CN116773455A - 双谐振传感器装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种双谐振传感器装置和方法。包括声学谐振器和机械谐振器，声学谐振器包括绝缘层、声学基底层和电路板层；机械谐振器包括机械谐振膜和检测电极；声学谐振腔获取声波信号并对声波信号进行增强，得到声波增强信号，声学谐振腔是由绝缘层、声学基底层和电路板层中设置的通孔构成的；机械谐振膜设置在声学谐振腔上，响应于声波增强信号上下振动，生成振动结果；检测电极设置在机械谐振膜外侧，将振动结果转换为电信号结果，机械谐振膜的尺寸与检测电极的尺寸组成第一尺寸；声学谐振腔的尺寸与第一尺寸吻合，轴线重合；声学谐振器的声学谐振频率，与机械谐振器的机械谐振频率相等。采用本装置提升了对声波信号检测的灵敏度和准确度。

Description

双谐振传感器装置和方法

技术领域

本申请涉及传感器技术领域，特别是涉及一种双谐振传感器装置和方法。

背景技术

光声光谱气体检测是一种非侵入性的气体检测技术，它将红外激光束照射在样品气体分子上，当激光通过被检测气体时，会被吸收，并迅速转化成热能，导致样品中局部温度的瞬间升高，形成声波信号。随后，利用声波信号的幅度来确定气体中化合物的类型和浓度，在环境监测、工业安全、医学诊断等领域得到了广泛的应用。

光声池和声学传感器是光声光谱检测技术的核心组件，光声池一般设计成声学谐振腔，一般采用石英音叉作为声学传感器，也称为石英增强型光声光谱，然而在光声光谱气体检测中对于声波信号探测技术的灵敏度和准确度要求很高，现有技术中的组件灵敏度、准确度不足以满足探测需求，目前，针对光声光谱检测技术中应用到的组件灵敏度较低的问题，尚未提出有效的解决方案。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种双谐振传感器装置和方法。

第一方面，本申请提供了一种双谐振传感器装置。该装置包括声学谐振器以及机械谐振器，其中，声学谐振器包括绝缘层、声学基底层以及电路板层；机械谐振器包括机械谐振膜和检测电极；

声学谐振腔，用于获取声波信号并对声波信号进行增强处理，得到声波增强信号，其中，声学谐振腔是由绝缘层、声学基底层以及电路板层中设置的通孔构成的；

机械谐振膜，设置在声学谐振腔上，用于响应于声波增强信号上下振动，并生成振动结果；

检测电极，设置在机械谐振膜外侧，用于将振动结果转换为电信号结果，其中，机械谐振膜的尺寸与检测电极的尺寸共同组成第一尺寸；

声学谐振腔的尺寸与第一尺寸相吻合，且轴线重合；声学谐振器的声学谐振频率，与机械谐振器的机械谐振频率相等。

在其中一个实施例中，绝缘层设置有第一通孔，声学基底层设置有第二通孔，电路板层设置有第三通孔，第一通孔、第二通孔与第三通孔构成声学谐振腔，且第一通孔、第二通孔与第三通孔形状相等，轴线重合。

在其中一个实施例中，机械谐振器、绝缘层以及声学基底层共同组成硅结构层。

在其中一个实施例中，声学谐振频率根据电路板层、声学基底层以及绝缘层的厚度确定。

在其中一个实施例中，检测电极包括动梳齿和静梳齿；动梳齿与静梳齿为一系列薄片状结构，动梳齿与静梳齿以相互交错形式排列，均匀分布在谐振膜四周；

静梳齿固定于声学谐振器上，谐振膜与动梳齿基于声波增强信号进行上下运动。

在其中一个实施例中，装置还包括电极固定组件与机械固定组件；

电极固定组件，与静梳齿相连，用于固定机械谐振器以及声学谐振器；

机械固定组件，用于连接机械谐振器以及声学谐振器。

在其中一个实施例中，机械谐振器还包括连接梁；连接梁，分别与谐振膜以及机械固定组件连接，用于固定谐振膜与机械固定组件的相对位置，机械谐振频率根据连接梁的长度和宽度确定。

