向与所在的水平流道平行即为水平方向，水平热式声矢量传感器包括至少一根竖直测温梁和至少一根竖直加热梁，即测温梁和加热梁的方向沿竖直方向，竖直测温梁和竖直加热梁的两端架设在水平流道的边缘上；在衬底上设置多个电极，每一根测温梁和加热梁分别对应一个电极，竖直测温梁和水平测温梁通过相应的电极分别连接至外部的信号处理电路的两个不同通道，加热梁分别通过相应的电极连接至外部的加热电路；

通过外部电路对竖直加热梁和水平加热梁施加电流，对所处的水平流道和竖直流道加热，使得温度位于热式声矢量传感器的工作温度；当有声波到达水平流道和竖直流道中时，水平流道和竖直流道内的流体中的声粒子在水平流道和竖直流道中振动，在声粒子的振动范围内，没有衬底阻挡，不会对声粒子运动的轨迹造成畸变；声粒子在水平流道和竖直流道中的振动，能够改变竖直测温梁和水平测温梁周围的温度分布，只有垂直于测温梁的振动会产生温度改变，因此竖直测温梁的温度改变包含有声粒子的水平振速分量，水平测温梁的温度改变包含有声粒子的竖直振速分量；竖直测温梁和水平测温梁分别通过各自的电极将分别包含有水平振速分量和竖直振速分量的温度信号传输至信号处理电路对应的通道，将温度信号转化为电压信号，得到声粒子的振幅和频率，进一步根据两个全正交的水平振速分量和竖直振速分量得到声波的传输方向。

在支架式中，在衬底的边缘设置两组互相垂直的支撑框架，每组支撑框架包括一个或两个支撑框架，每一组中的两个支撑框架的中心轴位于同一条直线上，从而在一个流道方向集成两个单轴热式声矢量传感器，保证两个敏感轴的声中心在同一点。

在支架式中，支撑框架的形式采用由多个边框围成的内部穿透的中空结构，或者采用凹槽的形式，凹槽只包括一组相对的侧壁。

在镂空式中，在衬底的中心形成两组互相垂直的竖直流道和水平流道，每一组竖直流道和水平流道包括一个或两个流道，同一组中的两个流道位于同一条直线上，在一个流道方向集成两个单轴热式声矢量传感器，保证两个敏感轴的声中心在同一点。

在镂空式中，流道的形式采用将衬底的中心穿透从而形成内部中空且具有边缘的形式，或者采用在衬底的表面形成凹槽，凹槽沿流道方向的两端打穿衬底的侧壁。

二维热式声矢量传感器芯片位于水中，则声粒子为水分子；或者位于空气中，则声粒子为气体分子。

通常在参考声压级94dB内最大0.1mm，在大声压级下可达到10mm，为了在声粒子的振动范围内没有衬底阻挡，热式声矢量传感器至流道的边缘的距离大于10倍声粒子的振动范围，在参考声压级94dB内最大0.1mm，对于大声压级情况，可以将支架边框去除，采用凹槽的形式。

热式声矢量传感器的工作温度一般大于100℃且小于500℃，通常使用200℃。

本发明的另一个目的在于提出一种二维热式声矢量传感器芯片的实现方法。

本发明的二维热式声矢量传感器芯片的实现方法，包括以下步骤：

一.芯片制备：

a)支架式

i.在衬底的边缘设置两组互相垂直的支撑框架，分别为竖直支撑框架和水平支撑框架，竖直支撑框架和水平支撑框架均内部中空；

ii.在竖直支撑框架沿水平方向没有衬底阻挡，从而在竖直支撑框架的内部中空的区域形成水平流道，即流道的方向为水平方向，在水平支撑框架沿竖直方向没有衬底阻挡，从而在水平支撑框架的内部中空的区域形成竖直流道，即流道的方向为竖直方向，从而形成两个方向互相垂直的流道；

iii.在水平流道中设置单轴的水平热式声矢量传感器，使水平热式声矢量传感器中梁的长度方向与流道方向垂直，以此保证水平热式声矢量传感器的敏感方向与所在的水平流道平行即为水平方向，水平热式声矢量传感器包括至少一根竖直测温梁和至少一根竖直加热梁，即测温梁和加热梁的方向沿竖直方向，竖直测温梁和竖直加热梁的两端架设在竖直支撑框架上；

