本发明公开了一种抑制振动干扰的热式声矢量传感器及其实现方法。本发明在加热梁和两根声音敏感梁的外侧又集成两根振动敏感梁，作为振动信号的敏感结构，形成五线式结构；声音敏感梁距离加热梁较近，而且宽度更窄，因此截止频率较高，对高频声音信号的灵敏度更大；相反，振动敏感梁距离加热梁较远，而且宽度更宽，因此截止频率较低，对低频振动信号灵敏度更大；利用不同间距的声音敏感梁和振动敏感梁对声音和振动信号灵敏度不同的特点，将输出信号进行差分运算，完成对干扰的振动信号解耦；本发明抑制了热式声矢量传感器工作环境中可能存在的振动干扰的问题，输出信号已经没有振动信号，振动干扰对热式声矢量传感器的输出灵敏度影响很小。
1.一种抑制振动干扰的热式声矢量传感器，其特征在于，所述热式声矢量传感器包括：衬底、加热梁、声音敏感梁、振动敏感梁、电极和背腔；其中，在衬底上形成镂空的背腔；在背腔上设置加热梁，加热梁的两端架在背腔边缘的衬底上；在加热梁的两侧分别对称设置完全相同且与加热梁互相平行的声音敏感梁，两根声音敏感梁之间的距离为dm，声音敏感梁的宽度为wm；在两根声音敏感梁的两侧分别对称设置完全相同且互相平行的振动敏感梁，两根振动敏感梁之间的距离为dv，振动敏感梁的宽度为wv；在衬底上设置多个电极，每一根加热梁、声音敏感梁和振动敏感梁分别对应一个电极；加热梁通过对应的电极连接至外部的加热电路；声音敏感梁通过对应的电极连接至外部的声音信号处理电路；振动敏感梁通过对应的电极连接至外部的振动信号处理电路；声音信号处理电路经第一放大电路连接至总信号差分电路，振动信号处理电路经第二放大电路连接至总信号差分电路；
对于声音信号而言，声音敏感梁和振动敏感梁结构对声音信号的响应具有二阶低通滤波器的频响特性；
声音敏感梁的第一截止频率fm1与两根声音敏感梁之间的距离dm有关：声音敏感梁的第二截止频率fm2与声音敏感梁的宽度wm有关：
其中，D为热式声矢量传感器所处环境的介质的热扩散系数，hm为声音敏感梁的厚度，ρ为介质的密度，cp为介质的热容，ρm和cpm分别为声音敏感梁的密度和热容；
振动敏感梁的第一截止频率fv1与两根振动敏感梁之间的距离dv有关：振动敏感梁的第二截止频率fv2与振动敏感梁的宽度为wv有关：
其中，hv为振动敏感梁的厚度，ρv和cpv分别为振动敏感梁的密度和热容；
对于振动信号而言，加速度是衡量振动信号大小的物理量，而声音敏感梁和振动敏感梁结构对振动信号的灵敏度即对加速度的响应与瑞利数成正比；
其中，a是热式声矢量传感器的安装平台的加速度，β是介质的热膨胀系数，T‑T0是加热梁与外腔的温度差，k为介质的导热系数，μ为介质的动力粘度；
其中，a是热式声矢量传感器的安装平台的加速度，β是介质的热膨胀系数，T‑T0是加热梁与外腔的温度差；
根据第一截止频率和第二截止频率以及瑞利数的关系，设定两根声音敏感梁之间的距离dm、声音敏感梁的宽度wm、两根振动敏感梁之间的距离dv和振动敏感梁的宽度为wv，使得声音敏感梁的第一截止频率fm1和第二截止频率fm2大于振动敏感梁的第一截止频率fv1和第v二截止频率fv2，且 同时振动敏感梁的瑞利数Ra大于声音敏感梁的瑞利数m
Ra ，且满足 从而声音敏感梁对声音比对振动具有更高的灵敏度并且振动敏感梁对振动比声音具有更高的灵敏度；
在声音测量前，分别校准得到声音敏感梁对振动信号的灵敏度Smv和振动敏感梁对振动信号灵敏度Svv；外部的加热电路对加热梁进行加热；测量时，声音信号处理电路采集一对声音敏感梁感受到的声音信号和振动信号，分别进行差值、滤波和放大处理后得到第一信号，传输至第一放大电路进行放大；振动信号处理电路采集一对振动敏感梁感受到的声音信号和振动信号，分别进行差值、滤波和放大处理后得到第二信号，传输至第二放大电路进行放大；第一放大电路的放大倍数/第二放大电路的放大倍数＝振动敏感梁对振动信号灵敏度Svv/声音敏感梁对振动信号的灵敏度Smv；放大后的第一信号和第二信号分别传输至总信号差分电路，总信号差分电路对第一信号与第二信号进行差分运算，得到将干扰的振动信号消除后的声音信号。