在其中一个实施例中，机械谐振器还用于将电信号结果输入至预设的电信号处理其中进行处理，得到与电信号结果对应的分析结果。

在其中一个实施例中，声学谐振器还包括电路板层，机械谐振器还包括第一引线以及第二引线；第一引线，分别连接机械谐振器的第一信号输出点和声学谐振器的第一信号输入点，用于将获取到的第一电信号传输至电路板层；和/或，

第二引线，分别连接机械谐振器的第二信号输出点和声学谐振器的第二信号输入点，用于将获取到的第二电信号传输至电路板层，其中第一电信号以及第二电信号是根据谐振膜的上下运动而改变的动梳齿与静梳齿之间的相对面积，最终导致电容变化而产生的，电信号结果包括第一电信号以及第二电信号。

第二方面，本申请还提供了一种双谐振传感器的方法。该方法包括：

获取预设的工作频率；

根据工作频率调节预设的声学谐振器中的声学谐振频率，其中，声学谐振器是由绝缘层、声学基底层以及电路板层构成的；绝缘层、声学基底层以及电路板层中设置的通孔构成了声学谐振腔；

根据工作频率调节预设的机械谐振器的机械谐振频率，其中，机械谐振器还包括覆盖于声学谐振腔上的机械谐振膜，以及设置在机械谐振膜外侧的检测电极，机械谐振膜的尺寸以及检测电极的尺寸共同组成第一尺寸；

声学谐振腔的尺寸与第一尺寸相吻合，且轴线重合；机械谐振频率、声学谐振频率分别于工作频率相等。

上述双谐振传感器装置和方法，先通过声学谐振器中的声学谐振腔获取声波信号并增强，将该声波增强信号传送至机械谐振器的机械谐振膜上，该机械谐振膜响应于该声波增强信号进行上下振动，生成振动结果；其次，机械谐振器上的检测电极将振动结果转换为电信号结果，声学谐振器再基于该电信号结果进行分析处理，得到目标信号，最后需要说明的是，声学谐振腔横截面的尺寸，与检测电极的尺寸以及机械谐振膜的尺寸共同组成的第一尺寸相吻合且轴线重合，该机械谐振器的机械谐振频率与声学谐振器的声学谐振频率相等。本申请通过声学谐振器以及机械谐振器的结构设计，以及声学谐振频率与机械谐振频率相等，实现了对于获取到的声波信号进行两级谐振增强，大幅提升了传感器的灵敏度，进一步地，将获取到的精确的声波信号转换为电信号，也有利于后续与其他处理设备联动，便于对声波信号进行分析或其他处理。

附图说明

图1为一个实施例中双谐振传感器装置的结构框图；

图2为一个实施例中双谐振传感器装置的结构剖面图；

图3为一个实施例中双谐振传感器装置的结构示意图；

图4为另一个实施例中双谐振传感器装置的结构示意图；

图5为一个实施例中双谐振传感器的方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种双谐振传感器装置，图1为根据本申请实施例中的双谐振传感器装置的结构框图，包括声学谐振器110以及机械谐振器120，其中，声学谐振器110包括绝缘层111、声学基底层112以及电路板层113；机械谐振器120包括机械谐振膜121和检测电极122；

声学谐振腔，用于获取声波信号并对声波信号进行增强处理，得到声波增强信号，其中，声学谐振腔是由绝缘层111、声学基底层112以及电路板层113中设置的通孔构成的。

其中，声学谐振器110中的声学谐振腔在获取到声波信号后可以基于预设的声学谐振频率对声波信号进行谐振增强，将谐振增强后的结果传输至机械谐振器120。上述绝缘层111、声学基底层112与电路板层113可以按照由上至下的顺序堆叠起来，绝缘层111位于机械谐振器120与声学基底层112之间，可以为二氧化硅材料，用于使得机械谐振器120与声学基底层112绝缘，其形状取决于声学谐振器110以及机械谐振器120的形状，可以为环形；声学基底层112一般位于绝缘层111下方，用以支撑机械谐振器120和绝缘层111，可以为硅材料；上述电路板层113可以为印刷电路板，一般与声学基底层112相连，声学基底层112和电路板层113可以通过粘接或焊接等方式固定在一起，优选的，电路板层113上可以设计定位装置，用以保证电路板层113的通孔和声学基底层112的通孔同轴。