iv.在竖直流道中设置单轴的竖直热式声矢量传感器，使竖直热式声矢量传感器中梁的长度方向与流道方向垂直，以此保证竖直热式声矢量传感器的敏感方向与所在的竖直流道平行即为竖直方向，竖直热式声矢量传感器包括至少一根水平测温梁和至少一根水平加热梁，即测温梁和加热梁的方向沿水平方向，水平测温梁和水平加热梁的两端架设在水平支撑框架上；

v.在衬底上设置多个电极，每一根测温梁和加热梁分别对应一个电极，竖直测温梁和水平测温梁通过相应的电极分别连接至外部的信号处理电路的两个不同通道，加热梁分别通过相应的电极连接至外部电路；

b)镂空式

i.对衬底的中心进行镂空处理，形成两组互相垂直的竖直流道和水平流道，竖直流道即流道的方向为竖直方向，水平流道即流道的方向为水平方向；

ii.在竖直流道中设置单轴的竖直热式声矢量传感器，使竖直热式声矢量传感器中梁的长度方向与所在的竖直流道方向垂直，以此保证竖直热式声矢量传感器的敏感方向与所在的竖直流道平行即为竖直方向，竖直热式声矢量传感器包括至少一根水平测温梁和至少一根水平加热梁，即测温梁和加热梁的方向沿水平方向，水平测温梁和水平加热梁的两端架设在竖直流道的边缘上；

iii.在水平流道中设置单轴的水平热式声矢量传感器，使水平热式声矢量传感器中梁的长度方向与所在的水平流道方向垂直，以此保证水平热式声矢量传感器的敏感方向与所在的水平流道平行即为水平方向，水平热式声矢量传感器包括至少一根竖直测温梁和至少一根竖直加热梁，即测温梁和加热梁的方向沿竖直方向，竖直测温梁和竖直加热梁的两端架设在水平流道的边缘上；

iv.在衬底上设置多个电极，每一根测温梁和加热梁分别对应一个电极，竖直测温梁和水平测温梁通过相应的电极连接至外部的信号处理电路的两个不同通道，加热梁分别通过相应的电极连接至外部电路；

二.探测前准备：

通过外部电路对竖直加热梁和水平加热梁施加电流，对所处的水平流道和竖直流道加热，使得温度位于热式声矢量传感器的工作温度；

三.声波探测：

1)当有声波到达水平流道和竖直流道中时，水平流道和竖直流道内的流体中的声粒子在水平流道和竖直流道中振动，在声粒子的振动范围内，没有衬底阻挡，不会对声粒子运动的轨迹造成畸变；

2)声粒子在水平流道和竖直流道中的振动，能够改变竖直测温梁和水平测温梁周围的温度分布，只有垂直于测温梁的振动会产生温度改变，因此竖直测温梁的温度改变包含有声粒子的水平振速分量，水平测温梁的温度改变包含有声粒子的竖直振速分量；

3)竖直测温梁和水平测温梁分别通过各自的电极将分别包含有水平振速分量和竖直振速分量的温度信号传输至信号处理电路对应的通道，将温度信号转化为电压信号，得到声粒子的振幅和频率；

4)进一步信号处理电路根据两个全正交的水平振速分量和竖直振速分量得到声波的传输方向。

其中，热式声矢量传感器的工作温度大于100℃且小于500℃

本发明的优点：

本发明能够集成两个或四个单轴热式声矢量传感器，获得两个完全正交的振速分量，并且保证两个敏感轴的性能与单个热式声矢量传感器一致；本发明能够保证流道中的声粒子的振动范围内没有衬底的阻挡，消除衬底对流场产生的畸变，使两个敏感轴不发生偏移；本发明能够在一个方向的流道中集成两个单轴热式声矢量传感器，保证两个敏感轴的声中心在同一点。

附图说明

图1为本发明的二维热式声矢量传感器芯片的实施例一的示意图；

图2为本发明的二维热式声矢量传感器芯片的实施例二的示意图；

图3为本发明的二维热式声矢量传感器芯片的实施例三的示意图；

图4为本发明的二维热式声矢量传感器芯片的实施例四的示意图；

图5为本发明的二维热式声矢量传感器芯片的实施例五的衬底的示意图；

图6为本发明的二维热式声矢量传感器芯片的实施例六的衬底的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例一