2.如权利要求1所述的热式声矢量传感器，其特征在于，所述衬底的材料采用硅、氧化硅或氮化硅。
3.如权利要求1所述的热式声矢量传感器，其特征在于，所述加热梁、声音敏感梁和振动敏感梁为多层结构，在结构支撑层上形成电阻层，其中，结构支撑层从下至上依次为氧化硅、氮化硅和氧化硅；电阻层的材料采用具有高温度电阻系数的金属中的一种。
4.如权利要求3所述的热式声矢量传感器，其特征在于，进一步包括黏附层，电阻层通过黏附层形成在结构支撑层上，所述黏附层的材料采用铬、钛、钛的氧化物或钛的氮化物。
5.如权利要求1所述的热式声矢量传感器，其特征在于，所述声音敏感梁和振动敏感梁的厚度满足100～10000nm。
6.如权利要求1所述的热式声矢量传感器，其特征在于，所述声音敏感梁的第一截止频率fm1和第二截止频率fm2满足：fm1在500～1000Hz之间，fm2在1000‑10000Hz之间，振动敏感梁的第一截止频率fv1和第二截止频率fv2满足：fv1在50～100Hz之间，fv1在100～1000Hz之间。
7.如权利要求1所述的热式声矢量传感器，其特征在于，所述振动敏感梁的瑞利数Ra 和m ‑2 v 2 ‑3 m声音敏感梁的瑞利数Ra满足：10
8.一种如权利要求1所述的抑制振动干扰的热式声矢量传感器的实现方法，其特征在于，所述实现方法包括以下步骤：
在衬底上形成镂空的背腔；在背腔上设置加热梁，加热梁的两端架在背腔边缘的衬底上；在加热梁的两侧分别对称设置完全相同且与加热梁互相平行的声音敏感梁，两根声音敏感梁之间的距离为dm，声音敏感梁的宽度为wm；在两根声音敏感梁的两侧分别对称设置完全相同且互相平行的振动敏感梁，两根振动敏感梁之间的距离为dv，振动敏感梁的宽度为wv；在衬底上设置多个电极，每一根加热梁、声音敏感梁和振动敏感梁分别对应一个电极；
加热梁通过对应的电极连接至外部的加热电路；声音敏感梁通过对应的电极连接至外部的声音信号处理电路；振动敏感梁通过对应的电极连接至外部的振动信号处理电路；声音信号处理电路经第一放大电路连接至总信号差分电路，振动信号处理电路经第二放大电路连接至总信号差分电路；
对于声音信号而言，声音敏感梁和振动敏感梁结构对声音信号的响应具有二阶低通滤波器的频响特性；
声音敏感梁的第一截止频率fm1与两根声音敏感梁之间的距离dm有关：声音敏感梁的第二截止频率fm2与声音敏感梁的宽度wm有关：
其中，D为热式声矢量传感器所处环境的介质的热扩散系数，hm为声音敏感梁的厚度，ρ为介质的密度，cp为介质的热容，ρm和cpm分别为声音敏感梁的密度和热容；
振动敏感梁的第一截止频率fv1与两根振动敏感梁之间的距离dv有关：振动敏感梁的第二截止频率fv2与振动敏感梁的宽度为wv有关：
其中，hv为振动敏感梁的厚度，ρv和cpv分别为振动敏感梁的密度和热容；
对于振动信号而言，加速度是衡量振动信号大小的物理量，而声音敏感梁和振动敏感梁结构对振动信号的灵敏度即对加速度的响应与瑞利数成正比；
其中，a是热式声矢量传感器所处的环境的加速度，β是介质的热膨胀系数，T‑T0是加热梁与外腔的温度差，k为介质的导热系数，μ为介质的动力粘度；
其中，a是热式声矢量传感器所处的环境的加速度，β是介质的热膨胀系数，T‑T0是加热梁与外腔的温度差；
2)根据第一截止频率和第二截止频率以及瑞利数的关系，设定两根声音敏感梁之间的距离dm、声音敏感梁的宽度wm、两根振动敏感梁之间的距离dv和振动敏感梁的宽度为wv，使得声音敏感梁的第一截止频率fm1和第二截止频率fm2大于振动敏感梁的第一截止频率fv1和v第二截止频率fv2，且 同时振动敏感梁的瑞利数Ra大于声音敏感梁的瑞利m