机械谐振膜121，设置在声学谐振腔上，用于响应于声波增强信号上下振动，并生成振动结果。

其中，机械谐振器120中的机械谐振膜121基于该声波信号进行振动，机械谐振膜121的面积越大，接收到的压力越大，对于声波探测的灵敏度就越高。上述振动结果是基于机械谐振膜121上下振动产生的，可以通过该振动结果来反映获取到的声波信号。

检测电极122，设置在机械谐振膜121外侧，用于将振动结果转换为电信号结果，其中，机械谐振膜121的尺寸与检测电极122的尺寸共同组成第一尺寸。

其中，基于该检测电极122可以将振动结果转换为电信号结果，该检测电极122与机械谐振膜121位于同一平面，进一步地，检测电极122与机械谐振膜121可以为同轴结构，机械谐振膜121也可以为圆盘形或多边形的结构，则与机械谐振膜121对应的，检测电极122为分布在机械谐振膜121外侧的环形结构，第一尺寸则指检测电极122的尺寸和机械谐振膜121尺寸之和。需要补充说明的是，检测电极122设置在机械谐振膜121外侧是指，检测电极122分布在机械谐振膜121四周，且检测电极122与机械谐振膜121相衔接。

声学谐振腔的尺寸与第一尺寸相吻合，且轴线重合；声学谐振器110的声学谐振频率，与机械谐振器120的机械谐振频率相等。

其中需要说明的是，本申请中声学谐振腔的谐振频率与机械谐振器120的谐振频率相等，且等于用户预设的工作频率。上述机械谐振膜121与检测电极122覆盖于声学谐振腔上方，且机械谐振膜121的面积和检测电极122的面积之和，与声学谐振腔的横截面相等，该机械谐振膜121和检测电极122可以近似认为是声学谐振腔的硬边界。上述声学谐振腔的尺寸和第一尺寸相吻合，即为二者大小相等、形状相同且轴线重合，其中，上述第一尺寸为检测电极122的尺寸和机械谐振膜121的尺寸之和。

通过上述声学谐振器110以及机械谐振器120可知，上述谐振腔与机械谐振膜121共同组成的两级谐振系统，可以根据用户的需要对获取到的声波信号进行两级谐振增强，以大幅提升系统的灵敏度以及准确度；进一步地，检测电极122的引入可以将准确的声波信号转换为对应的电信号结果，该电信号结果可以更为直观的展示出声波信号携带的信息，也便于后续步骤的处理和分析。

在一个实施例中，如图2以及图3所示，绝缘层111设置有第一通孔，声学基底层112设置有第二通孔，电路板层113设置有第三通孔，第一通孔、第二通孔与第三通孔构成声学谐振腔，且第一通孔、第二通孔与第三通孔形状相等，轴线重合。

具体地，图2为本申请装置的结构剖面图，图3为本申请装置的结构示意图。上述第一通孔、第二通孔以及第三通孔共同组成了声学谐振腔，即声学谐振腔的厚度等于绝缘层111、声学基底层112以及电路板层113的厚度的总和。该绝缘层111、声学基底层112以及电路板层113的厚度可以定制，一般的，绝缘层111的厚度在5μm以内，声学基底层112的厚度为数百微米，电路板层113的厚度一般在0.5~10mm之间，因此声学谐振腔的长度一般为1~10mm之间。进一步地，绝缘层111分别连接于声学基底层112和机械谐振器120，用于对二者进行绝缘处理，实际应用中，绝缘层111形状可以选择设置为与机械谐振器120相等。由此可知，通过上述三个通孔可以共同组成声学谐振腔，且同时，声学基底层112、绝缘层111以及电路板层113等不同的组件在组成声学谐振腔的基础上可以分别起到绝缘、支撑其他组件等不同的作用，最大化的减小了体积的冗余。

在一个实施例中，机械谐振器、绝缘层以及声学基底层共同组成硅结构层。

具体地，上述机械谐振器、绝缘层以及声学基底层在实际应用中可以使用同一块SOI硅片（绝缘体硅片），即本申请中的装置可以由该硅结构层以及电路板层共同组成，这极大地降低了制造成本和工艺的复杂度，现有技术中，声学谐振器和机械谐振器基本上是独立的器件，从而会出现系统集成度低，体积较大的问题，尤其是声学谐振器的尺寸可达数十厘米，从而导致在实际应用中造成很大不便，由此可知，本申请中的装置采用的是硅结构层与电路板堆栈的结构，在毫米级的尺寸上实现了机械谐振器与声学谐振腔的两级谐振增强，在大幅提升系统灵敏度的同时，极大地降低了系统体积，其中，该硅结构层在实际应用中可以使用硅基芯片。

