MEMS仿生矢量水听器优化设计

针对纤毛式MEMS仿生单矢量水听器灵敏度偏低、频响曲线起伏较大的缺陷,对该结构水听器进行了优化设计.通过理论分析和仿真计算,从两方面进行了优化,一是纤毛材料的选择,选用光纤替代塑料柱体;二是设计了一种"半油半酯"新型封装结构.最后在国防水声一级计量站对该封装水听器进行了相应的校准测试.测试结果表明,该水听器性能较之前有了明显提高,灵敏度达到-165 dB(包括前置放大26 dB),频响范围为20 Hz～2 kHz(±4 dB),具有良好的"8"字型指向性.     

用于MEMS仿生矢量水听器流激噪声抑制的“三明治”式封装结构设计与性能测试(英文)

MEMS仿生矢量水听器具有体积小、成本低、安装方便、有矢量性等优点,将MEMS仿生矢量水听器应用于水下环境必须解决透声、绝缘、流激噪声抑制等问题.为此,在前期单层聚氨酯封装结构的基础上,提出聚氨酯-水-聚氨酯"三明治"式封装结构,外层聚氨酯直径36 mm,内层聚氨酯直径32 mm.完成了"三明治"式封装结构设计计算与试制测试;并通过典型使用环境实验验证该封装结构的流激噪声抑制能力.实验结果表明在20~1 000 Hz内该封装结构在几乎不损失灵敏度和矢量性的前提下,比前期的封装结构在抑制流激噪声能力方面提高20 dB以上.     

中频三轴向矢量水听器的研究

根据实际工程需要,设计、制作三轴向中频矢量水听器,其声压通道和矢量通道在结构上结合为一体,外形为两端带半球帽的圆柱形结构。矢量水听器体积为Ф44×88（mm）、工作频带为5Hz—8kHz。在驻波管和消声水池中对研制的矢量水听器进行了测试,测试结果表明：矢量通道的声压灵敏度级为-184dB(测量频率1kHz,0dB参考值1V/μPa),具有余弦指向性;声压通道灵敏度级为-198dB(0dB参考值1V/μPa)。研制的矢量水听器具有体积小、通道灵敏度高、使用时悬挂方便等优点,适合构建矢量水听器线阵。     

MEMS矢量水听器声压通道封装技术研究

为了更全面地获取水下声场信息,微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)矢量水听器常需集成声压敏感通道来提升单个换能器性能,MEMS矢量水听器的敏感芯片采用的是MEMS工艺制备完成,其封装必须与水隔离,传统的橡胶灌封方式会破坏MEMS敏感芯片的机电性能,故MEMS敏感芯片常采...     

矢量水听器性能参数测试及分析

随着声呐探测系统性能和稳定性的不断提高,矢量水听器因能同时共点测量声波的声压和振速信息,已开始应用于声呐探测系统。为保障海上实验,设计制作了胶囊形三维压电同振式矢量水听器。依据比较法测量原理,分别在驻波声管和消声水池中,对矢量水听器的x、y、z和p通道的低频段和高频段进行了灵敏度和指向性测试。测试结果表明,该型矢量水听器灵敏度较高、指向性较好,能够满足海上实验的需求。     

三维同振型矢量水听器设计

为了使同振型压电陶瓷矢量水听器在低频和甚低频下有高的振速接收灵敏度和优良的偶极方向性,采用高灵敏度的双迭片压电弯曲圆片作为加速度计和注水银技术。简要介绍了该矢量水听器的结构设计和水银量补偿两个关键技术,给出三维同振型矢量水听器声学性能测试结果。     

基于矢量水听器的南海海洋背景噪声测试

矢量声压振速联合处理建立在信号的声压和振速相位基础上,海洋环境边界影响将改变矢量声场声压振速的幅度和相位特性．首先根据南海环境条件结合水下目标辐射噪声测量,采用声场矢量简正波理论估算海面非相干偶极子噪声和水下点声源矢量强度随深度的变化,然后设计了可用于深海海域噪声测量的矢量水听器测试系统,获取了南海海域典型深度上的背景噪声矢量强度并进行了特性分析．结果表明：深海背景噪声谱级在500Hz以下基本上不随深度变化,在500Hz～3kHz频段浅深度背景噪声谱级略高于较深深度的背景噪声;振速垂直分量的背景噪声要小于声压和振速水平分量的噪声谱级．     

基于双压电晶片的矢量水听器加速度特性研究

利用解析法和有限元法分析了基于双压电晶片结构的矢量水听器的加速度响应特性,研究压电晶片和支撑金属片尺寸参数对水听器性能的影响。通过对试样水听器加速度灵敏度的理论计算和实测结果对比,验证了两种方法的适用性。     

用于MEMS矢量水听器流激噪声抑制的“三明治”式封装结构设计与性能测试

MEMS仿生矢量水听器应用于水下环境,必须解决透声,绝缘,流激噪声抑制等问题.为此,提出"三明治"式封装结构.完成了"三明治"式封装结构设计计算与试制测试;并通过典型使用环境试验验证该封装结构的流激噪声抑制能力.试验结果表明:该封装结构在几乎不损失灵敏度和矢量性的前提下,比前期的封装结构在抑制流激噪声能力方面提高20dB以上.     