数Ra ，且满足 从而声音敏感梁对声音比对振动具有更高的灵敏度并且振动敏感梁对振动比声音具有更高的灵敏度；
3)在声音测量前，分别校准得到声音敏感梁对振动信号的灵敏度Smv和振动敏感梁对振动信号灵敏度Svv；
5)测量时，声音信号处理电路采集一对声音敏感梁感受到的声音信号和振动信号，分别进行差值、滤波和放大处理后得到第一信号，传输至第一放大电路进行放大；振动信号处理电路采集一对振动敏感梁感受到的声音信号和振动信号，分别进行差值、滤波和放大处理后得到第二信号，传输至第二放大电路进行放大；第一放大电路的放大倍数/第二放大电路的放大倍数＝振动敏感梁对振动信号灵敏度Svv/声音敏感梁对振动信号的灵敏度Smv；
6)放大后的第一信号和第二信号分别传输至总信号差分电路，总信号差分电路对第一信号与第二信号进行差分运算，完成对干扰的振动信号解耦，得到将干扰的振动信号消除后的声音信号。
9.如权利要求8所述的实现方法，其特征在于，在步骤2)中，声音敏感梁的第一截止频率fm1和第二截止频率fm2满足：fm1在500～1000Hz之间，fm2在1000～10000Hz之间，振动敏感梁的第一截止频率fv1和第二截止频率fv2满足：fv1在50～100Hz之间，fv1在100～1000Hz之v m ‑2 v 2 ‑3 m间；振动敏感梁的瑞利数Ra和声音敏感梁的瑞利数Ra满足：10
10.如权利要求8所述的实现方法，其特征在于，在步骤4)中，外部的加热电路对加热梁加热至100℃～400℃之间。
一种抑制振动干扰的热式声矢量传感器及其实现方法
技术领域
[0001] 本发明涉及声矢量传感技术，具体涉及一种抑制振动干扰的热式声矢量传感器及其实现方法。
背景技术
[0002] 声音是通过介质粒子的振动以声波的形式在介质中传播，其中介质上受到声波扰动产生的压强变化称为声压，为标量信号；而介质粒子的振动速度的变化称为声粒子振速，为矢量信号。声矢量传感器能够测量声场中的质点位移、振速和加速度等矢量信息，可实现对声音信号大小和方向的同时测量，在噪声源定位、发动机故障检测、管道泄漏检测、声场成像等领域有重要的应用前景。
[0003] 常见的声矢量传感器工作原理有压差法、同振法、热对流法和位移法等，各种实现方法均存在一定的优缺点。热式声矢量传感器主要通过热对流法，利用声场与热场的耦合作用，将声场扰动对介质粒子的振动转换为热对流引起的温度场的变化，通过具有高电阻温度系数的敏感梁结构进行测量，得到声粒子振动的信号。因此热式声矢量传感器是对声粒子振速的直接测量，对微弱信号的灵敏度高，测量频带宽，并且不需要大体积的质量块，具有体积小、工艺简单的优势。
[0004] 目前热式声矢量传感器存在以下不足之处：基于热对流法的热式原理不仅可以用于声矢量信号的测量，还对流量、风速、加速度等信号敏感。在热式声矢量传感器的工作过程中，由于车内、发动机、管道等特殊的应用环境，会受到环境气流、平台振动的干扰，产生不必要的噪声从而影响声矢量信号的准确性。其中气流的影响可通过增加挡风罩和后续电路直流滤波等方案解决，但低频振动的干扰难以通过本身芯片结构外的封装和电路方案去除。若利用加速度计同时测量振动信号，传统的加速度计由于制造工艺的不同，很难与热式声矢量传感器进行单芯片集成。
发明内容
[0005] 为了抑制热式声矢量传感器工作环境中可能存在的振动干扰的问题，本发明提出了一种抑制振动干扰的热式声矢量传感器及其实现方法。
[0006] 热式声矢量传感器设置在安装平台上，安装平台处在具有干扰的振动信号环境中。
[0007] 本发明的一个目的在于提出一种抑制振动干扰的热式声矢量传感器。