在一个实施例中，声学谐振频率根据电路板层、声学基底层以及绝缘层的厚度确定。

具体地，在实际应用中，用户可以根据实际需要设计声学谐振腔的厚度，以得到需要的声学谐振频率，其中，对于声学谐振腔厚度的设计可以通过调节电路板层、声学基底层以及绝缘层的厚度实现，声学谐振腔的一阶谐振频率可以按照如下公式进行估算：f≈0.25c/（L+0.3D），其中，c为空气中的声速，约为340m/s，L为声学谐振腔的长度，D为谐振腔的直径，一般D=1~2mm，对于D=1mm，L=1~10mm的谐振腔，谐振频率的范围大约是8~65kHz，该声学谐振频率与用户需要的谐振器工作频率一致，一般情况下，由于考虑到绝缘层的厚度一般只有几微米，声学基底层的厚度一般为几百微米，可调节的范围很小，且考虑到若为上述电路板层与硅结构层堆栈的结构，则绝缘层、声学基底层的厚度是固定的，很难再加工调节，因此一般可以选择调节电路板的厚度。由此可知，在实际操作中，用户可以简单快速的通过设计电路板层或电路板层、声学基底层以及绝缘层的厚度来得到需要的声学谐振频率，当声学谐振腔的谐振频率与用户需要的工作谐振频率相等时，可以得到对于声波信号增强效果最好的一级谐振增强，来大幅提升传感器的灵敏度。

在一个实施例中，检测电极包括动梳齿和静梳齿；动梳齿与静梳齿为一系列薄片状结构，动梳齿与静梳齿以相互交错形式排列，均匀分布在谐振膜四周；静梳齿固定于声学谐振器上，谐振膜与动梳齿基于声波增强信号进行上下运动。

具体地，上述动梳齿和静梳齿为薄片状结构，相互交错且分布均匀，这种梳齿式的电极设计可以有效地提升检测电极之间的有效正对面积，降低电极间距，从而提升电容检测灵敏度，优选的，动梳齿和静梳齿之间的间隙可以小于5μm。由此可知，本申请中的检测电极通过提升有效正对面积大小的方法极大程度的提升了电信号检测的灵敏度，以便准确地将声波信号转换为电信号结果。

在一个实施例中，如图4所示，为一个实施例中机械谐振器的结构示意图，本装置还包括电极固定组件与机械固定组件；电极固定组件，与静梳齿相连，用于固定机械谐振器以及声学谐振器；

机械固定组件41，用于连接机械谐振器以及声学谐振器。

具体地，如图4所示，机械谐振器包括机械固定组件41、连接梁42、机械谐振膜43、动梳齿44、静梳齿45以及电极固定组件46，电极固定组件46直接与静梳齿45相连，用于传输基于静梳齿45获取到的第一电信号，机械固定组件41与预设的连接梁42相连，连接梁42分别连接机械固定组件41以及机械谐振膜43，机械谐振膜43上设置有动梳齿44，由图可知，机械固定组件41以及电极固定组件46共同组成一个圆环状，该圆环可以与绝缘层的圆环尺寸相等，且上述机械固定组件41、电极固定组件46、连接梁42、动梳齿44、静梳齿45以及机械谐振膜43位于同一平面内。由此可知，本申请通过动梳齿44以及静梳齿45实现了基于获取到的声波信号，通过电容检测的方式得到与之对应的电信号结果从而可以便捷的得到需要的电信号结果，并且摒弃了繁杂的结构，保证本装置的结构体积尽可能的小，进一步地，通过动静梳齿生成对应于声波信号的电信号结果，可以在保证较高准确率的基础上极大程度上减小了装置所需的体积。

在一个实施例中，机械谐振器还包括连接梁；连接梁，分别与谐振膜以及机械固定组件连接，用于固定谐振膜与机械固定组件的相对位置，机械谐振频率根据连接梁的长度和宽度确定。

