高灵敏度宽频带阵列式仿生矢量水听器研究

针对MEMS仿生矢量水听器灵敏度和频带相互制约,不能同时满足宽频带高灵敏度测量的问题,在单个MEMS矢量水听器的基础上,设计了由四个单元构成的2×2单片集成微敏感结构阵列,实现了水听器的高灵敏度和宽频带。通过理论分析和ANSYS仿真分析,确定阵列微结构的尺寸,采用硅微机械加工工艺完成了阵列微结构的加工,最后在水声一级计量站对封装好的水听器进行了灵敏度和指向性校准测试。测试结果表明:该阵列式仿生矢量水听器未加前置放大时灵敏度达到-189 dB,频响范围20～5 000 Hz,具有良好的"8"字型指向性。     

基于加速度传感的三维光纤矢量水听器实验研究

研制了全光湿端的基于加速度传感的三维光纤矢量水听器，介绍了它的基本结构，测试了加速度灵敏度响应，在水声一级计量站标定了指向性和声压灵敏度，进行了海上试验。实验结果表明，该光纤矢量水听器具有很高的灵敏度、较好的空间指向性和良好的低频响应，并有了初步的海上实用性能。     

混合集成型压阻式矢量水听器设计

提出一种小型化新型压阻式矢量水听器的设计、制作工艺方法.详细分析通过混合集成工艺技术制作的压阻式矢量水听器的性能指标:灵敏度、频率响应.实际设计、制作混合集成型压阻式矢量水听器并进行测试.得出采用本工艺制作出外形尺寸只有ψp22 mm×40 mm的三维矢量水听器具有良好的三轴正交性,每轴向具有良好的"8"字型指向性,且具有良好的低频特性,声压灵敏度可达到-190 dB.     

三维压差式光纤矢量水听器设计与实验

阐述了压差式光纤矢量水听器的基本原理,分析了基元灵敏度及间距对其声压灵敏度的影响,进行了三维压差式光纤矢量水听器探头结构设计,研制了二维压差式光纤矢量水听器样品,并进行了性能指标测试。测试结果表明,在20~1 000Hz频段内,压差式光纤矢量水听器的声压灵敏度与理论计算结果基本吻合,在500Hz具有良好的指向性。     

一种新型MEMS矢量水听器的设计

针对国内对高灵敏、小体积、造价低的矢量水听器迫切应用需求的现状,提出了一种新型的双"T"型微机电系统(MEMS)矢量水听器。该敏感单元结构可一体化加工,且加工成本低,适合大批量生产,易于阵列化。采用ANSYS仿真,得出1阶共振频率为1 840Hz,压敏电阻位置距离梁根部180μm。对此结构进行声学封装与测试,测试结果表明,该水听器在1kHz的灵敏度达到-175dB,工作频段为100Hz～4kHz,具有良好的"8"指向性。     

基于三元阵列式MEMS水听器的被动定位系统设计

声纳系统是水下武器装备的重要组成部分,其发展趋向隐蔽性、小型化。文章提出了一种基于小型化三元阵列式微机电系统(MEMS)水听器的被动定位系统。首先,设计了一种三元阵列式MEMS水听器,即在同一芯片上集成三个不同角度偏差的MEMS矢量敏感单元;其次,在充分分析水听器工作原理的基础上建立了阵列式水听器的定位模型,并通过仿真验证了其设计的合理性;最后,以STM32单片机为控制核心设计了阵列式MEMS水听器的信号处理与目标定位系统。这种三元阵列式MEMS水听器在仿真定位中展现了良好的定位精度,充分证明了本系统设计的正确性及实用性。     

一种新型三维MEMS电容式矢量水听器研制

介绍了一种基于MEMS工艺设计的电容式矢量水听器.该矢量水听器的检测单元包括一个“三明治”结构敏感芯片和一个采用变送集成技术的信号调理电路.通过优化敏感芯片的结构和低噪声的信号调理电路,使矢量水听器得到很高的灵敏度、分辨率.利用MEMS微机械加工工艺制作出矢量水听器,检测单元相互正交并进行了声学灌封.矢量水听器完成了水下驻波场测试,测试结果表明:该矢量水听器的接收灵敏度在1 000Hz时达到-180 dB(0 dB re 1 V/μPa),动态范围大于120 dB.     