[0008] 本发明的抑制振动干扰的热式声矢量传感器包括：衬底、加热梁、声音敏感梁、振动敏感梁、电极和背腔；其中，在衬底上形成镂空的背腔；在背腔上设置加热梁，加热梁的两端架在背腔边缘的衬底上；在加热梁的两侧分别对称设置完全相同且与加热梁互相平行的声音敏感梁，两根声音敏感梁之间的距离为dm，声音敏感梁的宽度为wm；在两根声音敏感梁的两侧分别对称设置完全相同且互相平行的振动敏感梁，两根振动敏感梁之间的距离为dv，振动敏感梁的宽度为wv；在衬底上设置多个电极，每一根加热梁、声音敏感梁和振动敏感梁分别对应一个电极；加热梁通过对应的电极连接至外部的加热电路；声音敏感梁通过对应的电极连接至外部的声音信号处理电路；振动敏感梁通过对应的电极连接至外部的振动信号处理电路；声音信号处理电路经第一放大电路连接至总信号差分电路，振动信号处理电路经第二放大电路连接至总信号差分电路；
[0009] 对于声音信号而言，声音敏感梁和振动敏感梁结构对声音信号的响应具有二阶低通滤波器的频响特性；
[0010] 声音敏感梁的第一截止频率fm1与两根声音敏感梁之间的距离dm有关：
[0011]
[0012] 声音敏感梁的第二截止频率fm2与声音敏感梁的宽度wm有关：
[0013]
[0014] 其中，D为热式声矢量传感器所处环境的介质的热扩散系数，hm为声音敏感梁的厚度，ρ为介质的密度，cp为介质的热容，ρm和cpm分别声音敏感梁的密度和热容；
[0015] 振动敏感梁的第一截止频率fv1与两根振动敏感梁之间的距离dv有关：
[0016]
[0017] 振动敏感梁的第二截止频率fv2与振动敏感梁的宽度为wv有关：
[0018]
[0019] 其中，hv为振动敏感梁的厚度，ρv和cpv分别振动敏感梁的密度和热容；
[0020] 对于振动信号而言，加速度是衡量振动信号大小的物理量，而声音敏感梁和振动敏感梁结构对振动信号的灵敏度即对加速度的响应与瑞利数成正比；
[0021] 声音敏感梁的瑞利数Ram满足：
[0022]
[0023] 其中，a是热式声矢量传感器的安装平台的加速度，β是介质的热膨胀系数，T‑T0是加热梁与外腔的温度差，k为介质的导热系数，μ为介质的动力粘度；
[0024] 振动敏感梁的瑞利数Rav满足：
[0025]
[0026] 其中，a是热式声矢量传感器的安装平台的加速度，β是介质的热膨胀系数，T‑T0是加热梁与外腔的温度差；
[0027] 根据第一和第二截止频率以及瑞利数的关系，设定两根声音敏感梁之间的距离dm、声音敏感梁的宽度wm、两根振动敏感梁之间的距离dv和振动敏感梁的宽度为wv，使得声音敏感梁的第一截止频率fm1和第二截止频率fm2大于振动敏感梁的第一截止频率fv1和第二v截止频率fv2，且 同时振动敏感梁的瑞利数Ra 大于声音敏感梁的瑞利数
m
Ra ，且满足 从而声音敏感梁对声音比对振动具有更高的灵敏度并且振动敏感梁对振动比声音具有更高的灵敏度；
[0028] 在声音测量前，分别校准得到声音敏感梁对振动信号的灵敏度Smv和振动敏感梁对振动信号灵敏度Svv；外部的加热电路对加热梁进行加热；测量时，声音信号处理电路采集一对声音敏感梁感受到的声音信号和振动信号，分别进行差值、滤波和放大处理后得到第一信号，传输至第一放大电路进行放大；振动信号处理电路采集一对振动敏感梁感受到的声音信号和振动信号，分别进行差值、滤波和放大处理后得到第二信号，传输至第二放大电路进行放大；第一放大电路的放大倍数/第二放大电路的放大倍数＝振动敏感梁对振动信号灵敏度Svv/声音敏感梁对振动信号的灵敏度Smv；放大后的第一信号和第二信号分别传输至总信号差分电路，总信号差分电路对第一信号与第二信号进行差分运算，得到将干扰的振动信号消除后的声音信号。
[0029] 声音信号处理电路包括：第一信号差分电路、第一滤波器和第一放大器。
[0030] 振动信号处理电路包括：第二信号差分电路、第二滤波器和第二放大器。
