[发明专利]一种可用于水下湍流边界层壁面脉动压力测试的柔性基微传感器及其制造方法

说明书

本发明公开了一种可用于水下湍流边界层壁面脉动压力测试的柔性基微传感器及其制造方法，属于传感器技术领域。该微传感器主要包括上电极及引线1，下电极及引线2，金属弹性层3，压电薄膜4，绝缘层5，柔性衬底6，聚合物绝缘防护层7。所述柔性衬底6上分别为金属弹性层3、绝缘层5，构成传感器敏感单元底层结构；上电极及引线1‑压电薄膜4‑下电极及引线2形成“三明治结构”式的敏感单元，置于绝缘层5之上。所述柔性衬底6背面与敏感单元相应的位置处有背腔，用于平衡深水静压；整个传感器传感器表面沉积有聚合物绝缘防护层7。柔性基脉动压力微传感器采用标准的MEMS制造工艺，空间时间分辨率高，且谐振频率高，满足水下湍流边界层脉动压力宽频测试需求，便于阵列化，适合于水下航行器曲面贴附。

一、所属领域：

本发明属于传感器技术领域，涉及一种可用于水下湍流边界层壁面脉动压力测试的柔性基微传感器及其制造方法。

二、背景技术：

湍流边界层脉动压力(Pressure fluctuation)，又称压力脉动，是表征边界层及艇体近壁流动状况的最重要参量之一，是研究湍流边界层结构及其发展，掌握边界层分离、转捩等流动状态的重要依据。同时，随机脉动压力一方面直接产生辐射噪声，另一方面激励物面弹性结构振动产生辐射噪声，因此脉动压力也是引起水动力噪声的重要声源。随着国防海事的持续发展，对水下航行器隐身降噪性能提出了更高的要求。实现脉动压力准确多点测量对航行器性能的提升、评估工作意义重大，也是实现减阻降噪、主动流动控制的技术基础。现今，水域流场研究大多依赖于数值仿真分析，传统的测量传感器包括微麦克风、水听器等均为硬质基底，体积相对较大，阵列化程度及安装不便捷，且不适用于曲面测量。

微机电系统(MEMS)技术的发展为壁面脉动压力的测量提供了一种新手段。采用MEMS技术加工的柔性基脉动压力微传感器，具有柔性化、微型化、阵列化、集成化等特点，对水下艇体平滑表面、大曲率表面的湍流边界层脉动压力的精细测量应用具有独特优势。例如：文献《Flexible and Surface-Mountable Piezoelectric Sensor Arrays forUnderwater Sensing in Marine Vehicles》中研制了一种基于压电PZT的水下无源压力传感器，可以实现航行器对近场移动物体的无源检测。传感器阵列使用PDMS柔性材料封装，可检测1～200Hz的压力信号。文献《Carbon black-PDMS composite conformal pressuresensor arrays for near-body flow detection》基于高聚物掺杂导电粒子的渗流现象制备了全柔性PDMS掺杂炭黑的海绵块状水下压力传感器，可实现对水下动态低频压力场的测量。以上两种柔性压力传感器虽然可以进行水下动态压力场的测试，但精度较低，仅对低频脉动压力信号灵敏，不能实现水下湍流边界层宽频压力脉动的精细测量。

三、发明内容

发明目的：

为实现水下湍流边界层宽频压力脉动的精细测量，为航行器减阻降噪、主动流动控制提供技术参考，本发明提出了一种可用于水下湍流边界层壁面脉动压力测试的柔性基微传感器及其制造方法。

技术方案：参阅附图1，可用于水下湍流边界层壁面脉动压力测试的柔性基微传感器，主要包括上电极及引线1，下电极及引线2，金属弹性层3，压电薄膜4，绝缘层5，柔性衬底6，聚合物绝缘防护层7。所述柔性衬底6上分别为金属弹性层3、绝缘层5，构成传感器敏感单元底层结构；上电极及引线1-压电薄膜4-下电极及引线2形成“三明治结构”式的敏感单元，置于绝缘层5之上。所述柔性衬底6背面与敏感单元相应的位置处有背腔，用于平衡深水静压；整个传感器传感器表面沉积有聚合物绝缘防护层7。