壓電式MEMS仿生結構矢量水聲傳感器的研制.pdf

1、隨著推行海洋強國政策，加強海洋的開發(fā)、管理、利用以及控制等能力成為未來持續(xù)健康發(fā)展的重心，各國著重于研究矢量水聲傳感器。為了解決低頻、遠程、多目標物體識別，目前亟需解決的關鍵問題在于：探索、研究與發(fā)展矢量水聲傳感器實現(xiàn)微型化、低頻下精確探測同時提升靈敏度。
　　結合仿生原理，壓電效應和MEMS技術開發(fā)的壓電式MEMS矢量水聲傳感器有望解決上述問題。文中設計了基于壓電效應的MEMS仿生結構矢量水聲傳感器，通過仿生學原理和壓電效應使設

2、計出的水聲傳感器靈敏度得以提高；通過MEMS技術和壓電原理，批量制造無源器件，實現(xiàn)微小型化。期望設計的傳感器具有體積小，動態(tài)測試范圍廣，噪聲低，靈敏度高等優(yōu)點。
　　本文分析了水生動物的側線感覺傳導的仿生學理論和材料的壓電效應，通過對設計水聲傳感器的理論分析，論證本文制作的器件的可行性。根據上述理論，設計出四懸臂梁-中心連接體結構，建立了數學模型，對其固有頻率，靈敏度，應力以及剛度進行分析，并通過MATLAB、ANSYS進行仿真、

3、分析、對比。在MEMS加工技術平臺上完成器件基礎芯片的制作，組裝。模仿水生動物感覺器，完成仿生封裝，制造出壓電式MEMS仿生矢量水聲傳感器的模型樣機。
　　最后，自主搭建振動測試平臺初步完成模型樣機的靈敏度、指向性的校準實驗。實驗結果表明設計的水聽器質量輕、體積小、具有“8”字指向性。靈敏度為-192.2dB@500Hz（0dB參考值1V/μPa），頻帶寬度為20～300Hz。100Hz時頻帶內指向性凹點深度大于20dB，軸向靈敏