MEMS矢量水听器的优化设计与实现
发布时间：2021-02-02 20:21
MEMS仿生矢量水听器因其小体积、矢量性、低成本和刚性安装等特点在水下探测方面发挥了重要作用。然而,在实际应用当中仍然存在一些问题。例如,矢量水听器在水下定位中存在左右舷模糊的问题和水听器在封装后灵敏度明显降低的问题等。本文在MEMS仿生矢量水听器已有研究成果的基础上,以解决上述问题为基本目标,并在保证一定工作带宽的前提下,提高MEMS水听器的灵敏度和定位能力,完成了声压—质点振速复合式MEMS矢量水听器的设计并对其性能进行测试。首先,文中简要介绍了纤毛式微结构的仿生原理、水声拾振原理和传感原理。然后对MEMS纤毛式微结构的力学模型进行优化,通过建立双自由度的力学模型对十字梁上应力和微结构的固有频率进行理论分析得出最终表达式。随后,得到一个结构参数的数值区间,使得灵敏度和工作带宽同时提高。通过对力学模型分析、流固耦合分析和实验验证的对比结果得出,该数值区间可以有效解决现阶段MEMS矢量水听器灵敏度和工作带宽相互抑制的问题。其次,进行结构优化设计。在保证一定工作带宽的条件下以提高水听器灵敏度为目标提出了两种矢量水听器的微结构模型,利用有限元仿真软件对微结构进行参数优化和静力学、模态以及流...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AN/SSQ系列浮标
图 1.1 AN/SSQ 系列浮标 图 1.2 中性浮力水听器对于美国水听器的生产厂家而言，贡献最大的应属 Wilcoxon 公司，在美海军的支下，该公司曾在二十世纪八十年代就设计生产了型号为 TV-001 的三维水听器，并在十一世纪初应用于拖曳阵[14-15]。除此之外该公司还研制了 VS 系列水听器,现在市场上研最多的是 H 系列，主要为 H505L（灵敏度-160dB，工作带宽 2Hz-10KHz，最大工水深 250m）和 H507A（灵敏度-188dB，工作带宽 10Hz-100KHz，最大工作水深 1000m
图 1.1 AN/SSQ 系列浮标 图 1.2 中性浮力水听器对于美国水听器的生产厂家而言，贡献最大的应属 Wilcoxon 公司，在美海军的支持下，该公司曾在二十世纪八十年代就设计生产了型号为 TV-001 的三维水听器，并在二十一世纪初应用于拖曳阵[14-15]。除此之外该公司还研制了 VS 系列水听器,现在市场上调研最多的是 H 系列，主要为 H505L（灵敏度-160dB，工作带宽 2Hz-10KHz，最大工作水深 250m）和 H507A（灵敏度-188dB，工作带宽 10Hz-100KHz，最大工作水深 1000m）。最近，美国海军在亚洲太平洋地区布置了一种全天候被动声呐，有很强的静音潜艇探测能力，距离可以达到 300 海里，具有矢量探测性、定位精确和易于隐蔽等优点，成为美国海军建设近海反潜预警系统的主要部分。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高灵敏度扇面纤毛式MEMS矢量水听器[J]. 杨晟辉,丁俊文,张国军,裴毓,尚珍珍. 压电与声光. 2018(04)
[2]单矢量水听器的目标测向及试验研究[J]. 程亚乔,林旺生,刘福臣,刘坤. 声学与电子工程. 2017(04)
[3]高灵敏度宽频带一维MEMS矢量水听器[J]. 丁俊文,张国军,杨晟辉,尚珍珍,张文栋. 微纳电子技术. 2017(10)
[4]MEMS仿生矢量水听器微结构力学建模及实验验证[J]. 王续博,张国军,郭楠,郭静,张文栋. 强激光与粒子束. 2016(02)
[5]组合式MEMS三维矢量水声传感器[J]. 郭楠,张国军,刘梦然,简泽明,张文栋. 微纳电子技术. 2015(09)
[6]参数未知的舰船辐射噪声检测方法[J]. 张晓勇,罗来源. 声学学报. 2015(04)
[7]MEMS矢量水听器封装的流体-结构相互作用[J]. 刘梦然,简泽明,张国军,张文栋. 光学精密工程. 2015(05)
[8]MEMS矢量水听器减振结构的设计与研究[J]. 郭楠,张国军,简泽明,刘梦然,张文栋. 传感技术学报. 2015(03)
[9]MEMS仿生矢量水听器二次集成的误差分析测试[J]. 刘源,王丽娟,赵鹏,申辉,赵龙,张国军. 微纳电子技术. 2015(01)
[10]流体对MEMS矢量水听器共振频率的影响[J]. 刘源,陈丽红,张国军,赵鹏,申辉,张文栋. 传感技术学报. 2014(06)
博士论文
[1]微型矢量水听器研究[D]. 陈丽洁.哈尔滨工程大学 2006
硕士论文
[1]一维MEMS矢量水听器的结构设计与工艺制备[D]. 丁俊文.中北大学 2018
[2]差分型MEMS矢量水听器的研制[D]. 王续博.中北大学 2016
[3]自主式机器鱼人工侧线系统环境感知研究[D]. 李渊.广西科技大学 2015
[4]机器鱼人工侧线系统的设计与环境感知研究[D]. 仲昆.华东交通大学 2014