基于HTCC电路的MEMS复合同振型水听器设计

矢量水听器是感知水下声信息的重要设备,基于MEMS微加工工艺研制了一种复合同振型矢量水听器,将MEMS矢量水听器芯片与压电陶瓷环在结构上组合在一起,能够同时拾取水下目标信号的标量信息和矢量信息。内部集成了HTCC调理电路,能够有效降低传感器耦合噪声,提高检测信号的信噪比。通过驻波管计量,MEMS复合式水听器的工作频率范围为20～1 000 Hz,矢量振速通道灵敏度为-170.5 d B@1 k Hz,标量声压通道灵敏度为-174.7 d B@1 k Hz。通过内嵌电路,信噪比提高了15 d B。     

基于双迭片结构的三维声压梯度矢量水听器

矢量水听器可以测量声场中水质点运动的矢量信息,其中由双声压水听器构成的声压梯度矢量水听器,结构简单,适用于低频探测.通过对铍铜合金与压电陶瓷圆片构成的振子进行模态分析,制作了6只一致性好的双迭片型声压水听器作为声压梯度矢量水听器振子.将基于双迭片与压电陶瓷环结构制作的声压梯度矢量水听器进行灵敏度和指向性校准.结果表明,...     

薄壁圆柱壳体压差式光纤矢量水听器

分析了薄壁圆柱壳体压差式光纤矢量水听器的基本原理.用光纤迈克耳孙干涉法测量水声压差信号,用琼斯矩阵理论分析了干涉系统的偏振衰落原因并用法拉第镜实现偏振补偿.分析了压差判向的声学原理,仿真了余弦指向性曲线.用轴对称问题的准静态弹性力学原理分析了水听器背衬结构模型,得出声压差相移灵敏度的解析式.实验设计并实现了薄壁圆柱壳体压差式光纤矢量水听器样机,其测量的声压相移灵敏度与理论计算结果基本吻合,其指向性测量与计算机仿真分析基本一致.在低频段灵敏度上取得了突破,为低频水声环境应用压差式矢量水听器提供了依据,为小尺寸高灵敏度光纤矢量水听器的研制提供了参考.     

用于水声通信的矢量水听器研究

水声通信系统使用传统的声压水听器接收信号,无法获得水质点的振速信息。该文研制了直径为?38 mm、高为46 mm的同振型矢量水听器,可以同步共点地获取水质点的声压信息与振速信息,解决水声通信系统对8~13 kHz的信号获取不全面问题。矢量水听器内部采用专门设计的一种共用惯性质量块的一体化三维加速度传感器,空间3个轴向的灵敏度均大于328.0 pC/g(g=9.8 m/s²)。采用PZT-5压电陶瓷圆环作为矢量水听器的声压通道,研制了具有x、y、z通道和声压p通道的矢量水听器样机,并在水池中对矢量水听器样机进行测试。测试结果表明,10 kHz处x、y、z通道的声压灵敏度级均大于-172 dB(0 dB参考值1 V/μPa),且具有良好的余弦指向性;声压通道灵敏度级达到-198 dB,可以用于水声通信中8~13 kHz信号的获取。     

基于矢量水听器的双基地声呐前向干扰抑制技术

针对双基地声呐系统中存在特殊的直达声及前向散射等前向干扰,提出了矢量水听器在主动声呐系统应用的概念.利用矢量水听器可电子旋转的单边组合指向性,结合姿态传感器可实时抑制强前向干扰.分析并仿真了矢量水听器声压和振速通道灵敏度和相位一致性对干扰抑制效果的影响,为双基地矢量声呐的理论和实验研究奠定了基础.     

锥形纤毛式MEMS矢量水听器的设计

微电子机械系统(MEMS)矢量水听器具有高灵敏度、低频探测能力和"8"字指向性等特点,在水下探测时表现出良好的性能。双层纤毛结构在相同悬臂梁负荷的前提下能够有效提高水听器的灵敏度,但在二次集成中仍然存在上纤毛发生偏斜的情况,并影响水听器的灵敏度和指向性。为了解决这一问题,提出了一种锥形纤毛式微结构。首先分析了双层纤毛式结构在实际操作中出现的一些问题,然后通过ANSYS仿真软件对锥形纤毛式微结构进行静力学分析、模态分析和流固耦合分析。最后,通过比较校准法对锥形纤毛式水听器进行灵敏度和指向性测试。测试结果显示,锥形纤毛式微结构不仅能避免二次集成中出现的问题,而且可以将灵敏度提高约0.9 dB,并将纤毛质量减小15%,展现出很好的工程应用前景。     

