同振型三轴光纤矢量水听器设计与实现

设计制作一款同振式光纤矢量水听器，其外形为圆球形。光纤矢量水听器是由弹性体、质量块、固定件、底部球壳、球壳上盖、干涉仪组成。外形尺寸为φ100mm。实验测得在100Hz～1kHz频段内.，加速度灵敏度≥40dBre1rad/g，.指向性>25dB，对矢量水听器探头在声学水池中测试加速度灵敏度，通过测试加速度灵敏度为平均435dBre1rad/g，灵敏度波动小于±15dB。指向性指标进行测试，我司版本矢量水听器的指向性表现出了“∞”字型图样，指向性约为26dB，该矢量水听器加速度灵敏度高一致性好，使用方便，满足工程应用需求。     

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。     

单片集成四元阵列式MEMS矢量水听器的研究

针对当前对MEMS矢量水听器高可靠性迫切要求,设计了2×2单片集成四元阵列式MEMS矢量水听器,以保证其中一个敏感微结构失效损坏或工作不正常时,水听器仍能正常工作.结合ANSYS软件对阵列敏感微结构进行了仿真分析;设计了该微结构的加工工艺流程;最后,对阵列式MEMS矢量水听器进行水声校准测试.测试结果表明:阵列式水听器可靠性明显提高,灵敏度达到-179 dB(0 dB =1V/μPa),具有良好的“8”字指向性.     

一种新型压阻式硅微仿生矢量水听器的设计

介绍了一种新型的基于压阻效应的硅微仿生矢量水听器,详细叙述了该矢量水听器的结构设计方法,利用有限元软件ANSYS对矢量水听器结构进行了模态分析,采用振动台标定与低频校准装置测试相结合的方法对水听器进行测试,并给出了检测单元的加速度频响特性曲线和声压灵敏度曲线,以及矢量水听器在水下测试的接收灵敏度曲线和指向性图的测试结果。通过此实验方法,不仅验证了该矢量水听器设计的合理性,而且验证了它适用于低频检测,应用于水声探测具有一定的可行性。实验证明,该矢量水听器的接收灵敏度在500Hz时达到-189.6dB(0dB=1V/μPa),并具有良好的“8”字形的指向性。     

一种新型压阻式硅微仿生矢量水听器的设计

介绍了一种新型的基于压阻效应的硅微仿生矢量水听器,详细叙述了该矢量水听器的结构设计方法,利用有限元软件ANSYS对矢量水听器结构进行了模态分析,采用振动台标定与低频校准装置测试相结合的方法对水听器进行测试,并给出了检测单元的加速度频响特性曲线和声压灵敏度曲线,以及矢量水听器在水下测试的接收灵敏度曲线和指向性图的测试结果.通过此实验方法,不仅验证了该矢量水听器设计的合理性,而且验证了它适用于低频检测,应用于水声探测具有一定的可行性.实验证明,该矢量水听器的接收灵敏度在500 Hz时达到-189.6 dB(0 dB=1 V/μPa),并具有良好的"8"字形的指向性.     

压电圆盘弯曲式矢量水听器的设计

介绍一种采用三迭圆片作为敏感元件的矢量水听器——压电圆盘弯曲式矢量水听器的设计方法 ,并给出根据此方法设计制作的压电圆盘弯曲式矢量水听器的性能指标——自由场开路电压灵敏度和指向性图的实验测试结果 :自由场电压灵敏度为 - 2 14.5dB(0dB =1V/μPa ,测试频率 10 0 0Hz) ;指向性图的分辨力kd >2 0dB。     

基于压电加速度计的同振型矢量水听器的设计

介绍一种压电加速度计在新型水声接收换能器———同振型矢量水听器设计中的应用方法。叙述了采用压电加速度计设计同振型矢量水听器的理论依据,并给出根据此方法设计制作的同振型矢量水听器的自由场开路电压灵敏度和指向性图测试结果:自由场电压灵敏度为-190～-200dB(0dB=1V/μPa,测试频率1000Hz),指向性图分辨力kd>20dB。     

仿生矢量水听器水下监测记录装置

介绍了仿生矢量水听器水下监测记录装置的结构与功能,该装置使用FPGA控制ADS8365来采集两个仿生矢量水听器的声压与振速信号,并将采集到的数据用Flash进行存储,在实验完毕后将数据通过USB口读出,本系统也可以实现水声数据的实时监测与传输;为分别从方案设计、硬件实现及软件系统等方面进行了详细的研究和描述.     

基于压差式矢量水听器的多目标分辨

矢量水听器是一种既能测量声场中的声压信息,又能测量声场中的振速信息的换能器.矢量特性使得单个矢量水听器就可以实现信号的方位估计,但是传统的矢量水听器处理方法只是利用了信息量增加这一优点,因而提出了一种利用单个压差式矢量水听器进行非相关目标方位估计方法,该方法有效利用声场中声压和质点间振速之间的互相关性,仿真和测试结果表明该方法能有效地进行双目标分辨.     

