基于硅纳米线的MEMS矢量水听器设计与微纳跨尺度制备工艺研究
发布时间：2021-11-11 22:38
MEMS矢量水听器作为水下目标探测的重要组成部分之一,逐渐成为水声探测研究的重点领域。MEMS矢量水听器具有很多优势,如重量较轻、体积较小、低频探测能力较强等。由于矢量水听器既能探测水下标量信息,同时又能探测振速信号等矢量信息,因此通过对矢量水听器的应用我们就能同时得到目标声源的声压大小与其方位的信息。纤毛式仿生MEMS矢量水听器经过多年来的发展,各项性能指标得到了很大的优化。但目前该类型MEMS矢量水听器还存在一系列问题,其采用粘接的方式来进行纤毛的放置,存在一致性不好、对准的精度也不太高的问题,这不仅影响了单个水听器的性能,同时对水听器阵列的应用造成了一定的困难。本文从MEMS矢量水声传感器的研究背景与国内外发展的情况出发,对仿生纤毛式MEMS矢量水听器的原理进行了介绍。从原理上出发,我们提出了一种微纳跨尺度MEMS矢量水听器结构,设计出了将硅纳米线作为压敏单元,并分析了基于表面耗尽机制的纳米线巨压阻模型,同时将硅纤毛和二氧化硅梁集成加工,完成了工艺设计,并将加工过程中存在的各种问题进行了相关的分析研究,对二氧化硅四梁、硅纤毛以及硅纳米线进行了制备,最终实现了整套工艺的验证。最后,...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AN/SSQ型号声呐浮标Fig.1-1AN/SSQsonobuoys
中北大学学位论文3位精度高，已经成为美国近海防御预警的重要一环。图1-1AN/SSQ型号声呐浮标Fig.1-1AN/SSQsonobuoys图1-2Wilcoxon公司的三维水听器及阵列Fig.1-2Wilcoxon"sthree-dimensionalhydrophoneandarray俄罗斯对于矢量水听器的研究也有雄厚的基础，苏联时期就开始了前期的研究，并在1989年发表了相关研究著作“Vector-phaseMethodinAcoustics”[16]，讲述了关于矢量水声传感器的相关理论。后来俄罗斯远东设计院根据相关理论，成功研制出了三维同振球型矢量水听器，该水听器经过测试取得了很多成果，与当时声压标量水声传感器相比，其信噪比提高了10~20dB[17-19]，优势非常的明显。通过进一步发展，俄罗斯科学家将该水听器与声压标量水声传感器进行组合使用制作成声呐浮标来对测试海洋环境噪声进行测试，测试结果表明其能够对低频带范围内的海洋噪声进行测量。除了美国和俄罗斯，西方其他国家也对矢量水听器进行了相关研究和探索，并取得了一些科研成果，如英国的Plessey国防研究分公司联合其他公司研发的全光纤水听器拖曳阵列应用，并通过海洋环境测试，建成了相关的水下监测体系[20]；另外法国与英国
也取得长足进展，并在2003研制出第一款干涉型光纤矢量水听器以来，陆续研制了多种光纤矢量水听器，并进行了水听器在拖曳阵中的海洋测试[26-28]，取得了很多重要的测试结果。2009年，邢世文设计了一种由压电加速度计作为基础的矢量水听器[29]，并进行了8个该矢量水听器阵列的湖中实验，测试取得了很好的结果，如图1-5所示。2011年，王建飞等通过改进光纤矢量水听器壳体结构，用薄壁空心刚性柱体替换了弹性柱体，使光纤矢量水听器频带进一步拓宽，并通过测试显示其在工作频带图器内，加速度灵敏变化不超过1.4dB[30]。图1-3较低频同振式球形矢量水听器图1-4较高频同振式球形矢量水听器Fig.1-3Lowerfrequencyco-vibratingFig.1-4Higherfrequencyco-vibratingsphericalsphericalvectorhydrophonevectorhydrophone
本文编号：3489666
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AN/SSQ型号声呐浮标Fig.1-1AN/SSQsonobuoys
中北大学学位论文3位精度高，已经成为美国近海防御预警的重要一环。图1-1AN/SSQ型号声呐浮标Fig.1-1AN/SSQsonobuoys图1-2Wilcoxon公司的三维水听器及阵列Fig.1-2Wilcoxon"sthree-dimensionalhydrophoneandarray俄罗斯对于矢量水听器的研究也有雄厚的基础，苏联时期就开始了前期的研究，并在1989年发表了相关研究著作“Vector-phaseMethodinAcoustics”[16]，讲述了关于矢量水声传感器的相关理论。后来俄罗斯远东设计院根据相关理论，成功研制出了三维同振球型矢量水听器，该水听器经过测试取得了很多成果，与当时声压标量水声传感器相比，其信噪比提高了10~20dB[17-19]，优势非常的明显。通过进一步发展，俄罗斯科学家将该水听器与声压标量水声传感器进行组合使用制作成声呐浮标来对测试海洋环境噪声进行测试，测试结果表明其能够对低频带范围内的海洋噪声进行测量。除了美国和俄罗斯，西方其他国家也对矢量水听器进行了相关研究和探索，并取得了一些科研成果，如英国的Plessey国防研究分公司联合其他公司研发的全光纤水听器拖曳阵列应用，并通过海洋环境测试，建成了相关的水下监测体系[20]；另外法国与英国
也取得长足进展，并在2003研制出第一款干涉型光纤矢量水听器以来，陆续研制了多种光纤矢量水听器，并进行了水听器在拖曳阵中的海洋测试[26-28]，取得了很多重要的测试结果。2009年，邢世文设计了一种由压电加速度计作为基础的矢量水听器[29]，并进行了8个该矢量水听器阵列的湖中实验，测试取得了很好的结果，如图1-5所示。2011年，王建飞等通过改进光纤矢量水听器壳体结构，用薄壁空心刚性柱体替换了弹性柱体，使光纤矢量水听器频带进一步拓宽，并通过测试显示其在工作频带图器内，加速度灵敏变化不超过1.4dB[30]。图1-3较低频同振式球形矢量水听器图1-4较高频同振式球形矢量水听器Fig.1-3Lowerfrequencyco-vibratingFig.1-4Higherfrequencyco-vibratingsphericalsphericalvectorhydrophonevectorhydrophone
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