MEMS结构的测量系统.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010317016.0 (22)申请日 2020.04.21 (71)申请人 安徽奥飞声学科技有限公司 地址 230092 安徽省合肥市高新区习友路 3333号中国 （合肥） 国际智能语音产业 园研发中心楼611-91室 (72)发明人 刘端 (51)Int.Cl. H04R 29/00(2006.01) (54)发明名称 一种MEMS结构的测量系统 (57)摘要 本申请公开了一种MEMS结构的测量系统， 用 于测量待测MEMS结构的灵敏度， 包括： 参考MEMS 结构，

2、用于接收激励信号并发生振动； 待测MEMS 结构， 用于接收激励信号并发生振动； 激光测振 仪， 用于测量参考MEMS结构和待测MEMS结构的振 膜的振动幅度； 基于参考MEMS结构的振动幅度与 待测MEMS结构的振动幅度的比率， 以及参考MEMS 结构的灵敏度， 获取待测MEMS结构的灵敏度。 这 种MEMS结构的测量系统无需在消音室中测量灵 敏度。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 111405454 A 2020.07.10 CN 111405454 A 1.一种MEMS结构的测量系统， 用于测量待测MEMS结构的灵敏度， 其特征在于， 包括： 参考MEMS结构， 用于接收激励

3、信号并发生振动； 待测MEMS结构， 用于接收所述激励信号并发生振动； 激光测振仪， 用于测量所述参考MEMS结构和所述待测MEMS结构的振膜的振动幅度； 基于所述参考MEMS结构的振动幅度与所述待测MEMS结构的振动幅度的比率， 以及所述 参考MEMS结构的灵敏度， 获取所述待测MEMS结构的灵敏度。 2.根据权利要求1所述的MEMS结构的测量系统， 其特征在于， 所述测量系统还包括： 信号发生器， 用于生成原始激励信号； 功率放大器， 用于接收并放大所述原始激励信号并输出所述激励信号。 3.根据权利要求1所述的MEMS结构的测量系统， 其特征在于， 所述参考MEMS结构包括压 电式MEMS

4、麦克风， 所述待测MEMS结构与所述参考MEMS结构相同。 4.根据权利要求3所述的MEMS结构的测量系统， 其特征在于， 所述原始激励信号为扫频 脉冲串信号， 频率范围为100Hz至20kHz。 5.根据权利要求4所述的MEMS结构的测量系统， 其特征在于， 所述原始激励信号为扫频 脉冲串信号， 频率范围为100Hz至10kHz。 6.根据权利要求5所述的MEMS结构的测量系统， 其特征在于， 所述压电式MEMS麦克风的 灵敏度范围为-70dBV/Pa至-30dBV/Pa。 7.根据权利要求1所述的MEMS结构的测量系统， 其特征在于， 所述参考MEMS结构的灵敏 度通过GB T 9401-

5、1988标准或等同标准测定。 8.根据权利要求1所述的MEMS结构的测量系统， 其特征在于， 测量所述振膜的所述振动 幅度等效于测量所述振膜的位移、 速度或加速度。 9.根据权利要求8所述的MEMS结构的测量系统， 其特征在于， 测量所述振膜的所述振动 幅度等效于测量所述振膜的速度。 10.根据权利要求1所述的MEMS结构的测量系统， 其特征在于， 所述激光测振仪包括面 外、 单点、 显微多普勒测振仪。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111405454 A 2 一种MEMS结构的测量系统 技术领域 0001 本申请涉及MEMS(Microelectro Mechanical Systems

6、的简写， 即微机电系统)技 术领域， 具体来说， 涉及一种MEMS结构的测量系统。 背景技术 0002 MEMS传声器一般将声能转换成电能的换能器。 用于定义MEMS传声器是否正常操作 的一个特征是灵敏度。 通过将声能传送到MEMS传声器， 然后测量MEMS传声器的响应并获取 输出电压， 从而确定MEMS传声器的灵敏度。 0003 在测量传声器的灵敏度时， 一般采用的方法是： 在消音室内使用扬声器将相等的 声压分别施加给标准传声器和待测传声器， 标准传声器和待测传声器均可以将声压转换为 电信号。 此时， 基于已知标准传声器的灵敏度以及获取的电信号来测量获得待测传声器的 灵敏度。 0004 但是

7、， 该技术需要在消音室内测量传声器的灵敏度， 限制了传声器的测量场地， 无 法应用在其他场所。 0005 针对相关技术中测量场地局限性的问题， 目前尚未提出有效的解决方案。 发明内容 0006 针对相关技术中测量场地受局限的问题， 本申请提出一种MEMS结构的测量系统， 无需在消音室中测量MEMS结构的灵敏度。 0007 本申请的技术方案是这样实现的： 0008 根据本申请的一个方面， 提供了一种MEMS结构的测量系统， 用于测量待测MEMS结 构的灵敏度， 包括： 0009 参考MEMS结构， 用于接收激励信号并发生振动； 0010 待测MEMS结构， 用于接收所述激励信号并发生振动； 00

8、11 激光测振仪， 用于测量所述参考MEMS结构和所述待测MEMS结构的振膜的振动幅 度； 0012 基于所述参考MEMS结构的振动幅度与所述待测MEMS结构的振动幅度的比率， 以及 所述参考MEMS结构的灵敏度， 获取所述待测MEMS结构的灵敏度。 0013 其中， 所述测量系统还包括： 0014 信号发生器， 用于生成原始激励信号； 0015 功率放大器， 用于接收并放大所述原始激励信号并输出所述激励信号。 0016 其中， 所述参考MEMS结构包括压电式MEMS麦克风， 所述待测MEMS结构与所述参考 MEMS结构相同。 0017 其中， 所述原始激励信号为扫频脉冲串信号， 频率范围为1