阵列式MEMS矢量水听器的信息采集系统设计

设计了一种应用于阵列式MEMS矢量水听器的水下信息采集系统,用于采集水声信号和水听器姿态信息;采集信息经编码后通过RS422接口输出。设计了一种低噪声前置放大电路来对模拟信号进行调理;对于时统信号和姿态信号,采用抽样判决进行消抖,保证了信号接收的准确性。将采集系统与水听器封装一体后进行了测试,结果表明,系统工作稳定,可准确采集水听器的水下信息。     

纳机电矢量水听器耐压结构设计

纳机电矢量水听器具有低频性能好,灵敏度高等性能优点,在深海探测领域具有巨大的应用潜力,为满足超深水工作的要求提出了绝缘托盘式新型封装结构,解决了纳机电矢量水听器的耐高静水压技术难题。首先,进行聚氨酯透声帽外围封装承压分析,理论论证聚氨酯基体树脂材料的极限耐静水压强度为42.3 MPa。然后,对MEMS芯片输出电压进行理论计算以及对其进行模态仿真,得出在高达20 MPa的静水压作用下,传感器的输出灵敏度基本无变化,而且工作频带有所拓宽。测试结果表明:改进封装的纳机电矢量水听器在高压20 MPa时,可以实时获得敲击信号;加压前后,该水听器在20 Hz~1 000 Hz工作频带内水听器的灵敏度和指向性基本一致。     

MEMS矢量水听器及其方位估计研究

水下目标被动侦测对高灵敏、低频检测矢量水听器提出了越来越高的要求,传统的矢量水听器已不能满足需求。基于新原理的矢量水听器的大量研究,提出了一种新的MEMS矢量水听器,介绍了该水听器方位检测原理;设计了方位估计实验方案,完成了实际的方位估计实验。测试结果表明：该水听器角度测试值与真实值基本相符,误差约为2°。     

纤毛式MEMS矢量水听器的优化设计与测试

针对目前MEMS仿生矢量水听器灵敏度偏低和现有封装结构的固有机械特性对芯片拾振特性影响很大的问题,对该结构水听器从两个方面进行优化设计,一是提出一种新型纤毛材料碳棒代替光纤,二是提出嵌入式透声帽封装结构.首先理论分析纤毛和封装对水听器灵敏度和频带的影响,并用ANSYS软件对其进行仿真,最后对加工的水听器样机进行频响和指向性测试.测试结果表明:在25 ～300 Hz,优化后的水听器灵敏度提高了5 dB;在300～ 1000 Hz,优化后水听器灵敏度提高10 dB,优化后水听器的共振峰明显后移,拓宽了水听器的工作频带,且具有良好的指向性,为水听器进一步的发展和工程应用奠定了基础.     

矢量水听器综述

概述了水声换能器的内涵,水声测量用传感器的分类和作用;介绍了国外矢量水听器的技术发展及应用动态。归纳了矢量水听器在低频、高灵敏度的检测需求趋势和在高性能、小型化的实用需求以及包括薄膜检测、阵列检测的微光学检测、MEMS检测的技术发展趋势。     

压阻式矢量水听器声敏感结构的阻尼设计分析

用声学、流体力学理论,结合振动学的理论分析声敏感结构的阻尼特性,找出设计应遵循的一些基本原则。通过声学分析,得出了系统的阻尼与质量振动体的质点振速、阻尼介质参数、质量块的表面积和振动频率有关。对于相同的质量块结构,由于表面积相同,则在空气中的声辐射阻小于在液体中的辐射阻,可以得出质量块在空气中的阻尼系数小于在液体中的阻尼系数的结论,并有声系统中辐射阻的作用与拾振系统中阻尼的作用可以等效的结论。对于一维平动、一维非平动、二维有限平板情况,阻尼系数的表达式具有基本相同的形式,阻尼系数与结构参数有关,与板间距h三次方成反比,与材料的粘滞系数成正比。     

基于Parylene 封装的宽频带MEMS矢量水听器

针对目前水听器的聚氨酯封装所导致的窄频带问题,提出一种新的高疏水Parylene薄膜无透声帽封装矢量水听器,即利用Parylene薄膜的淀积高保形性、低渗透性和高绝缘性实现无透声帽封装,解决透声帽带来共振峰引入问题,拓宽水听器的频带。实验结果表明：水听器的共振峰由450 Hz提高到了1400 Hz。     

四元阵型MEMS矢量水听器微结构设计

针对当前的MEMS矢量水听器存在左右舷模糊问题,提出了一种四元阵型MEMS矢量水听器微结构。首先,从理论上分析了当前的MEMS矢量水听器左右舷模糊问题,从而提出了可消除左右舷模糊的四元阵型MEMS矢量水听器微结构。其次,对四元阵型MEMS矢量水听器微结构进行有限元仿真,声源方向可以通过分析各阵元应力分布情况而唯一确定。最后,通过驻波声场试验验证其可行性,结果表明,该微结构可实现左右舷分辨,有效消除左右舷模糊。     

应用匹配场实现单矢量水听器被动定位

将匹配场原理应用到单矢量水听器上,实现对目标声源的被动定位。对常用的2种Bartlett处理器进行仿真分析,提出了一种改进的Bartlett处理器,可以抑制旁瓣个数并提高主瓣强度。通过试验数据分析,在1.3 km的范围内,接收信噪比不低于10 dB时,测距和测向误差可以控制在10%以内。该研究为单矢量水听器的实际应用提供了重要的参考依据。