發(fā)布時間：2021-11-11 22:38

　　MEMS矢量水聽器作為水下目標探測的重要組成部分之一,逐漸成為水聲探測研究的重點領(lǐng)域。MEMS矢量水聽器具有很多優(yōu)勢,如重量較輕、體積較小、低頻探測能力較強等。由于矢量水聽器既能探測水下標量信息,同時又能探測振速信號等矢量信息,因此通過對矢量水聽器的應(yīng)用我們就能同時得到目標聲源的聲壓大小與其方位的信息。纖毛式仿生MEMS矢量水聽器經(jīng)過多年來的發(fā)展,各項性能指標得到了很大的優(yōu)化。但目前該類型MEMS矢量水聽器還存在一系列問題,其采用粘接的方式來進行纖毛的放置,存在一致性不好、對準的精度也不太高的問題,這不僅影響了單個水聽器的性能,同時對水聽器陣列的應(yīng)用造成了一定的困難。本文從MEMS矢量水聲傳感器的研究背景與國內(nèi)外發(fā)展的情況出發(fā),對仿生纖毛式MEMS矢量水聽器的原理進行了介紹。從原理上出發(fā),我們提出了一種微納跨尺度MEMS矢量水聽器結(jié)構(gòu),設(shè)計出了將硅納米線作為壓敏單元,并分析了基于表面耗盡機制的納米線巨壓阻模型,同時將硅纖毛和二氧化硅梁集成加工,完成了工藝設(shè)計,并將加工過程中存在的各種問題進行了相關(guān)的分析研究,對二氧化硅四梁、硅纖毛以及硅納米線進行了制備,最終實現(xiàn)了整套工藝的驗證。最后,... 

【文章來源】：中北大學山西省

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

AN/SSQ型號聲吶浮標Fig.1-1AN/SSQsonobuoys

中北大學學位論文3位精度高，已經(jīng)成為美國近海防御預(yù)警的重要一環(huán)。圖1-1AN/SSQ型號聲吶浮標Fig.1-1AN/SSQsonobuoys圖1-2Wilcoxon公司的三維水聽器及陣列Fig.1-2Wilcoxon"sthree-dimensionalhydrophoneandarray俄羅斯對于矢量水聽器的研究也有雄厚的基礎(chǔ)，蘇聯(lián)時期就開始了前期的研究，并在1989年發(fā)表了相關(guān)研究著作“Vector-phaseMethodinAcoustics”[16]，講述了關(guān)于矢量水聲傳感器的相關(guān)理論。后來俄羅斯遠東設(shè)計院根據(jù)相關(guān)理論，成功研制出了三維同振球型矢量水聽器，該水聽器經(jīng)過測試取得了很多成果，與當時聲壓標量水聲傳感器相比，其信噪比提高了10~20dB[17-19]，優(yōu)勢非常的明顯。通過進一步發(fā)展，俄羅斯科學家將該水聽器與聲壓標量水聲傳感器進行組合使用制作成聲吶浮標來對測試海洋環(huán)境噪聲進行測試，測試結(jié)果表明其能夠?qū)Φ皖l帶范圍內(nèi)的海洋噪聲進行測量。除了美國和俄羅斯，西方其他國家也對矢量水聽器進行了相關(guān)研究和探索，并取得了一些科研成果，如英國的Plessey國防研究分公司聯(lián)合其他公司研發(fā)的全光纖水聽器拖曳陣列應(yīng)用，并通過海洋環(huán)境測試，建成了相關(guān)的水下監(jiān)測體系[20]；另外法國與英國

也取得長足進展，并在2003研制出第一款干涉型光纖矢量水聽器以來，陸續(xù)研制了多種光纖矢量水聽器，并進行了水聽器在拖曳陣中的海洋測試[26-28]，取得了很多重要的測試結(jié)果。2009年，邢世文設(shè)計了一種由壓電加速度計作為基礎(chǔ)的矢量水聽器[29]，并進行了8個該矢量水聽器陣列的湖中實驗，測試取得了很好的結(jié)果，如圖1-5所示。2011年，王建飛等通過改進光纖矢量水聽器殼體結(jié)構(gòu)，用薄壁空心剛性柱體替換了彈性柱體，使光纖矢量水聽器頻帶進一步拓寬，并通過測試顯示其在工作頻帶圖器內(nèi)，加速度靈敏變化不超過1.4dB[30]。圖1-3較低頻同振式球形矢量水聽器圖1-4較高頻同振式球形矢量水聽器Fig.1-3Lowerfrequencyco-vibratingFig.1-4Higherfrequencyco-vibratingsphericalsphericalvectorhydrophonevectorhydrophone


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