本实施例采用支架式，每组支撑框架包括一个支撑框架，支撑框架的形式采用由四个边框围成的内部穿透的中空结构；热式声矢量传感器采用三线热式声矢量传感器。

如图1所示，本实施例的二维热式声矢量传感器芯片包括：衬底1、竖直支撑框架21、水平支撑框架22、水平流道32、竖直流道31、热式声矢量传感器4以及电极5；其中，在衬底1的边缘设置两组互相垂直的支撑框架，两组包括一个支撑框架，两个支撑框架互相垂直分别为竖直支撑框架21和水平支撑框架22，竖直支撑框架21和水平支撑框架22均内部中空，内部中空的形状为矩形；在竖直支撑框架21的内部沿水平方向没有衬底1阻挡，从而在竖直支撑框架21的内部中空的区域形成水平流道32，即水平流道32的方向为水平方向，在水平支撑框架22的内部沿竖直方向没有衬底1阻挡，从而在水平支撑框架22的内部中空的区域形成竖直流道31，即竖直流道31的方向为竖直方向，从而形成两个方向互相垂直的流道；在水平流道32中设置单轴的水平热式声矢量传感器4，使水平热式声矢量传感器4中梁的长度方向与流道方向垂直，以此保证水平热式声矢量传感器4的敏感方向与所在的水平流道32平行即为水平方向，水平热式声矢量传感器4包括两根分别位于两侧的竖直测温梁和位于中间的一根竖直加热梁，即测温梁和加热梁的方向沿竖直方向，竖直测温梁和竖直加热梁的两端架设在竖直支撑框架21上；在竖直流道31中设置单轴的竖直热式声矢量传感器4，使竖直热式声矢量传感器4中梁的长度方向与流道方向垂直，以此保证竖直热式声矢量传感器4的敏感方向与所在的竖直流道31平行即为竖直方向，竖直热式声矢量传感器4包括位于两根分别两侧的水平测温梁和位于中间的一根水平加热梁，即测温梁和加热梁的方向沿水平方向，水平测温梁和水平加热梁的两端架设在水平支撑框架22上；在衬底1上设置多个电极5，每一根测温梁和加热梁分别对应一个电极，竖直测温梁和水平测温梁通过相应的电极分别连接至外部的信号处理电路的两个不同通道，加热梁分别通过相应的电极连接至外部的加热电路。图中箭头方向为传感器的敏感方向。

实施例二

本实施例的本实施例采用支架式，每组支撑框架包括两个支撑框架，每一组中的两个支撑框架的中心轴位于同一条直线上，从而在一个流道方向集成两个单轴热式声矢量传感器，保证两个敏感轴的声中心7在同一点，其他同实施例一。

实施例三

本实施例采用镂空式，每组竖直流道31包括一个竖直流道31，每组水平流道32包括一个水平流道32；镂空式的形式采用将衬底1的中心穿透从而形成内部中空且具有边缘的形式。

如图3所示，本实施例的二维热式声矢量传感器4芯片包括：衬底1、水平流道32、竖直流道31、热式声矢量传感器4以及电极；其中，对衬底1的中心进行镂空处理，形成两组互相垂直的竖直流道31和水平流道32，每组包括一个竖直流道31或一个水平流道32，竖直流道31即流道的方向为竖直方向，水平流道32即流道的方向为水平方向；在竖直流道31中设置单轴的竖直热式声矢量传感器4，使竖直热式声矢量传感器4中梁的长度方向与流道方向垂直，以此保证竖直热式声矢量传感器4的敏感方向与所在的竖直流道31平行即为竖直方向，竖直热式声矢量传感器4包括至少一根水平测温梁和至少一根水平加热梁，即测温梁和加热梁的方向沿水平方向，水平测温梁和水平加热梁的两端架设在竖直流道31的边缘上；在水平流道32中设置单轴的水平热式声矢量传感器4，使水平热式声矢量传感器4中梁的长度方向与流道方向垂直，以此保证水平热式声矢量传感器4的敏感方向与所在的水平流道32平行即为水平方向，水平热式声矢量传感器4包括两根分别位于两侧的竖直测温梁和一根位于中间的竖直加热梁，即测温梁和加热梁的方向沿竖直方向，竖直测温梁和竖直加热梁的两端架设在水平流道32的边缘上；在衬底1上设置多个电极，每一根测温梁和加热梁分别对应一个电极，竖直测温梁和水平测温梁通过相应的电极分别连接至外部的信号处理电路的两个不同通道，加热梁分别通过相应的电极连接至外部的加热电路。