具体地，可以通过连接梁的长度和宽度来得到用户需要的机械谐振频率，连接梁属于悬臂梁，主要作用是固定谐振膜以及机械固定组件的相对位置以及调控机械谐振器的谐振频率。由此可知，用户可以根据实际需要在设计阶段灵活设计需要的连接梁长度和宽度，以保证机械谐振频率等于用户需要的工作频率，这样可以得到对于声波信号增强效果最好的二级谐振增强，来大幅提升传感器的灵敏度。

在一个实施例中，机械谐振器还用于将电信号结果输入至预设的电信号处理器中进行处理，得到与电信号结果对应的分析结果。

其中，机械谐振器转换得到的电信号结果既可以通过引线直接连接至上述电路板层，通过电路板层对该电信号结果进行分析处理，也可以通过引线连接至预设的本装置之外的电信号处理器中进行处理，该处理器可以为其他独立的电路板或芯片等设备。用户可以根据实际需要对电信号结果进行分析处理，若将电信号结果直接连接至电路板层进行处理，则可以使得本申请装置的集成度更高，使装置的体积更小，若将电信号结果连接至其他的预设设备进行处理，则可以更灵活的根据实际情况选择合适的处理设备。

在一个实施例中，机械谐振器还包括第一引线以及第二引线；第一引线，分别连接机械谐振器的第一信号输出点和声学谐振器的第一信号输入点，用于将获取到的第一电信号传输至电路板层；和/或，

第二引线，分别连接机械谐振器的第二信号输出点和声学谐振器的第二信号输入点，用于将获取到的第二电信号传输至电路板层，其中，第一电信号以及第二电信号是根据谐振膜的上下运动而改变的动梳齿与静梳齿之间的相对面积，最终导致电容变化而产生的，电信号结果包括第一电信号以及第二电信号。

具体地，上述第一信号输出点位于机械谐振器中的谐振膜锚点上，上述第一信号输入点位于声学谐振器中的电路板层锚点上，上述第二信号输出点位于机械谐振器中的梳齿锚点上，上述第二信号输入点位于声学谐振器中的电路板层锚点上；进一步地，为了避免引线直接连接到谐振膜以及动静梳齿上影响该谐振膜以及动静梳齿的振动，可以将上述设置有第一信号输出点以及第二信号输出点的锚点设置为机械谐振膜外延的固定位置，即，第一引线、第二引线均为分别连接至机械谐振器中位于固定位置上的输出点，以及声学谐振器中的位于电路板层上的输入点，优选的，该固定的位置可以设置为上述机械固定组件以及电极固定组件。其中第一电信号以及第二电信号共同组成电信号结果，第一电信号以及第二电信号之间的电容等于静梳齿以及动梳齿之间的电容。通过声波信号对信号加强区的激励，导致动梳齿、机械谐振膜以及预设的连接梁会上下振动，从而改变动梳齿以及静梳齿之间的相对面积，最终导致电容的变化，因此可以采用电容检测的方式得到电信号结果。进一步地，获取到的第一电信号以及第二电信号需要后续通过计算机或电路板等设备进行分析和处理，来得到声波信号携带的信息，对于第一电信号以及第二电信号的处理可以通过声学谐振器中的电路板层实现，也可以通过本装置以外的用户预设的其他装置实现，优选的，本申请使用声学谐振器中的电路板层来对获取到的电信号进行处理和分析，这样可以最大化的集成系统元件，使得装置的体积尽可能的小。

本实施例还提供了一种双谐振传感器装置的具体实施例。

首先，声学谐振器的电路板层获取到声波信号，声波信号通过电路板层、声学基底层以及绝缘层构成的声学谐振腔，实现一级谐振增强，而后将增强后的声波信号传输至机械谐振器，机械谐振器中的机械谐振膜基于该声波信号上下振动，实现对于声波信号的二级谐振增强，并基于信号加强区中的动梳齿以及静梳齿实现将声波信号转换为电信号，后续再根据实际应用与其他设备联动，完成对于声波信号携带的信息的处理和分析，其中，机械谐振膜面积一般较大，面积越大接收到的压力就越大，对于声波探测的灵敏度就越高。上述机械谐振器和声学谐振器的谐振频率相等，且等于用户需要的工作频率，考虑到在本装置生产完成后就很难再调整其尺寸参数，因此一般会先根据目标应用场景计算机械谐振器的谐振频率以及声学谐振器的谐振频率；而后调节机械谐振器的尺寸，主要调节连接梁和谐振膜的尺寸，通过调节连接梁的尺寸可以使得机械谐振频率等于预设的工作频率，使谐振膜的面积尽可能的大，以得到较高的灵敏度；最后调节声学谐振腔的长度，一般在实际情况中会通过调节电路板层的厚度来实现，使得声学谐振器的谐振频率等于预设的工作频率。

