MEMS同振型仿生矢量水听器实验测试

MEMS(Micro Electro Mechanical System,微机电系统)同振型仿生矢量水听器采用MEMS二维仿生矢量水听器和标准声压水听器一体化封装,保证了通道间的严格正交,海试环境下性能测试具有“8”字形余弦指向性和较高的灵敏度.在性能测试的基础上对水听器的定向能力进行了实验研究,实验结果表明:同振型矢量水听器能够实现声目标定向(定向误差小于3°)和运动目标的航迹跟踪,为后续的工程化应用打下了基础.     

声传感器阵列的实验研究

海洋中对目标的判决主要依靠于水听器阵列对水声信号的检测。为了对比声压阵与矢量阵对信号的检测能力,首先计算机仿真了声压阵和矢量阵的增益及其对目标方位的估计,而后加以实验验证。实验结果表明,矢量阵的增益高于声压阵,且其克服了声压阵左、右舷模糊的问题,能精确的对目标方位进行估计并完成对水下运动目标的航迹跟踪,从而验证了矢量阵的优越性。     

一种用于管道地面标记的MEMS仿生矢量声传感器

随着管道越埋越深,基于声检测原理的地面标记是现今管道技术的发展趋势.针对目前对管道内检测器标记难的现状,首次提出一种高灵敏度、高信噪比、高分辨率的新型MEMS仿生矢量声传感器运用到地面标记系统中.该文将该传感器与目前广泛应用在地面标记系统中的压电陶瓷振动传感器和动圈式高灵敏度地震检波器进行了不同的模拟对比实验.实验结果表明,MEMS仿生矢量声传感器具有检测距离长,可靠性能好,对土壤环境要求低等优点,从而验证了MEMS仿生矢量声传感器检测微弱信号的可行性和其在标记定位管道内检测器方向的良好的应用前景.     

叠加电桥检测的加速度传感器的设计

This paper describes the design,simulation,processing and test result of a high sensitivity accelerometer based on the piezoresistive effect which uses an overlay bridge detection method.The structure of this accelerometer is supersymmetric "mass-beams".This accelerometer has 8 beams,where two varistors are put in the two ends.Four varistors compose a Wheatstone bridge and the output voltages of the 4 Wheatstone bridges have been superimposed as the final output voltage.The sensitivity of the accelerometer can be improved effectively by these clever methods. A simplified mathematical model has been created to analyze the mechanical properties of the sensor,then the finite element modeling and simulation have been used to verify the feasibility of the accelerometer.The results show that the sensitivity of the accelerometer is 1.1381 m V/g,which is about four times larger than that of the single bridge accelerometers and series bridge sensor.The bandwidth is 0-1000 Hz which is equal to that of the single bridge accelerometers and the series bridge sensor.The comparison reveals that the new overlay detection bridge method can improve the sensitivity of the sensor in the same bandwidth.Meanwhile,this method provides an effective method to improve the sensitivity of piezoresistive sensors.     

MEMS压阻式加速度传感器的优化设计

提出了一种新型的MEMS压阻式加速度传感器,该传感器采用“四悬臂梁-质量块”结构,16个压敏电阻完全对称布放于悬臂梁上应力变化的线性区,既提高了传感器的灵敏度,又降低了轴间耦合度和非线性度.通过与八悬臂梁结构的仿真对比,得出该传感器具有更高的抗横向耦合性,约为八悬臂梁结构的30倍.     

基于MEMS的压阻式三轴加速度计的设计与测试

随着微机电(MEMS)产业的兴起,加速度计正在向微型化,集成化,高可靠性,高灵敏度的方向发展,具有广泛的军事和民用前景。在此提出了一种压敏电阻完全对称分布的“8梁—质量块”结构的硅微压阻式三轴加速度计,与传统的单悬臂梁结构或悬臂梁—质量块结构相比,这种结构具有更高的灵敏度和更小的轴间耦合度。介绍了采用ANSYS软件进行结构分析的过程,给出了三轴加速度计敏感单元的制作工艺流程。通过对加速度计的静态测试得出X、Y、Z轴的灵敏度分别为SX=48*10-6V/g, SY=54*10-6V/g, SZ=217*10-6V/g,非线性度分别为0.4%,0.6%,0.4% 。     

一种MEMS同振柱型仿生矢量水听器的研制

提出了一种结合MEMS技术、仿生原理和压阻原理的同振柱型矢量水听器,即由二维仿生水听器和声压水听器组合而成的柱体。在声学理论基础上详细介绍了该水听器的封装设计及制作过程,在国防水声一级计量站对该矢量水听器进行校准实验,实验结果表明:该同振型矢量水听器的工作频带范围为0～3 kHz;X通道灵敏度-177.9 dB(2 kHz),Y通道灵敏度-175.4 dB(2 kHz),声压通道灵敏度-175.8 dB(2 kHz);具有很好的"8"字指向性;可承受3 MPa压力。此新型MEMS同振矢量水听器适用于民用船只避障,渔业捕捞,海洋勘探等领域。     

T型MEMS矢量水听器的声纳测距研究

针对T型水听器灵敏度高,低频特性好,抗干扰能力强等优点,设计开发了一种单片机控制的水下声波测距系统。以声波在水中的传播速度为确定条件,使发声换能器发射声波,水听器接收声波,通过AT89S52单片机对声波测距系统的发射、接收时间的控制,计算出障碍物与水听器之间的距离。测试结果表明:系统可以稳定接收反射声波信号,实现短距离测量,测量误差小于1%。     

叠加电桥检测的加速度传感器设计

基于压阻效应的叠加电桥检测法加速度传感器采用超对称"八悬臂梁—质量块"结构,构成惠斯通电桥的力敏电阻器布放在悬臂梁的两端,4个惠斯通电桥的输出电压叠加后作为传感器的最终输出,有效提高了加速度传感器的灵敏度。通过数学建模仿真分析验证了方案的可行性。性能测试结果表明:该加速度计的灵敏度为1.1381mV/gn,频响范围为0～1000Hz,灵敏度约为单电桥检测法和串联电桥检测法加速度传感器灵敏度的4倍。叠加电桥检测法为压阻式传感器提高灵敏度提供了一种新思路。