MOEMS聲傳感技術(shù)及低頻聲傳播特性研究.pdf

1、在現(xiàn)代海戰(zhàn)中，隨著空中威脅目標的快速發(fā)展，水下航行器的生存面臨著越來越大的挑戰(zhàn)，在兩者的對抗中形成了“空優(yōu)潛劣”的格局。為了打破這種格局，世界各國都在大力研制潛空武器系統(tǒng)。而我國擁有遼闊的海疆，水下航行器是保衛(wèi)海疆不可缺少的“衛(wèi)士”。若要在未來海戰(zhàn)中進行有效的對敵防御和攻擊就必須擁有有效的潛空探測系統(tǒng)。這對于保證國防安全、人民生命財產(chǎn)的安全，具有重要的意義。本文根據(jù)國家863項目的要求，主要對水空探測系統(tǒng)中的MOEMS聲傳感技術(shù)及?？毡?/p>

2、景下空中低頻聲源在空中和海水中的傳播特性進行了研究。主要研究內(nèi)容如下：
　　 ⑴對MOEMS低頻聲傳感頭部進行了詳細的設(shè)計和仿真：結(jié)合法布里-珀羅干涉儀的基本原理，對MOEMS低頻聲傳感器頭部腔體的傳輸損耗、腔長、反射率進行了詳細的設(shè)計和仿真；對凸臺式微機械敏感薄膜的形變理論以及與優(yōu)化聲學特性相關(guān)的聲輻射阻抗特性進行了詳細的推導、仿真和討論，在此基礎(chǔ)上對微機械敏感薄膜進行了詳細設(shè)計；結(jié)合設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計要求，詳細設(shè)計了低頻聲傳感探測

3、頭，進行了總體的仿真；
　　 ⑵對MOEMS低頻聲傳感器頭部進行了制作：針對微機械敏感薄膜的厚度很薄，在制作過程中極易損壞的技術(shù)難點，設(shè)計了使用濕法腐蝕的方法來形成薄膜的技術(shù)方案；采用微機械加工工藝制作了微機械敏感薄膜，并對工藝中存在的問題，如裂紋、切片、不均勻性等存在的問題進行了分析，指出了改進方向；在對封裝損耗中出現(xiàn)的軸向失配、角向失配和間隙失配進行分析和仿真的基礎(chǔ)上，用毛細玻璃管、準直器和微機械敏感薄膜對低頻MOEMS聲傳

4、感頭部進行了封裝，制作了MOEMS低頻聲傳感器的樣品；通過與以色列的FOM聲傳感器進行對比試驗，我們研制的MOEMS低頻聲傳感器的靈敏度為50mV/Pa；
　　 ⑶由于研究對象是空中低頻聲源在?？毡尘跋碌膫鞑?，本文采用了快速場算法對低頻聲源的傳播特性進行研究。論文對基于傳播矩陣的快速場算法進行了推導。并通過理論計算方法對快速場算法中的核函數(shù)以及傳播損耗進行了比較驗證，證明了基于傳播矩陣的快速場算法的正確性；對快速場算法中頻率與采

5、樣點的關(guān)系進行了仿真和比較，得出對于較高頻率的聲源，使用快速場算法時采需要更多的樣點的結(jié)論；
　　 ⑷對影響聲傳播的海洋溫度、鹽度、深度等海洋聲學特性進行了詳細論述，在此基礎(chǔ)上對?？毡尘跋?，空中低頻聲源在等速淺海環(huán)境下空中和水下傳播的特性，以及聲源高度、傳播衰減系數(shù)對傳播特性的影響；對聲速為正/負梯度淺海模型、典型變聲速深海模型中的水下聲傳播特性進行了仿真，得出了低頻聲源在水下水平方向和垂直方向上的一些傳播特性的結(jié)論，并從理論上

6、對仿真結(jié)果和得出的結(jié)論進行了解釋；
　　 ⑸通過消聲水池對半無限空間進行模擬，在消聲水池中對不變聲速的半無限空間環(huán)境的空中低頻聲源（100Hz的脈沖聲波）的水下聲傳播特性進行了模擬實驗，實驗結(jié)果較好的驗證了中遠場仿真模型的預測；由于模型中忽略了側(cè)面波的影響，實驗中在近場的實測結(jié)果與仿真結(jié)果有偏差。
　　 綜上所述，本文對水空探測系統(tǒng)中低頻聲探測浮標的關(guān)鍵器件進行了設(shè)計和試制，從實踐上證明了基于非本征法布里-珀羅干涉儀結(jié)構(gòu)