实施例四

本实施例采用镂空式，每组竖直流道31包括两个竖直流道31，每组水平流道32包括两个水平流道32，同一组中的两个流道位于同一条直线上，在一个流道方向集成两个单轴热式声矢量传感器，保证两个敏感轴的声中心7在同一点，其他同实施例三。

实施例五

如图5所示，在本实施例中采用支架式，每组支撑框架包括一个支撑框架；支撑框架的形式采用凹槽的形式，凹槽只包括一组相对的侧壁，凹槽沿流道方向的两端打穿衬底的侧壁。

实施例六

如图6所示，本实施例采用镂空式，每组竖直流道包括两个竖直流道，每组水平流道包括两个水平流道，镂空的形式采用在衬底1的表面形成凹槽形成流道，凹槽沿流道方向的两端打穿衬底1的侧壁。

以上实施例的实现方法相同，二维热式声矢量传感器芯片的实现方法，包括以下步骤：

一.芯片制备，采用支架式或镂空式：

二.探测前准备：

通过外部电路对竖直加热梁和水平加热梁施加电流，对所处的水平流道和竖直流道加热，使得温度位于热式声矢量传感器的工作温度；

三.声波探测：

1)当有声波到达水平流道和竖直流道中时，水平流道和竖直流道内的流体中的声粒子在水平流道和竖直流道中振动，在声粒子的振动范围内，没有衬底阻挡，不会对声粒子运动的轨迹造成畸变；

2)声粒子在水平流道和竖直流道中的振动，能够改变竖直测温梁和水平测温梁周围的温度分布，只有垂直于测温梁的振动会产生温度改变，因此竖直测温梁的温度改变包含有声粒子的水平振速分量，水平测温梁的温度改变包含有声粒子的竖直振速分量；

3)竖直测温梁和水平测温梁分别通过各自的电极将分别包含有水平振速分量和竖直振速分量的温度信号传输至信号处理电路对应的通道，将温度信号转化为电压信号，得到声粒子的振幅和频率；

4)进一步信号处理电路根据两个全正交的水平振速分量和竖直振速分量得到声波的传输方向。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种二维热式声矢量传感器芯片，其特征在于，所述二维热式声矢量传感器芯片采用支架式或镂空式：

采用支架式，所述二维热式声矢量传感器芯片包括：衬底、竖直支撑框架、水平支撑框架、水平流道、竖直流道、热式声矢量传感器以及电极；其中，在衬底的边缘设置两组互相垂直的支撑框架，分别为竖直支撑框架和水平支撑框架，竖直支撑框架和水平支撑框架均内部中空；在竖直支撑框架的内部沿水平方向没有衬底阻挡，从而在竖直支撑框架的内部中空的区域形成水平流道，即水平流道的方向为水平方向，在水平支撑框架的内部沿竖直方向没有衬底阻挡，从而在水平支撑框架的内部中空的区域形成竖直流道，即竖直流道的方向为竖直方向，从而形成两个方向互相垂直的流道；在水平流道中设置单轴的水平热式声矢量传感器，使水平热式声矢量传感器中梁的长度方向与流道方向垂直，以此保证水平热式声矢量传感器的敏感方向与所在的水平流道平行即为水平方向，水平热式声矢量传感器包括至少一根竖直测温梁和至少一根竖直加热梁，即测温梁和加热梁的方向沿竖直方向，竖直测温梁和竖直加热梁的两端架设在竖直支撑框架上；在竖直流道中设置单轴的竖直热式声矢量传感器，使竖直热式声矢量传感器中梁的长度方向与流道方向垂直，以此保证竖直热式声矢量传感器的敏感方向与所在的竖直流道平行即为竖直方向，竖直热式声矢量传感器包括至少一根水平测温梁和至少一根水平加热梁，即测温梁和加热梁的方向沿水平方向，水平测温梁和水平加热梁的两端架设在水平支撑框架上；在衬底上设置多个电极，每一根测温梁和加热梁分别对应一个电极，竖直测温梁和水平测温梁通过相应的电极分别连接至外部的信号处理电路的两个不同通道，加热梁分别通过相应的电极连接至外部的加热电路；