综上，使机械谐振器的谐振频率和声学谐振腔的谐振频率等于预设的工作频率，可以使得传感器工作在双谐振状态，在毫米级的尺寸上实现机械谐振器与声学谐振腔的两级谐振增强，大幅度的提升传感器的灵敏度，进一步地，通过极高程度的集成本系统所需的元件，可以大幅减低相关领域现有技术中的装置的体积，使得本申请中的装置可以灵活应用在更多的场景中，大幅节约了装置开发以及生产的成本。

上述双谐振传感器装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的双谐振传感器的方法。该方法所提供的解决问题的实现方案与上述系统中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个双谐振传感器的方法实施例中的具体限定可以参见上文中对于双谐振传感器装置的限定，在此不再赘述。

在一个实施例中，还提供了一种双谐振传感器的方法，如图5所示，图5为一种双谐振传感器方法流程示意图：

步骤S501，获取预设的工作频率。

步骤S502，根据所述工作频率调节预设的声学谐振器的声学谐振频率，其中，所述声学谐振器是由声学谐振腔、绝缘层、声学基底层以及电路板层构成的；所述绝缘层、所述声学基底层以及所述电路板层中设置的通孔构成了声学谐振腔。

具体地，上述绝缘层、声学基底层与电路板层可以按照由上至下的顺序堆叠起来，且进一步地，在实际应用中为了使得本装置所占的体积尽可能的小，可以使用硅基芯片和电路板堆栈的结构，即硅基芯片上包括有机械谐振器、绝缘层、声学基底层，以在毫米级的尺寸上实现机械谐振器与声学谐振腔的两级谐振增强。绝缘层、声学基底层以及电路板层中设置有通孔，该通孔构成了声学谐振腔。

步骤S503，根据所述工作频率调节预设的机械谐振器的机械谐振频率，其中，所述机械谐振器还包括覆盖于所述声学谐振腔上的机械谐振膜，以及设置在所述机械谐振膜外侧的检测电极，所述机械谐振膜的尺寸以及所述检测电极的尺寸共同组成第一尺寸；

具体地，考虑到机械谐振器的形状复杂，难以手动计算组成机械谐振器的各个模块的尺寸，因而可以通过有限元仿真软件进行辅助设计。上述机械谐振膜覆盖于声学谐振腔之上，机械谐振膜的面积越大，接收到的声学谐振腔传来的压力就越大，声波探测的灵敏度就更高。上述检测电极均匀分布在机械谐振膜的外侧，且检测电极与机械谐振膜位于同一平面。

所述声学谐振腔的尺寸与所述第一尺寸相吻合，且轴线重合；所述机械谐振频率、所述声学谐振频率分别与所述工作频率相等。

具体地，声学谐振腔的横截面积与第一尺寸相吻合，即声学谐振腔的横截面积，与机械谐振膜和检测电极共同组成的结构的面积相等，且轴线重合，在实际应用中，可以选择将声学谐振腔、机械谐振膜的形状设置为圆形，相应的，检测电极的形状基于机械谐振膜的形状可以设置为环形结构。通过调整声学谐振器和机械谐振器中不同结构的尺寸，可以使得机械谐振频率等于声学谐振频率也等于预设的工作频率，通过上述方法，构成了双谐振结构实现了对于获取到的声波信号进行两级谐振增强，大幅提升了信号获取的灵敏度和准确度，进一步地，通过与机械谐振膜相连的检测电极，可以高效准确地将振动结果转换为电信号结果，便于相关人员进行后续的数据分析和处理。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器（ReRAM）、磁变存储器（Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM）、铁电存储器（Ferroelectric Random Access Memory，FRAM）、相变存储器（Phase Change Memory，PCM）、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器（Static Random AccessMemory，SRAM）或动态随机存取存储器（Dynamic RandomAccess Memory，DRAM）等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种双谐振传感器装置，其特征在于，所述装置包括声学谐振器以及机械谐振器，其中，所述声学谐振器包括绝缘层、声学基底层以及电路板层；所述机械谐振器包括机械谐振膜和检测电极；