[0031] 衬底的材料采用硅、氧化硅或氮化硅。
[0032] 加热梁为多层结构，在结构支撑层上形成电阻层，其中，结构支撑层从下至上依次为氧化硅、氮化硅和氧化硅；电阻层的材料采用具有高温度电阻系数的金属中的一种，具有高温度电阻系数的金属如铂和镍等；进一步包括黏附层，黏附层的材料采用铬、钛、钛的氧化物或氮化物；电阻层通过黏附层形成在结构支撑层上，使得黏附性更好。声音敏感梁和振动敏感梁采用多层结构，在结构支撑层上形成电阻层，其中结构支撑层从下至上依次为氧化硅、氮化硅和氧化硅；电阻层的材料采用具有高温度电阻系数的金属中的一种，具有高温度电阻系数的金属如铂和镍等；进一步包括黏附层，电阻层通过黏附层形成在结构支撑层上，黏附层的材料采用铬、钛、钛的氧化物或氮化物，使得黏附性更好。
[0033] 声音敏感梁和振动敏感梁的厚度满足100～10000nm。
[0034] 外部的加热电路对加热梁加热至100℃～400℃之间，温度越高灵敏度越好，但是需要低于加热梁、声音敏感梁和振动敏感梁的材料所能承受的最高温度。
[0035] 声音敏感梁的第一截止频率fm1和第二截止频率fm2满足：fm1在500～1000Hz之间，fm2在1000‑10000Hz之间，振动敏感梁的第一截止频率fv1和第二截止频率fv2满足：fv1在50～v m100Hz之间，fv1在100～1000Hz之间。振动敏感梁的瑞利数Ra 和声音敏感梁的瑞利数Ra 满‑2 v 2 ‑3 m
足：10
[0036] 第一和第二放大电路的放大倍数包括两种特殊情况：1)第一放大电路不放大即放大倍数为1，第二放大电路的放大倍数为 2)第一放大电路的放大倍数为 第二放大电路不放大即放大倍数为1。
[0037] 本发明的另一个目的在于提出一种抑制振动干扰的热式声矢量传感器的实现方法。
[0038] 本发明的抑制振动干扰的热式声矢量传感器的实现方法，包括以下步骤：
[0039] 1)热式声矢量传感器设置：
[0040] 在衬底上形成镂空的背腔；在背腔上设置加热梁，加热梁的两端架在背腔边缘的衬底上；在加热梁的两侧分别对称设置完全相同且与加热梁互相平行的声音敏感梁，两根声音敏感梁之间的距离为dm，声音敏感梁的宽度为wm；在两根声音敏感梁的两侧分别对称设置完全相同且互相平行的振动敏感梁，两根振动敏感梁之间的距离为dv，振动敏感梁的宽度为wv；在衬底上设置多个电极，每一根加热梁、声音敏感梁和振动敏感梁分别对应一个电极；加热梁通过对应的电极连接至外部的加热电路；
[0041] 声音敏感梁通过对应的电极连接至外部的声音信号处理电路；振动敏感梁通过对应的电极连接至外部的振动信号处理电路；声音信号处理电路经第一放大电路连接至总信号差分电路，振动信号处理电路经第二放大电路连接至总信号差分电路；
[0042] 对于声音信号而言，声音敏感梁和振动敏感梁结构对声音信号的响应具有二阶低通滤波器的频响特性；
[0043] 声音敏感梁的第一截止频率fm1与两根声音敏感梁之间的距离dm有关：
[0044]
[0045] 声音敏感梁的第二截止频率fm2与声音敏感梁的宽度wm有关：
[0046]
[0047] 其中，D为热式声矢量传感器所处环境的介质的热扩散系数，hm为声音敏感梁的厚度，ρ为介质的密度，cp为介质的热容，ρm和cpm分别声音敏感梁的密度和热容；
[0048] 振动敏感梁的第一截止频率fv1与两根振动敏感梁之间的距离dv有关：
[0049]
[0050] 振动敏感梁的第二截止频率fv2与振动敏感梁的宽度为wv有关：
[0051]
[0052] 其中，hv为振动敏感梁的厚度，ρv和cpv分别振动敏感梁的密度和热容；
[0053] 对于振动信号而言，加速度是衡量振动信号大小的物理量，而声音敏感梁和振动敏感梁结构对振动信号的灵敏度即对加速度的响应与瑞利数成正比；