采用镂空式，所述二维热式声矢量传感器芯片包括：衬底、水平流道、竖直流道、热式声矢量传感器以及电极；其中，对衬底的中心进行镂空处理，形成两组互相垂直的竖直流道和水平流道，竖直流道即流道的方向为竖直方向，水平流道即流道的方向为水平方向；在竖直流道中设置单轴的竖直热式声矢量传感器，使竖直热式声矢量传感器中梁的长度方向与流道方向垂直，以此保证竖直热式声矢量传感器的敏感方向与所在的竖直流道平行即为竖直方向，竖直热式声矢量传感器包括至少一根水平测温梁和至少一根水平加热梁，即测温梁和加热梁的方向沿水平方向，水平测温梁和水平加热梁的两端架设在竖直流道的边缘上；在水平流道中设置单轴的水平热式声矢量传感器，使水平热式声矢量传感器中梁的长度方向与流道方向垂直，以此保证水平热式声矢量传感器的敏感方向与所在的水平流道平行即为水平方向，水平热式声矢量传感器包括至少一根竖直测温梁和至少一根竖直加热梁，即测温梁和加热梁的方向沿竖直方向，竖直测温梁和竖直加热梁的两端架设在水平流道的边缘上；在衬底上设置多个电极，每一根测温梁和加热梁分别对应一个电极，竖直测温梁和水平测温梁通过相应的电极分别连接至外部的信号处理电路的两个不同通道，加热梁分别通过相应的电极连接至外部的加热电路；

通过外部的加热电路对竖直加热梁和水平加热梁施加电流，对所处的水平流道和竖直流道加热，使得温度位于热式声矢量传感器的工作温度；当有声波到达水平流道和竖直流道中时，水平流道和竖直流道内的流体中的声粒子在水平流道和竖直流道中振动，在声粒子的振动范围内，没有衬底阻挡，不会对声粒子运动的轨迹造成畸变；声粒子在水平流道和竖直流道中的振动，能够改变竖直测温梁和水平测温梁周围的温度分布，只有垂直于测温梁的振动会产生温度改变，因此竖直测温梁的温度改变包含有声粒子的水平振速分量，水平测温梁的温度改变包含有声粒子的竖直振速分量；竖直测温梁和水平测温梁分别通过各自的电极将分别包含有水平振速分量和竖直振速分量的温度信号传输至信号处理电路对应的通道，将温度信号转化为电压信号，得到声粒子的振幅和频率，进一步根据两个全正交的水平振速分量和竖直振速分量得到声波的传输方向。

2.如权利要求1所述的二维热式声矢量传感器芯片，其特征在于，在支架式中，在衬底的边缘设置两组互相垂直的支撑框架，每组支撑框架包括一个或两个支撑框架，每一组中的两个支撑框架的中心轴位于同一条直线上，从而在一个流道方向集成两个单轴热式声矢量传感器，保证两个敏感轴的声中心在同一点。

3.如权利要求2所述的二维热式声矢量传感器芯片，其特征在于，在支架式中，支撑框架的形式采用由多个边框围成的内部穿透的中空结构，或者采用凹槽的形式，凹槽只包括一组相对的侧壁。

4.如权利要求1所述的二维热式声矢量传感器芯片，其特征在于，在镂空式中，在衬底的中心形成两组互相垂直的竖直流道和水平流道，每一组竖直流道和水平流道包括一个或两个流道，同一组中的两个流道位于同一条直线上，在一个流道方向集成两个单轴热式声矢量传感器，保证两个敏感轴的声中心在同一点。

5.如权利要求4所述的二维热式声矢量传感器芯片，其特征在于，在镂空式中，流道的形式采用将衬底的中心穿透从而形成内部中空且具有边缘的形式，或者采用在衬底的表面形成凹槽，凹槽沿流道方向的两端打穿衬底的侧壁。

