本文關(guān)鍵詞：基于Parylene封裝的“棒棒糖式”MEMS矢量水聽器

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【摘要】：由中北大學自主研制的仿魚類側(cè)線系統(tǒng)的MEMS矢量水聽器,結(jié)合了MEMS技術(shù)和仿生學原理,在水聲探測中表現(xiàn)出良好的性能,如矢量檢測特性,尺寸小和價格低廉等優(yōu)點�；谇叭说难芯抗ぷ�,該傳感器的封裝和接收靈敏度是傳感器研究至關(guān)重要的問題:減少封裝對頻率響應特性的影響,提高傳感器的接收靈敏度。為了消除聚氨酯透聲帽對諧振頻率的干預和減少粘滯硅油對諧振頻率的影響,提出了Parylene薄膜封裝的仿海豹胡須式MEMS矢量水聽器(WIVH),用于拓寬頻率響應的帶寬和改善頻率響應的特性。Parylene均勻保形地沉積在整個傳感器表面,取代現(xiàn)有仿魚類側(cè)線系統(tǒng)封裝技術(shù),即聚氨酯透聲帽和粘滯硅油封裝。頻率響應是水聽器設計過程中的一個關(guān)鍵因素,本文主要通過建模和表征證實WIVH對頻率響應特性的優(yōu)化。根據(jù)聲壓梯度原理,分析聚氨酯透聲帽共振峰對頻率響應的影響,并證明WIVH是一個標準的聲壓梯度型矢量水聽器,在線性區(qū)域中,頻率響應曲線隨著頻率按照6dB/倍頻程增量變化。此外,分析了流體和Parylene膜之間的相互作用和Parylene封裝后結(jié)構(gòu)振動性能的變化。通過諧振頻率和頻率響應測試得到,相對于仿魚類側(cè)線系統(tǒng)MEMS矢量水聽器(LLIVH)的帶寬而言,WIVH頻率帶寬可以提高兩倍;Parylene薄膜封裝對于傳感器的頻響特性幾乎沒有影響。在封裝優(yōu)化的基礎上,本文通過增大傳感器信號接收區(qū)的表面積,實現(xiàn)MEMS矢量水聽器接收靈敏度的大幅度提高。球形低密度復合材料與纖毛集成可極大地提高信號接收區(qū)表面積,該結(jié)構(gòu)稱為“棒棒糖式”微結(jié)構(gòu)。首先建立了“棒棒糖式”MEMS矢量水聽器(LVH)接收靈敏度的數(shù)學模型,分析傳感器微結(jié)構(gòu)的應力分布模型,并可以通過ANSYS仿真得到不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對靈敏度的影響關(guān)系。MEMS矢量水聽器通過Parylene薄膜淀積實現(xiàn)絕緣封裝。通過仿真驗證了Parylene封裝對于傳感器靈敏度幾乎沒有影響,可以適量提高傳感器的諧振頻率。最后,表征實驗結(jié)果表明,接收靈敏度可以達-173.6dB(500Hz 0dB@1 V/μPa),與以往的纖毛狀MEMS矢量水聽器相比(CVH),接收靈敏度可以增加約10dB。此外,頻率響應呈現(xiàn)6dB/倍頻程的線性增加。工作頻段為20~500Hz,凹點深度超過30dB,表明水聽器在水聲監(jiān)測中的應用前景。
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB565.1

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