[0054] 声音敏感梁的瑞利数Ram满足：
[0055]
[0056] 其中，a是热式声矢量传感器的安装平台的加速度，β是介质的热膨胀系数，T‑T0是加热梁与外腔的温度差，k为介质的导热系数，μ为介质的动力粘度；
[0057] 振动敏感梁的瑞利数Rav满足：
[0058]
[0059] 其中，a是热式声矢量传感器的安装平台的加速度，β是介质的热膨胀系数，T‑T0是加热梁与外腔的温度差；
[0060] 2)根据第一和第二截止频率以及瑞利数的关系，设定两根声音敏感梁之间的距离dm、声音敏感梁的宽度wm、两根振动敏感梁之间的距离dv和振动敏感梁的宽度为wv，使得声音敏感梁的第一截止频率fm1和第二截止频率fm2大于振动敏感梁的第一截止频率fv1和第二v截止频率fv2，且 同时振动敏感梁的瑞利数Ra 大于声音敏感梁的瑞利数
m
Ra ，且满足 从而声音敏感梁对声音比对振动具有更高的灵敏度并且振动敏感梁对振动比声音具有更高的灵敏度；
[0061] 3)在声音测量前，分别校准得到声音敏感梁对振动信号的灵敏度Smv和振动敏感梁对振动信号灵敏度Svv；
[0062] 4)外部的加热电路对加热梁进行加热；
[0063] 5)测量时，声音信号处理电路采集一对声音敏感梁感受到的声音信号和振动信号，分别进行差值、滤波和放大处理后得到第一信号，传输至第一放大电路进行放大；振动信号处理电路采集一对振动敏感梁感受到的声音信号和振动信号，分别进行差值、滤波和放大处理后得到第二信号，传输至第二放大电路进行放大；第一放大电路的放大倍数/第二放大电路的放大倍数＝振动敏感梁对振动信号灵敏度Svv/声音敏感梁对振动信号的灵敏度Smv；
[0064] 6)放大后的第一信号和第二信号分别传输至总信号差分电路，总信号差分电路对第一信号与第二信号进行差分运算，完成对干扰的振动信号解耦，得到将干扰的振动信号消除后的声音信号。
[0065] 其中，在步骤2)中，声音敏感梁的第一截止频率fm1和第二截止频率fm2满足：fm1在500～1000Hz之间，fm2在1000～10000Hz之间，振动敏感梁的第一截止频率fv1和第二截止频v
率fv2满足：fv1在50～100Hz之间，fv1在100～1000Hz之间。振动敏感梁的瑞利数Ra 和声音敏m ‑2 v 2 ‑3 m
感梁的瑞利数Ra满足：10
[0066] 在步骤4)中，外部的加热电路对加热梁加热至100℃～400℃之间，温度越高灵敏度越好，但是需要低于加热梁、声音敏感梁和振动敏感梁的材料所能承受的最高温度。
[0067] 在步骤5)中，第一和第二放大电路的放大倍数包括两种特殊情况：1)第一放大电路不放大即倍数为1，第二放大电路的放大倍数为 2)第一放大电路的放大倍数为 第二放大电路不放大即倍数为1。
[0068] 本发明的优点：
[0069] 本发明在加热梁和两根声音敏感梁的外侧又集成两根振动敏感梁，作为振动信号的敏感结构，形成五线式结构；抑制振动干扰的热式矢量传感器处在振动和声场同时存在的环境中，由于声音敏感梁距离加热梁较近，而且宽度更窄，因此截止频率较高，对高频声音信号的灵敏度更大；相反，振动敏感梁距离加热梁较远，而且宽度更宽，因此截止频率较低，对低频振动信号灵敏度更大；利用不同间距的声音敏感梁和振动敏感梁对声音和振动信号灵敏度不同的特点，将输出信号进行差分运算，完成对干扰的振动信号解耦；本发明抑制了热式声矢量传感器工作环境中可能存在的振动干扰的问题，输出信号已经没有振动信号，振动干扰对热式声矢量传感器的输出灵敏度影响很小。
附图说明
[0070] 图1为本发明的抑制振动干扰的热式声矢量传感器的一个实施例的示意图；
[0071] 图2为本发明的抑制振动干扰的热式声矢量传感器的原理图；
[0072] 图3为本发明的抑制振动干扰的热式声矢量传感器抑制干扰的振动信号处理的示意图。
