MEMS仿生矢量水聲傳感器設(shè)計(jì)及其工藝研究.pdf

1、隨著聲隱身技術(shù)的發(fā)展，水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的輻射噪聲大幅度下降，這對(duì)噪聲測(cè)試技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，尤其是低頻、遠(yuǎn)距離探測(cè)。矢量水聲傳感器的發(fā)展和應(yīng)用，大大提高了對(duì)安靜型目標(biāo)的探測(cè)能力，矢量水聲傳感器相關(guān)技術(shù)正在成為水聲工程領(lǐng)域令人矚目的研究方向之一。目前對(duì)矢量水聲傳感器來(lái)說(shuō)急需解決的幾個(gè)問(wèn)題是：1，高靈敏度問(wèn)題： 2，甚低頻檢測(cè)問(wèn)題；3，矢量水聲傳感器的小型化問(wèn)題；4，抗噪聲干擾問(wèn)題等。 以上問(wèn)題可以以MEMS技術(shù)平臺(tái)為依托，開發(fā)新型傳感

2、器制作技術(shù)，并通過(guò)微系統(tǒng)集成技術(shù)途徑得到解決。本文基于MEMS技術(shù)基本理論，提出采用量子阱薄膜的介觀壓阻原理實(shí)現(xiàn)水聲信號(hào)的檢測(cè)，利用MEMS工藝技術(shù)制作小型矢量水聲傳感器。期望利用量子阱薄膜材料的高靈敏度壓阻效應(yīng)，提高矢量水聲傳感器的探測(cè)靈敏度；利用聲學(xué)柱體的仿生原理和聲學(xué)原理實(shí)現(xiàn)傳感器低頻矢量探測(cè)，并且利用MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)小型化。 論文根據(jù)魚類側(cè)線器官仿生原理，提出了一種新型MEMS仿生矢量水聲傳感器。文中概括地介紹了仿生傳感

3、器的仿生原理和聲學(xué)探測(cè)原理；完成了以壓敏電阻為敏感元件的水聲傳感器仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并對(duì)傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真；采用標(biāo)準(zhǔn)的壓阻式MEMS加工工藝完成了水聲傳感器四梁微結(jié)構(gòu)的加工并對(duì)水聲傳感器進(jìn)行了封裝，最后在中科院聲學(xué)所和715所對(duì)MEMS仿生矢量水聲傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示：該仿生矢量水聲傳感器具有很好低頻‘8’字型矢量指向性，聲壓靈敏度達(dá)到-200dB。理論分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，將該仿生傳感微結(jié)構(gòu)應(yīng)用于水聲探測(cè)是可行的，將魚類側(cè)線

4、聽覺仿生原理和MEMS技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于水聲探測(cè)領(lǐng)域，為新型高性能水聲傳感器的研究開拓新的方向。 本文研究創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在： a)本文基于魚類側(cè)線聽覺仿生學(xué)原理，首次設(shè)計(jì)出仿生矢量水聲傳感器微結(jié)構(gòu)，所以傳感器結(jié)構(gòu)新穎。b)傳感器采用具有介觀壓阻特性納米超晶格薄膜作為敏感元件，實(shí)現(xiàn)聲學(xué)信號(hào)到電學(xué)信號(hào)的轉(zhuǎn)化，所以原理新穎。c)采用MEMS技術(shù)對(duì)水聲傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和加工，在矢量水聲傳感器制作方法新穎。因此本文的研究具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性，