一种自主定向磁复合三维MEMS矢量水听器

设计了一种自主定向的磁复合三维MEMS矢量水听器。该矢量水听器采用三维MEMS加速度传感器与磁传感器结构复合设计,并采用与信号处理电路紧靠方式,可减小噪声干扰及抑制信号衰减。通过磁复合三维MEMS矢量水听器解决单个矢量水听器定向精度不高问题。该矢量水听器完成了水下驻波场测试和无磁转台测试,测试结果验证了利用磁传感器补偿矢量水听器定向方法的可行性。     

复合式MEMS水听器的设计

针对微机电系统(MEMS)仿生矢量水听器工作频带窄,灵敏度低,且存在左、右舷模糊问题,设计了高灵敏宽频带复合式MEMS水听器。矢量部分选择4个不同纤毛长度的仿生矢量水听器组成阵列,各结构间采用并联方式,工作频带拓宽到4 800Hz,并分割出4个不同的频率段,在拓宽了频响带宽的同时保证了灵敏度。标量部分采用低频电容水声传感器进行优化设计,空腔注满硅油、振膜开设声学孔,提高振膜承压性的同时保证了良好的动态性能。后续对标量和矢量信息进行声能流联合算法处理,解决了左右舷模糊的难题。该文主要介绍了复合式MEMS水听器的工作原理,结合ANSYS workbench进行了仿真验证。选用玻璃片及绝缘衬底上的硅(SOI)片键合的单片集成复合结构工艺设计,在玻璃上定义空腔及下电极,在SOI片上定义十字梁和振膜,整体结构一致性好,定位精度高。     

驻波场条件下压差式矢量水听器相移灵敏度的研究

压差式矢量水听器的校准一直是一个尚未解决的问题,针对此问题文章设计了一中基于光纤传感的压差式矢量水听器对其传感原理进行了理论分析,并为其设计了驻波场校准方案,对驻波场校准此类压差式矢量水听器进行了理论分析和计算机仿真并作比较。此类研究方法对压差式矢量水听器的应用具有重要的作用和意义。     

压差式光纤矢量水听器驻波场校准特性研究

利用压差式光纤矢量水听器获取复声阻抗下的声场信息,不仅需对实声阻抗下声信号的相位进行校准,还必须对虚阻抗下声信号的幅度作校准。驻波场下声阻抗为虚数,可实现声信号幅度的校准,由于2个传感基元灵敏度存在差异,声压梯度值与理论值存在幅度的差异,指向性特性为一大一小的"8"字型,凹点发生偏移。采用双光纤干涉仪结构的一维压差式光纤矢量水听器进行测试,证明了上述结论,采用灵敏度修正,可将两基元灵敏度非一致对指向性造成的影响消除,得到较理想的指向性曲线,实现对声信号幅度的校准。     

用于矢量水听器的电涡流传感器的研究

该文分析了用于位移矢量水听器的电涡流传感器的工作原理,对电涡流传感器的传感系数进行研究,得到了电涡流探头线圈的各参数对传感系数的影响,并通过实验对传感系数的计算模型进行了验证。对电涡流位移传感器的指向性分辨力进行研究。运用有限元软件对其进行仿真,得到主轴方向上传感系数与主轴正交方向上传感系数之比,该比值随着金属被测体半径的增大而增大,且均大于20 dB,满足矢量水听器指向性分辨力的要求。     

集成硅纤毛的MEMS矢量水听器的压阻特性

水听器是水下探测的主要仪器,通过对其结构的研究和改进可显著提升其性能.针对现阶段矢量水听器所采用的纤毛二次集成方式所造成的一致性误差较大的问题,以硅纳米膜作为压敏单元,设计了一种新型基于微电子机械系统(MEMS)的压阻式矢量水听器.通过理论及仿真确定最优尺寸,进行一体化工艺流程的设计,将硅纤毛直接集成在二氧化硅梁上,既...     

基于MEMS的压阻式一体化矢量水听器

随着水下探测技术的发展,为满足水听器更精准的定位和更远距离的探测要求,提出了一种基于微电子机械系统(MEMS)的压阻式一体化矢量水听器.设计了一套能够将硅纤毛与二氧化硅悬臂梁相集成的工艺方案,以期解决长期以来由于纤毛二次集成带来的一致性误差.对水听器的性能进行有限元仿真分析,通过应力仿真得出理论上能够将其灵敏度提高约1...