声学谐振腔，用于获取声波信号并对所述声波信号进行增强处理，得到声波增强信号，其中，所述声学谐振腔是由所述绝缘层、所述声学基底层以及所述电路板层中设置的通孔构成的；

所述机械谐振膜，设置在所述声学谐振腔上，用于响应于所述声波增强信号上下振动，并生成振动结果；

所述检测电极，设置在所述机械谐振膜外侧，用于将所述振动结果转换为电信号结果，其中，所述机械谐振膜的尺寸与所述检测电极的尺寸共同组成第一尺寸；

所述声学谐振腔的尺寸与所述第一尺寸相吻合，且轴线重合；所述声学谐振器的声学谐振频率，与所述机械谐振器的机械谐振频率相等。

2.根据权利要求1所述的双谐振传感器装置，其特征在于，所述绝缘层设置有第一通孔，所述声学基底层设置有第二通孔，所述电路板层设置有第三通孔，所述第一通孔、所述第二通孔与所述第三通孔构成所述声学谐振腔，且所述第一通孔、所述第二通孔与所述第三通孔形状相等，轴线重合。

3.根据权利要求1所述的双谐振传感器装置，其特征在于，所述机械谐振器、所述绝缘层以及所述声学基底层共同组成硅结构层。

4.根据权利要求1所述的双谐振传感器装置，其特征在于，所述声学谐振频率根据所述电路板层、所述声学基底层以及所述绝缘层的厚度确定。

5.根据权利要求1所述的双谐振传感器装置，其特征在于，所述检测电极包括动梳齿和静梳齿；

所述动梳齿与所述静梳齿为一系列薄片状结构，所述动梳齿与所述静梳齿以相互交错形式排列，均匀分布在所述机械谐振膜四周；

所述静梳齿固定于所述声学谐振器上，所述谐振膜与所述动梳齿基于所述声波增强信号进行上下运动。

6.根据权利要求5所述的双谐振传感器装置，其特征在于，所述装置还包括电极固定组件与机械固定组件；

所述电极固定组件，与所述静梳齿相连，用于固定所述机械谐振器以及所述声学谐振器；

所述机械固定组件，用于连接所述机械谐振器以及所述声学谐振器。

7.根据权利要求6所述的双谐振传感器装置，其特征在于，所述机械谐振器还包括连接梁；

所述连接梁，分别与所述谐振膜以及所述机械固定组件连接，用于固定所述谐振膜与所述机械固定组件的相对位置，所述机械谐振频率根据所述连接梁的长度和宽度确定。

8.根据权利要求5所述的双谐振传感器装置，其特征在于，所述机械谐振器还用于将所述电信号结果输入至预设的电信号处理器中进行处理，得到与所述电信号结果对应的分析结果。

9.根据权利要求8所述的双谐振传感器装置，其特征在于，所述机械谐振器还包括第一引线以及第二引线；

所述第一引线，分别连接所述机械谐振器的第一信号输出点和所述声学谐振器的第一信号输入点，用于将获取到的第一电信号传输至所述电路板层；和/或，

所述第二引线，分别连接所述机械谐振器的第二信号输出点和所述声学谐振器的第二信号输入点，用于将获取到的第二电信号传输至所述电路板层，其中，所述第一电信号以及所述第二电信号是根据所述谐振膜的上下运动而改变的所述动梳齿与所述静梳齿之间的相对面积，最终导致电容变化而产生的，所述电信号结果包括所述第一电信号以及所述第二电信号。

10.一种双谐振传感器的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取预设的工作频率；

根据所述工作频率调节预设的声学谐振器的声学谐振频率，其中，所述声学谐振器是由声学谐振腔、绝缘层、声学基底层以及电路板层构成的；所述绝缘层、所述声学基底层以及所述电路板层中设置的通孔构成了声学谐振腔；

根据所述工作频率调节预设的机械谐振器的机械谐振频率，其中，所述机械谐振器还包括覆盖于所述声学谐振腔上的机械谐振膜，以及设置在所述机械谐振膜外侧的检测电极，所述机械谐振膜的尺寸以及所述检测电极的尺寸共同组成第一尺寸；

所述声学谐振腔的尺寸与所述第一尺寸相吻合，且轴线重合；所述机械谐振频率、所述声学谐振频率分别与所述工作频率相等。