基于MEMS的矢量水听器的研究

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本文对基于MEMS的低频小型同振式矢量水听器的设计方法、制作工艺进行介绍。这种同振式矢量水听器采用低密度复合材料作为外壳、MEMS加速度传感器作为内部振动传感器,以拾取水下声场中的矢量信息。与以往同振式矢量水听器不同的是由于采用了MEMS加速度传感器,不仅减小了矢量水听器体积,同时也降低了整体密度。 本文采用ANSYS设计了小型化高性能的传感器,对单悬臂梁和双悬臂梁两种结构的硅微电容式加速度传感器进行了优化设计,并利用MEMS技术来实现。同时分析了传感器中空气阻尼对传感器本身频响的影响,通过合理选择传感器可动极板与固定极板间的距离,可以调整整个系统的阻尼。 根据仿真结果,设计了工作频带为0—1000Hz的双悬臂梁结构的硅微传感器,利用MEMS加工工艺制作了样品,并完成在空气中的性能测试,传感器灵敏度达到932mV/g。采用该传感器作为振子时,矢量水听器振速通道灵敏度可达到-190dB(0dB=1V/μPa,800Hz),为进一步研究基于MEMS的硅微同振式矢量水听器提供了基本依据。
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