基于MEMS技術(shù)的仿生三軸向壓阻矢量水聽(tīng)器的研制.pdf

1、矢量水聽(tīng)器作為一種能夠同時(shí)獲得聲場(chǎng)標(biāo)量信息和矢量信息的水聽(tīng)器,得到國(guó)內(nèi)外水聲領(lǐng)域的高度重視。由中北大學(xué)研制的二維MEMS仿生矢量水聽(tīng)器具有體積小、低頻響應(yīng)好,剛性安裝等優(yōu)點(diǎn),但也存在只能實(shí)現(xiàn)二維平面定向,無(wú)法有效確定水下目標(biāo)空間方位的缺陷。為實(shí)現(xiàn)水下聲目標(biāo)空間定向,本文對(duì)MEMS仿生三軸向壓阻矢量水聽(tīng)器進(jìn)行了研究。
　　首先,本文在分析研究魚(yú)類側(cè)線感覺(jué)器的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了水聽(tīng)器的MEMS仿生三軸微結(jié)構(gòu);應(yīng)用聲學(xué)、彈性力學(xué)等知識(shí),結(jié)合

2、ANSYS有限元分析軟件,對(duì)MEMS微結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,得出了結(jié)構(gòu)參數(shù)和應(yīng)力、頻率之間的關(guān)系,在綜合考慮MEMS微結(jié)構(gòu)靈敏度、固有頻率后,確定了三軸MEMS微結(jié)構(gòu)的幾何尺寸;通過(guò)仿真確定了壓敏電阻的位置,并設(shè)計(jì)了MEMS微結(jié)構(gòu)惠斯通電橋的連接方式。
　　然后,結(jié)合外協(xié)加工單位的工藝要求,設(shè)計(jì)了工藝流程和加工版圖,完成了MEMS結(jié)構(gòu)的加工。根據(jù)MEMS基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的尺寸和應(yīng)用方式,完成MEMS芯片的封裝以及垂直纖毛與MEMS芯片的二次集成,

3、設(shè)計(jì)了針對(duì)該三軸MEMS微結(jié)構(gòu)的信號(hào)提取電路圖,并對(duì)三軸MEMS微結(jié)構(gòu)進(jìn)行聲學(xué)封裝,制作出MEMS仿生三軸向壓阻矢量水聽(tīng)器的模型樣機(jī)。
　　最后,完成了MEMS仿生三軸向壓阻矢量水聽(tīng)器的測(cè)試。先采用振動(dòng)臺(tái)驗(yàn)證MEMS仿生三軸微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特性,在此基礎(chǔ)上采用水聽(tīng)器校準(zhǔn)裝置驗(yàn)證MEMS仿生三軸向壓阻矢量水聽(tīng)器的性能。頻響測(cè)試顯示在800Hz以下頻段,水聽(tīng)器三個(gè)方向的靈敏度都不小于-200dB(0dB=1V/μPa,電路板放大倍數(shù)為50