基于MEMS技术的仿生三轴向压阻矢量水听器的研制

发布时间：2019-09-05 19:24

【摘要】：矢量水听器作为一种能够同时获得声场标量信息和矢量信息的水听器，得到国内外水声领域的高度重视。由中北大学研制的二维MEMS仿生矢量水听器具有体积小、低频响应好，刚性安装等优点，但也存在只能实现二维平面定向，无法有效确定水下目标空间方位的缺陷。为实现水下声目标空间定向，本文对MEMS仿生三轴向压阻矢量水听器进行了研究。 首先，本文在分析研究鱼类侧线感觉器的基础上，设计了水听器的MEMS仿生三轴微结构；应用声学、弹性力学等知识，结合ANSYS有限元分析软件，对MEMS微结构进行分析，得出了结构参数和应力、频率之间的关系，在综合考虑MEMS微结构灵敏度、固有频率后，确定了三轴MEMS微结构的几何尺寸；通过仿真确定了压敏电阻的位置，并设计了MEMS微结构惠斯通电桥的连接方式。 然后，，结合外协加工单位的工艺要求，设计了工艺流程和加工版图，完成了MEMS结构的加工。根据MEMS基础结构的尺寸和应用方式，完成MEMS芯片的封装以及垂直纤毛与MEMS芯片的二次集成，设计了针对该三轴MEMS微结构的信号提取电路图，并对三轴MEMS微结构进行声学封装，制作出MEMS仿生三轴向压阻矢量水听器的模型样机。最后，完成了MEMS仿生三轴向压阻矢量水听器的测试。先采用振动台验证MEMS仿生三轴微结构的结构特性，在此基础上采用水听器校准装置验证MEMS仿生三轴向压阻矢量水听器的性能。频响测试显示在800Hz以下频段，水听器三个方向的灵敏度都不小于-200dB(0dB=1V/μPa，电路板放大倍数为50dB)，并且各方向的频响曲线近似为线性关系增长。指向性测试显示该水听器具有8字形指向性，指向性分辨率为-30dB左右，轴向灵敏度最大值不对称性小于1.2dB，能够实现空间定向。耐压测试显示该水听器能够承受2MPa静水压力，即工作深度为200m。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB565.1

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 谢斌;薛晨阳;张文栋;熊继军;张斌珍;陈尚;;硅微仿生矢量水声传感器研制[J];传感技术学报;2006年05期

2 乔慧;刘俊;张斌珍;张文栋;熊继军;薛晨阳;;一种新型压阻式硅微仿生矢量水听器的设计[J];传感技术学报;2008年02期

3 许姣;张国军;石归雄;王晓瑶;刘细宝;张文栋;;纤毛式矢量水听器新型封装结构的研究[J];传感技术学报;2011年04期

4 刘细宝;张国军;薛晨阳;许姣;王晓瑶;于佳琪;李辉;;矢量水听器的芯片级减震结构的设计[J];传感技术学报;2011年06期

5 陈洪娟,洪连进;基于压电加速度计的同振型矢量水听器的设计[J];传感器技术;2003年03期

6 陈丽洁;张鹏;徐兴烨;王福江;;矢量水听器综述[J];传感器与微系统;2006年06期

7 蔡夫深,王蕊;一种压阻式压力传感器温度补偿设计[J];传感器世界;2005年05期

8 李振;张国军;薛晨阳;薛南;刘宏;陈桂英;;MEMS仿生矢量水听器封装结构的设计与研究[J];传感技术学报;2013年01期

9 解宝兴;郝拥军;程玲;;水下远程探测的研究和发展方向[J];舰船科学技术;2008年03期

10 卓贤军;张佳炜;;极低频电磁波在海水中的传播特性[J];舰船科学技术;2011年06期

相关博士学位论文 前2条

1 陈新华;矢量阵信号处理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2004年

2 陈丽洁;微型矢量水听器研究[D];哈尔滨工程大学;2006年

本文编号：2532391