随着人们对海洋开发的深入及智能设备的发展,无人水下航行器在水下环境勘探、设备监测、军事领域等方面逐渐扮演重要角色。为了感知周围的环境,无人水下航行器需要一系列传感装置来为自身的导航提供相关信息。传统的传感方式如光学成像、声呐等存在一定的问题。光学成像在浑浊、能见度低的水域会失效。声呐存在着声呐盲区、自身发出的声波可能被其他设备捕捉到、高强度的声波会给水下生物带去危害等问题。此外,这些设备较重,不利于无人水下航行器的轻型化,也会消耗较多的能量。如何为无人水下航行器提供新的传感方式成为需要解决的问题。自然界中水生生物通过进化形成了感知水下环境的能力,因此仿生传感技术成为解决该问题的一种方式。现代传感技术的发展有着高精度、微功耗（或无源化）、微型化、智能化等趋势,利用正压电效应工作的压电传感器不需要外部供电,结合微制造技术加工出小尺寸的器件,能够为无人水下航行器等提供一种体积小、重量低、节约能源的传感方式。通过分析面向水下扰动的探测原理和工作要求,提出了以大高宽比柱体安装在压电膜片中心的传感器基本构型,柱体作为受力部件伸入流场将流激力传递到压电敏感元件上产生响应输出。压电膜片通常工作在d31模式下,然而d33参数是d31参数的二倍,工作在d33模式下的压电膜片有利于提高传感器的灵敏度,为此,本文设计了位于压电膜片表面的叉指电极来实现其径向极化。通过有限元仿真论证了有效实现径向极化的电极配置。通过理论分析了电极参数对压电膜片径向场分布的影响。之后提出了仿生鱼类侧线传感器和仿生海豹胡须传感器构型,它们分别是将圆柱和椭圆柱安装在径向场型压电膜片中心而构成的,柱体用来模拟鱼类侧线或海豹胡须承受流激力,压电膜片用来模拟鱼类侧线或海豹胡须根部的神经元来产生信号。两种传感器构型均可用于流速的检测。圆柱结构可不受来流方向的影响,因此适用于识别水下扰动源的位置;椭圆柱结构随着水流迎角的变化会有不同的特征尺寸而产生不同的阻力,因此适用于识别水流迎角。利用薄板振动理论、压电理论和能量法,建立了径向场型压电膜片的力电耦合数学模型,数值分析了电极参数和膜片尺寸参数等对压电膜片响应输出电压的影响。基于柔度分析法,建立了附加质量压电膜片系统谐振频率的计算模型,数值分析了压电膜片尺寸参数和附加质量对传感器系统谐振频率的影响。为了进一步分析传感器在流激力作用下的响应输出,开展了相关仿真研究。建立了考虑径向极化方向设置的仿生压电传感器有限元模型,通过定义和旋转单元局部坐标系的方式实现了极化设置。进行了模态分析,获取了不同附加质量下传感器系统的谐振频率,其结果与理论模型所得的结果相一致。在圆柱和椭圆柱绕流的流体动力学仿真分析的基础上,将流激力耦合到传感器的有限元仿真中,分析了传感器的振动特征和响应输出。结果表明,减小膜片半径、减小膜片厚度、增大圆柱直径、增大圆柱长度有利于提高仿生鱼类侧线传感器的响应输出;仿生海豹胡须传感器的响应输出随着水流迎角的增大而增大;两种传感器的响应输出均随着流速的增大而增大。利用微制造技术在洁净室内加工了压电膜片表面叉指电极,研制了仿生压电传感器实验样机。搭建了水下扰动探测实验平台,使用一个振动球体激励出水下扰动,通过使用所设计的传感器感知振荡流流速的大小和方向来获取扰动球的振动速度、位置及方向,实现对水下扰动的探测。进行了径向场型压电膜片的水下低频测试,压电膜片在不同流速激励下的响应输出电压与数值分析的结果具有较好的吻合,验证了理论模型的正确性。测试了仿生鱼类侧线传感器样机对低频振荡流的响应,在不同流速激励下,传感器的响应输出与仿真值相吻合;测试了样机具有定位振动球体位置的能力。测试了仿生海豹胡须传感器样机对低频振荡流的响应,在不同水流速度幅值和迎角下,传感器的响应输出与仿真值相吻合,论证了仿真的正确性。