6.如权利要求1所述的二维热式声矢量传感器芯片，其特征在于，所述热式声矢量传感器至流道的边缘的距离大于10倍声粒子的振动范围。

7.如权利要求1所述的二维热式声矢量传感器芯片，其特征在于，所述热式声矢量传感器的工作温度大于100℃且小于500℃。

8.一种如权利要求1所述的二维热式声矢量传感器芯片的实现方法，其特征在于，所述实现方法包括以下步骤：

一.芯片制备：

a)支架式

i.在衬底的边缘设置两组互相垂直的支撑框架，分别为竖直支撑框架和水平支撑框架，竖直支撑框架和水平支撑框架均内部中空；

ii.在竖直支撑框架沿水平方向没有衬底阻挡，从而在竖直支撑框架的内部中空的区域形成水平流道，即流道的方向为水平方向，在水平支撑框架沿竖直方向没有衬底阻挡，从而在水平支撑框架的内部中空的区域形成竖直流道，即流道的方向为竖直方向，从而形成两个方向互相垂直的流道；

iii.在水平流道中设置单轴的水平热式声矢量传感器，使水平热式声矢量传感器中梁的长度方向与流道方向垂直，以此保证水平热式声矢量传感器的敏感方向与所在的水平流道平行即为水平方向，水平热式声矢量传感器包括至少一根竖直测温梁和至少一根竖直加热梁，即测温梁和加热梁的方向沿竖直方向，竖直测温梁和竖直加热梁的两端架设在竖直支撑框架上；

iv.在竖直流道中设置单轴的竖直热式声矢量传感器，使竖直热式声矢量传感器中梁的长度方向与流道方向垂直，以此保证竖直热式声矢量传感器的敏感方向与所在的竖直流道平行即为竖直方向，竖直热式声矢量传感器包括至少一根水平测温梁和至少一根水平加热梁，即测温梁和加热梁的方向沿水平方向，水平测温梁和水平加热梁的两端架设在水平支撑框架上；

v.在衬底上设置多个电极，每一根测温梁和加热梁分别对应一个电极，竖直测温梁和水平测温梁通过相应的电极分别连接至外部的信号处理电路的两个不同通道，加热梁分别通过相应的电极连接至外部的加热电路；

b)镂空式

i.对衬底的中心进行镂空处理，形成两组互相垂直的竖直流道和水平流道，竖直流道即流道的方向为竖直方向，水平流道即流道的方向为水平方向；

ii.在竖直流道中设置单轴的竖直热式声矢量传感器，使竖直热式声矢量传感器中梁的长度方向与所在的竖直流道方向垂直，以此保证竖直热式声矢量传感器的敏感方向与所在的竖直流道平行即为竖直方向，竖直热式声矢量传感器包括至少一根水平测温梁和至少一根水平加热梁，即测温梁和加热梁的方向沿水平方向，水平测温梁和水平加热梁的两端架设在竖直流道的边缘上；

iii.在水平流道中设置单轴的水平热式声矢量传感器，使水平热式声矢量传感器中梁的长度方向与所在的水平流道方向垂直，以此保证水平热式声矢量传感器的敏感方向与所在的水平流道平行即为水平方向，水平热式声矢量传感器包括至少一根竖直测温梁和至少一根竖直加热梁，即测温梁和加热梁的方向沿竖直方向，竖直测温梁和竖直加热梁的两端架设在水平流道的边缘上；

iv.在衬底上设置多个电极，每一根测温梁和加热梁分别对应一个电极，竖直测温梁和水平测温梁通过相应的电极连接至外部的信号处理电路的两个不同通道，加热梁分别通过相应的电极连接至外部的加热电路；

二.探测前准备：

通过外部的加热电路对竖直加热梁和水平加热梁施加电流，对所处的水平流道和竖直流道加热，使得温度位于热式声矢量传感器的工作温度；

三.声波探测：

1)当有声波到达水平流道和竖直流道中时，水平流道和竖直流道内的流体中的声粒子在水平流道和竖直流道中振动，在声粒子的振动范围内，没有衬底阻挡，不会对声粒子运动的轨迹造成畸变；

2)声粒子在水平流道和竖直流道中的振动，能够改变竖直测温梁和水平测温梁周围的温度分布，只有垂直于测温梁的振动会产生温度改变，因此竖直测温梁的温度改变包含有声粒子的水平振速分量，水平测温梁的温度改变包含有声粒子的竖直振速分量；

3)竖直测温梁和水平测温梁分别通过各自的电极将分别包含有水平振速分量和竖直振速分量的温度信号传输至信号处理电路对应的通道，将温度信号转化为电压信号，得到声粒子的振幅和频率；

4)进一步信号处理电路根据两个全正交的水平振速分量和竖直振速分量得到声波的传输方向。

9.如权利要求8所述的实现方法，其特征在于，在步骤二，热式声矢量传感器的工作温度大于100℃且小于500℃。

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