具体实施方式
[0073] 下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。
[0074] 如图1所示，本实施例的抑制振动干扰的热式声矢量传感器包括：衬底1、加热梁2、声音敏感梁3、振动敏感梁4、电极5和背腔6；其中，在衬底上形成镂空的背腔；在背腔上设置加热梁，加热梁的两端架在背腔边缘的衬底上；在加热梁的两侧分别对称设置完全相同且与加热梁互相平行的声音敏感梁，两根声音敏感梁之间的距离为dm，声音敏感梁的宽度为wm；在两根声音敏感梁的两侧分别对称设置完全相同且互相平行的振动敏感梁，两根振动敏感梁之间的距离为dv，振动敏感梁的宽度为wv；在衬底上设置多个电极，每一根加热梁、声音敏感梁和振动敏感梁分别对应一个电极；加热梁通过对应的电极连接至外部的加热电路；声音敏感梁通过对应的电极连接至外部的声音信号处理电路；振动敏感梁通过对应的电极连接至外部的振动信号处理电路；声音信号处理电路经第一放大电路连接至总信号差分电路，振动信号处理电路经第二放大电路连接至总信号差分电路。
[0075] 如图2所示，声音敏感梁和振动敏感梁的敏感方向为垂直长度的方向，当声音信号和振动信号的传输方向与敏感梁的敏感方向一致时，声音敏感梁对声音信号的灵敏度大于对振动信号的灵敏度；振动敏感梁对声音信号的灵敏度小于对振动信号的灵敏度。
[0076] 在本实施例中，衬底的材料采用硅；加热梁、声音敏感梁和振动敏感梁采用多层结构，从下至上依次为氧化硅、氮化硅、氧化硅、钛和铂，整体厚度为500nm；加热梁的宽度为5μm，声音敏感梁的宽度为1μm，两根声音敏感梁之间的间距为60μm，此时声音敏感梁的第一截止频率为800Hz，第二截止频率为6000Hz；振动敏感梁的宽度为10μm，两根振动敏感梁之间的间距为300μm，此时振动敏感梁的第一截止频率为30Hz，第二截止频率为600Hz。
[0077] 本实施例的抑制振动干扰的热式声矢量传感器的实现方法，包括以下步骤：
[0078] 1)热式声矢量传感器的设置如图1所示；
[0079] 2)根据第一和第二截止频率以及瑞利数的关系，设定两根声音敏感梁之间的距离dm、声音敏感梁的宽度wm、两根振动敏感梁之间的距离dv和振动敏感梁的宽度为wv，使得声音敏感梁对声音比对振动具有更高的灵敏度并且振动敏感梁对振动比声音具有更高的灵敏度；
[0080] 3)在声音测量前，分别校准得到声音敏感梁对振动信号的灵敏度Smv和振动敏感梁对振动信号灵敏度Svv；
[0081] 4)外部的加热电路对加热梁进行加热至100℃～400℃之间，温度越高灵敏度越好，但是需要低于加热梁、声音敏感梁和振动敏感梁的材料所能承受的最高温度；
[0082] 5)测量时，声音信号处理电路采集一对声音敏感梁感受到的声音信号和振动信号，分别进行差值、滤波和放大处理后得到第一信号，传输至第一放大电路进行放大；振动信号处理电路采集一对振动敏感梁感受到的声音信号和振动信号，分别进行差值、滤波和放大处理后得到第二信号，传输至第二放大电路进行放大；第一放大电路的放大倍数/第二放大电路的放大倍数＝振动敏感梁对振动信号灵敏度Svv/声音敏感梁对振动信号的灵敏度Smv；第一和第二放大电路的放大倍数包括两种特殊情况：1)第一放大电路不放大即倍数为1，第二放大电路的放大倍数为 2)第一放大电路的放大倍数为 第二放大电路不放大即倍数为1；
[0083] 6)放大后的第一信号和第二信号分别传输至总信号差分电路，总信号差分电路对第一信号与第二信号进行差分运算，完成对干扰的振动信号解耦，得到将干扰的振动信号消除后的声音信号，如图3所示。
[0084] 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。
