一维MEMS矢量水听器的结构设计与工艺制备

发布时间：2020-03-20 18:52

【摘要】：基于MEMS技术和仿生学原理的MEMS矢量水听器,因具有低成本、小体积、矢量性等特点,在水声探测领域已经展现出良好的应用前景。然而,在诸多领域,例如深水炸弹,因其仅需探测下沉方向的目标信息,同时需抑制其它方向的干扰信息,只需一维矢量水听器;再如数字诊疗器械—听诊器,仅需拾取体内方向的生理信息,同样仅需一维矢量传感器。为此,在前人研究工作的基础上,本文重点开展一维MEMS矢量水听器的研究。本文首先结合仿生学原理和水声传播理论以及国内MEMS加工水平,设计了一种新型的一维MEMS矢量水听器微结构,并建立了微结构的理论模型。其次,利用ANSYS Workbench仿真软件对微结构参数进行了优化,得到了最优参数解,并对微结构进行了有限元仿真分析。针对一维微结构的最优尺寸,探讨并设计了芯片的具体工艺制备流程,利用L-edit软件对一维微结构版图进行了设计和绘制。在制备过程中,针对每步工艺都做了详细的说明,对工艺流程中出现的问题给予了相应的解释,并对关键工艺进行了探讨与试验,最终得到了一维MEMS矢量水听器芯片微结构。最后对一维MEMS矢量水听器芯片进行了测试,测试结果显示芯片尺寸形貌完整、结构可动和压敏电阻一致性尚可,从而验证了该工艺设计的合理性和制备过程的可行性,也为后续MEMS器件的进一步研制积累了工艺制备经验。
【图文】：

同振球,质点振速,水听器

逦中北大学学位论文逦逡逑世界上第一部有关声矢量传感器技术的专著，该书较系统地讲述了声矢量传感器技术的逡逑相关理论及其应用。１９５６年，水听器领域的经典论文《Ｈｙｄｒｏｐｈｏｎｅ邋ｆｏｒ邋ｍｅａｓｕｒｉｎｇ邋ｐａｒｔｉｃｌｅ逡逑ｖｅｌｏｃｉｔｙ》由Ｌｅｓｌｉｅ等发表在ＪＡＳＡ上，论文中提出了一种为同振型矢量水听器的发展奠逡逑定了基础的能同步共点测量水质点振速的水听器模型［５］。如图１．２所示为前苏联科学院逡逑远东分院太平洋海洋技术研究所研制的三维同振球型质点振速水听器，其内部结构示意逡逑图如图１．７所示，，当时，它是世界上举世无双的，并在工程应用上取得了极大的成功。逡逑通过一系列的研宄和实验可以得出：就信噪比而言，该三维矢量水听器比单一的声压水逡逑器１０ｄＢ２０ｄＢ，工

压电单晶,矢量传感器,线阵,矢量水听器

，，的研宄和实验可以得出：就信噪比而言，该三维矢量水听器比单一的１０ｄＢ到２０ｄＢ，表明了在工程应用方面矢量水听器的优势逡逑Ｕ三维同振球型质点振速水听器逦图〗．２逦维矢量水听器的内部结构逡逑，美国利用五个矢量水听器组成垂直线阵，并利用该线阵进行了海洋ｌ，如图Ｌ３所示。测量结果表明：在环境噪声谱级测量方面，与声压水听器下降了邋６－８ｄＢ。逡逑
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB565.1

【参考文献】