9、00Hz至20kHz。 0018 其中， 所述原始激励信号为扫频脉冲串信号， 频率范围为100Hz至10kHz。 0019 其中， 所述压电式MEMS麦克风的灵敏度范围为-70dBV/Pa至-30dBV/Pa。 说明书 1/3 页 3 CN 111405454 A 3 0020 其中， 所述参考MEMS结构的灵敏度通过GB T 9401-1988标准或等同标准测定。 0021 其中， 测量所述振膜的所述振动幅度等效于测量所述振膜的位移、 速度或加速度。 0022 其中， 测量所述振膜的所述振动幅度等效于测量所述振膜的速度。 0023 其中， 所述激光测振仪包括面外、 单点、 显微多普勒测振仪。

10、 0024 在以上实施例的MEMS结构中， 激光测振仪测量待测MEMS结构的动态响应好、 线性 灵敏度高、 精度高。 而且， 激光测振仪不必与参考MEMS结构或待测MEMS结构相接触， 实现了 非接触式测量。 而且， 激光测振仪可以在普通安静的室内环境中使用， 不必局限在消音室中 使用。 附图说明 0025 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施 例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获 得其他的附图。 0026 图1示出了根据一些

11、实施例的MEMS结构的测量系统的示意图。 具体实施方式 0027 下面将结合本申请实施例中的附图， 对本申请实施例中的技术方案进行清楚、 完 整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于 本申请中的实施例， 本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例， 都属于本申请保护的 范围。 0028 参见图1， 根据本申请的实施例， 提供了一种MEMS结构的测量系统， 用于测量待测 MEMS结构的灵敏度。 该测量系统不限于在消音室内使用， 在普通安静的室内环境就可以实 现测量， 从而提高了MEMS结构的测量效率， 降低了测量成本。 0029 在一些实施例中， M

12、EMS结构的测量系统包括信号发生器、 功率放大器、 参考MEMS结 构、 待测MEMS结构和激光测振仪。 0030 在一些实施例中， 信号发生器用于生成原始激励信号， 原始激励信号为扫频脉冲 串信号， 频率范围为100Hz至20kHz。 优选的， 频率范围为100Hz至10kHz。 功率放大器用于接 收并放大原始激励信号并输出激励信号。 0031 在一些实施例中， 参考MEMS结构用于接收激励信号并发生振动。 待测MEMS结构用 于接收激励信号并发生振动。 换句话说， 参考MEMS结构和待测MEMS结构用于将电能转换成 声能， 从而通过比对参考MEMS结构和待测MEMS结构的声能信号， 来获取

13、参考MEMS结构和待 测MEMS结构的灵敏度比率关系。 在一些实施例中， 参考MEMS结构的灵敏度范围为-70dBV/Pa 至-30dBV/Pa,通过GB T 9401-1988标准测定或等同标准测定。 参考MEMS结构包括压电式 MEMS麦克风。 待测MEMS结构与参考MEMS结构的基本结构相同， 待测MEMS结构也可以包括压 电式MEMS麦克风。 0032 激光测振仪用于测量参考MEMS结构和待测MEMS结构的振膜的振动幅度。 激光测振 仪包括面外、 单点、 显微多普勒测振仪。 测量振膜的振动幅度等效于测量振膜的位移、 速度 或加速度。 优选的， 将激光测振仪用于测量振膜的速度。 说明书

14、2/3 页 4 CN 111405454 A 4 0033 在一些实施例中， 基于参考MEMS结构的振动幅度与待测MEMS结构的振动幅度的比 率， 以及参考MEMS结构的灵敏度， 来获取待测MEMS结构的灵敏度。 0034 从原理上讲， 在稳态条件下的参考MEMS结构和待测MEMS结构中的质点速度与其各 自的声压成正比关系， 而且质点速度与所产生的电能成正比关系。 因此， 当施加相同声压于 参考MEMS结构和待测MEMS结构时， 参考MEMS结构和待测MEMS结构由于灵敏度不同而产生不 同的电能。 换句话说， 在同样的声压激励下， MEMS结构的灵敏度与产生的速度/振幅成正比。 对压电器件来说

15、， 将声能转换为电能的过程即正压电效应。 另外， 压电材料也具备逆压电效 应， 即本申请所述的将施加的电能转换为声能的过程。 对于具有相同压电材料的同类压电 器件来说， 其正压电效应的发生效率正比于逆压电效应的发生效率。 因此， 参考MEMS结构的 振动幅度与待测MEMS结构的振动幅度的比率等于参考MEMS结构的灵敏度与待测MEMS结构 的灵敏度的比率。 从而利用激光测振仪实现了测量灵敏度。 0035 综上， 激光测振仪利用多普勒效应来分别测量参考MEMS结构和待测MEMS结构的振 幅(或声波)， 从而基于参考MEMS结构的灵敏度来获取待测MEMS结构的灵敏度。 该测量系统 的优点是： 激光测振仪测量待测MEMS结构的动态响应好、 线性灵敏度高、 精度高。 而且， 激光 测振仪不必与参考MEMS结构或待测MEMS结构相接触， 实现了非接触式测量。 而且， 本申请的 方案不需扬声器声源， 因此激光测振仪可以在普通安静的室内环境中使用， 不必局限在消 音室中使用。 0036 综上所述， 以上所述仅为本申请的较佳实施例而已， 并不用以限制本申请， 凡在本 申请的精神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本申请的保护范 围之内。 说明书 3/3 页 5 CN 111405454 A 5 图1 说明书附图 1/1 页 6 CN 111405454 A 6