MEMS矢量水聽(tīng)器作為水下目標(biāo)探測(cè)的重要組成部分之一,逐漸成為水聲探測(cè)研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。MEMS矢量水聽(tīng)器具有很多優(yōu)勢(shì),如重量較輕、體積較小、低頻探測(cè)能力較強(qiáng)等。由于矢量水聽(tīng)器既能探測(cè)水下標(biāo)量信息,同時(shí)又能探測(cè)振速信號(hào)等矢量信息,因此通過(guò)對(duì)矢量水聽(tīng)器的應(yīng)用我們就能同時(shí)得到目標(biāo)聲源的聲壓大小與其方位的信息。纖毛式仿生MEMS矢量水聽(tīng)器經(jīng)過(guò)多年來(lái)的發(fā)展,各項(xiàng)性能指標(biāo)得到了很大的優(yōu)化。但目前該類(lèi)型MEMS矢量水聽(tīng)器還存在一系列問(wèn)題,其采用粘接的方式來(lái)進(jìn)行纖毛的放置,存在一致性不好、對(duì)準(zhǔn)的精度也不太高的問(wèn)題,這不僅影響了單個(gè)水聽(tīng)器的性能,同時(shí)對(duì)水聽(tīng)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(guó)內(nèi)外發(fā)展的情況出發(fā),對(duì)仿生纖毛式MEMS矢量水聽(tīng)器的原理進(jìn)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(tīng)器結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)出了將硅納米線作為壓敏單元,并分析了基于表面耗盡機(jī)制的納米線巨壓阻模型,同時(shí)將硅纖毛和二氧化硅梁集成加工,完成了工藝設(shè)計(jì),并將加工過(guò)程中存在的各種問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)的分析研究,對(duì)二氧化硅四梁、硅纖毛以及硅納米線進(jìn)行了制備,最終實(shí)現(xiàn)了整套工藝的驗(yàn)證。最后,... 

【文章來(lái)源】：中北大學(xué)山西省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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AN/SSQ型號(hào)聲吶浮標(biāo)Fig.1-1AN/SSQsonobuoys

中北大學(xué)學(xué)位論文3位精度高，已經(jīng)成為美國(guó)近海防御預(yù)警的重要一環(huán)。圖1-1AN/SSQ型號(hào)聲吶浮標(biāo)Fig.1-1AN/SSQsonobuoys圖1-2Wilcoxon公司的三維水聽(tīng)器及陣列Fig.1-2Wilcoxon"sthree-dimensionalhydrophoneandarray俄羅斯對(duì)于矢量水聽(tīng)器的研究也有雄厚的基礎(chǔ)，蘇聯(lián)時(shí)期就開(kāi)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(lái)俄羅斯遠(yuǎn)東設(shè)計(jì)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(tīng)器，該水聽(tīng)器經(jīng)過(guò)測(cè)試取得了很多成果，與當(dāng)時(shí)聲壓標(biāo)量水聲傳感器相比，其信噪比提高了10~20dB[17-19]，優(yōu)勢(shì)非常的明顯。通過(guò)進(jìn)一步發(fā)展，俄羅斯科學(xué)家將該水聽(tīng)器與聲壓標(biāo)量水聲傳感器進(jìn)行組合使用制作成聲吶浮標(biāo)來(lái)對(duì)測(cè)試海洋環(huán)境噪聲進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明其能夠?qū)Φ皖l帶范圍內(nèi)的海洋噪聲進(jìn)行測(cè)量。除了美國(guó)和俄羅斯，西方其他國(guó)家也對(duì)矢量水聽(tīng)器進(jìn)行了相關(guān)研究和探索，并取得了一些科研成果，如英國(guó)的Plessey國(guó)防研究分公司聯(lián)合其他公司研發(fā)的全光纖水聽(tīng)器拖曳陣列應(yīng)用，并通過(guò)海洋環(huán)境測(cè)試，建成了相關(guān)的水下監(jiān)測(cè)體系[20]；另外法國(guó)與英國(guó)

也取得長(zhǎng)足進(jìn)展，并在2003研制出第一款干涉型光纖矢量水聽(tīng)器以來(lái)，陸續(xù)研制了多種光纖矢量水聽(tīng)器，并進(jìn)行了水聽(tīng)器在拖曳陣中的海洋測(cè)試[26-28]，取得了很多重要的測(cè)試結(jié)果。2009年，邢世文設(shè)計(jì)了一種由壓電加速度計(jì)作為基礎(chǔ)的矢量水聽(tīng)器[29]，并進(jìn)行了8個(gè)該矢量水聽(tīng)器陣列的湖中實(shí)驗(yàn)，測(cè)試取得了很好的結(jié)果，如圖1-5所示。2011年，王建飛等通過(guò)改進(jìn)光纖矢量水聽(tīng)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(tīng)器頻帶進(jìn)一步拓寬，并通過(guò)測(cè)試顯示其在工作頻帶圖器內(nèi)，加速度靈敏變化不超過(guò)1.4dB[30]。圖1-3較低頻同振式球形矢量水聽(tīng)器圖1-4較高頻同振式球形矢量水聽(tīng)器Fig.1-3Lowerfrequencyco-vibratingFig.1-4Higherfrequencyco-vibratingsphericalsphericalvectorhydrophonevectorhydrophone


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