[5]矢量水听器低频校准装置研究[D]. 宋树平.哈尔滨工程大学 2012
[6]三维矢量水听器及其成阵研究[D]. 邢世文.哈尔滨工程大学 2009
[7]硅微MEMS仿生矢量水声传感器研究[D]. 陈尚.中北大学 2008
[8]水雷反潜中探测技术的研究与分析[D]. 袁茂钱.西南交通大学 2008
[9]矢量水听器校准装置研究[D]. 范继祥.哈尔滨工程大学 2007
[10]高精度微定位器结构与控制研究[D]. 熊本炎.西北工业大学 2005
本文编号：3015314
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AN/SSQ系列浮标
图 1.1 AN/SSQ 系列浮标 图 1.2 中性浮力水听器对于美国水听器的生产厂家而言，贡献最大的应属 Wilcoxon 公司，在美海军的支下，该公司曾在二十世纪八十年代就设计生产了型号为 TV-001 的三维水听器，并在十一世纪初应用于拖曳阵[14-15]。除此之外该公司还研制了 VS 系列水听器,现在市场上研最多的是 H 系列，主要为 H505L（灵敏度-160dB，工作带宽 2Hz-10KHz，最大工水深 250m）和 H507A（灵敏度-188dB，工作带宽 10Hz-100KHz，最大工作水深 1000m
图 1.1 AN/SSQ 系列浮标 图 1.2 中性浮力水听器对于美国水听器的生产厂家而言，贡献最大的应属 Wilcoxon 公司，在美海军的支持下，该公司曾在二十世纪八十年代就设计生产了型号为 TV-001 的三维水听器，并在二十一世纪初应用于拖曳阵[14-15]。除此之外该公司还研制了 VS 系列水听器,现在市场上调研最多的是 H 系列，主要为 H505L（灵敏度-160dB，工作带宽 2Hz-10KHz，最大工作水深 250m）和 H507A（灵敏度-188dB，工作带宽 10Hz-100KHz，最大工作水深 1000m）。最近，美国海军在亚洲太平洋地区布置了一种全天候被动声呐，有很强的静音潜艇探测能力，距离可以达到 300 海里，具有矢量探测性、定位精确和易于隐蔽等优点，成为美国海军建设近海反潜预警系统的主要部分。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高灵敏度扇面纤毛式MEMS矢量水听器[J]. 杨晟辉,丁俊文,张国军,裴毓,尚珍珍. 压电与声光. 2018(04)
[2]单矢量水听器的目标测向及试验研究[J]. 程亚乔,林旺生,刘福臣,刘坤. 声学与电子工程. 2017(04)
[3]高灵敏度宽频带一维MEMS矢量水听器[J]. 丁俊文,张国军,杨晟辉,尚珍珍,张文栋. 微纳电子技术. 2017(10)
[4]MEMS仿生矢量水听器微结构力学建模及实验验证[J]. 王续博,张国军,郭楠,郭静,张文栋. 强激光与粒子束. 2016(02)
[5]组合式MEMS三维矢量水声传感器[J]. 郭楠,张国军,刘梦然,简泽明,张文栋. 微纳电子技术. 2015(09)
[6]参数未知的舰船辐射噪声检测方法[J]. 张晓勇,罗来源. 声学学报. 2015(04)
[7]MEMS矢量水听器封装的流体-结构相互作用[J]. 刘梦然,简泽明,张国军,张文栋. 光学精密工程. 2015(05)
[8]MEMS矢量水听器减振结构的设计与研究[J]. 郭楠,张国军,简泽明,刘梦然,张文栋. 传感技术学报. 2015(03)
[9]MEMS仿生矢量水听器二次集成的误差分析测试[J]. 刘源,王丽娟,赵鹏,申辉,赵龙,张国军. 微纳电子技术. 2015(01)
[10]流体对MEMS矢量水听器共振频率的影响[J]. 刘源,陈丽红,张国军,赵鹏,申辉,张文栋. 传感技术学报. 2014(06)
博士论文
[1]微型矢量水听器研究[D]. 陈丽洁.哈尔滨工程大学 2006
硕士论文
[1]一维MEMS矢量水听器的结构设计与工艺制备[D]. 丁俊文.中北大学 2018
[2]差分型MEMS矢量水听器的研制[D]. 王续博.中北大学 2016
[3]自主式机器鱼人工侧线系统环境感知研究[D]. 李渊.广西科技大学 2015
[4]机器鱼人工侧线系统的设计与环境感知研究[D]. 仲昆.华东交通大学 2014
[5]矢量水听器低频校准装置研究[D]. 宋树平.哈尔滨工程大学 2012
[6]三维矢量水听器及其成阵研究[D]. 邢世文.哈尔滨工程大学 2009
[7]硅微MEMS仿生矢量水声传感器研究[D]. 陈尚.中北大学 2008
[8]水雷反潜中探测技术的研究与分析[D]. 袁茂钱.西南交通大学 2008
[9]矢量水听器校准装置研究[D]. 范继祥.哈尔滨工程大学 2007
[10]高精度微定位器结构与控制研究[D]. 熊本炎.西北工业大学 2005
本文编号：3015314
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