纤毛式MEMS矢量水声传感器的仿生组装

提出了一种纤毛式微机电系统（MEMS）矢量水声传感器的仿生组装技术.期望结合MEMS工艺和仿生组装工艺技术,解决复杂结构的仿生制造问题.文中简单介绍了仿生学理论以及定向探测机理.采用MEMS基硅微机械加工技术完成了传感器微结构的加工.通过模仿鱼类侧线器官神经丘感觉器的仿生结构,完成了传感器仿生微结构的组装,制作出纤毛式硅微仿生矢量水声传感器的模型样机.最后,完成了传感器的校准测试.测试结果表明,该水声传感器不但体积小、质量轻、结构简单,而且具有“8”字型的指向特性.该水声传感器的声压灵敏度为-197.7 dB（0 dB=1 V/μPa）.     

中频同振柱型矢量水听器及其支撑结构设计

针对同振型矢量水听器后期悬挂金属弹簧或橡胶绳给使用者带来不便的问题,提出一种中频同振柱型矢量水听器及其支撑结构的设计方案。通过矢量水听器振动系统对其声学特性进行分析,通过ANSYS有限元软件,利用Mooney-Rivlin理论对圆环形橡胶弹簧在压缩情况下的水平剪切刚度进行仿真计算,分析了Rivlin参数对橡胶弹簧剪切刚度的影响,并研制出矢量水听器样机。在1000~4000 Hz频率范围内,对矢量水听器进行了测试,并给出了测试结果。在1 k Hz时,声压灵敏度为-195 d B,指向性凹点深度大于20 d B。测试结果表明,此种设计免除了反复悬挂金属弹簧或橡胶绳带来的负面效应。     

双矢量潜标被动定位方法研究

为了解决双矢量潜标交会定位法在基线区定位误差大的问题,根据定位方程推导了时差定位法和交会定位法在二维坐标系下的定位误差几何稀释的最简数学表达式。依据实际双潜标系统的测量误差,数值仿真给出了两种方法的定位误差分布的等高线图,对比分析可以得出,时差定位法能很好改善基线区的定位效果,而交会定位法在远离基线区时定位性能优于时差定位法,然后通过分析目标方位对定位精度的影响给出测角误差对定位产生很大影响的原因,与数学表达式分析结论吻合。最后将两种定位方法应用于实验数据处理中,验证了数值仿真分析的结论,为双潜标定位系统的实际应用提供参考。     

采用矢量阵测量的水中宽带近场声全息技术研究

基于声强测量的宽带声全息技术(BAH IM)是由近场声全息(NAH)领域脱颖而出的一项技术,它由全息面上互相垂直的两个切向声强分量计算出全息面上的复声压相位,得到全息面上复声压,再进行NAH处理。针对水中圆柱体的噪声源识别问题,给出了该方法在柱体中运用的基本原理,利用所编制的程序进行了仿真验证,最后,采用矢量阵进行了水中近场声全息测量实验,验证了该方法的可行性和准确性,实验结果表明柱面内BAH IM技术在水中柱形声源内辐射声场的重建噪声源识别和定位中有着明显的优势。     

单矢量水听器二维DOA估计算法

为了减小传统声压阵的布阵规模,提高传统声压阵的测量精度,利用矢量水听器的阵列流形特性,使用阵列信号处理的原理进行二维DOA估计。将单个矢量水听器理解成一个声压水听器和三个振速水听器组成的阵列,在无需知道信号先验知识的条件下,分别采用MUSIC算法和ESPRIT算法对多个不相关的单频窄带信号的二维DOA进行了估计。仿真结果表明:在高信噪比情况下,两种算法的精度都很高,优于5阵元的声压平行线阵。利用单矢量水听器能够对信号的二维到达角进行有效估计,远小于传统声压阵的布阵规模。     

一种单矢量水听器通道增益一致性分析方法

单只矢量水听器通道增益一致性对空间谱估计结果有很大的影响。通过理论推导证明,当单矢量水听器声压通道增益不同于两路振速通道时,最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response, MVDR)算法空间谱谱峰变宽,并且可能产生伪峰;当一路振速通道增益不同于另外两路通道时,MVDR算法空间谱估计值与真实值存在偏差,且可能存在伪峰,仿真分析验证了理论推导的正确性。根据分析结果,结合通道增益一致性对多重信号分类(MultipleSignal Classification, MUSIC)算法的影响,提出了一种判断单矢量水听器各通道增益一致性的分析方法。     

一种改进的WSF算法在单矢量水听器多目标方位估计中的应用

文章针对单个矢量水听器的多目标方位估计,提出了一种基于加权子空间拟合(WSF)的算法,该算法首先对单个矢量水听器接收数据作一任意的时间延迟,而后仿照ESPRIT算法的思路求解阵列响应矩阵,从中抽取各目标的波达方位。该算法在保留WSF算法分辨力高、估计方差小的优点的同时,通过结合ESPRIT算法的思想,克服了WSF算法计算量大,需迭代求解的缺点。由于该算法和声源频率无关,因而可直接应用于宽带声源的测向,并避免了传统ESPRIT算法中因估计延时相位而导致的频率-方位模糊问题。文中通过数值仿真和推导Cramer-Rao下界,给出了该算法的性能评价,数值仿真和湖试实验结果也充分验证了该算法的有效性。