壓電式MEMS仿生結(jié)構(gòu)矢量水聲傳感器的研制.pdf

1、隨著推行海洋強(qiáng)國政策，加強(qiáng)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(yuǎn)程、多目標(biāo)物體識(shí)別，目前亟需解決的關(guān)鍵問題在于：探索、研究與發(fā)展矢量水聲傳感器實(shí)現(xiàn)微型化、低頻下精確探測(cè)同時(shí)提升靈敏度。
　　結(jié)合仿生原理，壓電效應(yīng)和MEMS技術(shù)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(shè)計(jì)了基于壓電效應(yīng)的MEMS仿生結(jié)構(gòu)矢量水聲傳感器，通過仿生學(xué)原理和壓電效應(yīng)使設(shè)

2、計(jì)出的水聲傳感器靈敏度得以提高；通過MEMS技術(shù)和壓電原理，批量制造無源器件，實(shí)現(xiàn)微小型化。期望設(shè)計(jì)的傳感器具有體積小，動(dòng)態(tài)測(cè)試范圍廣，噪聲低，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。
　　本文分析了水生動(dòng)物的側(cè)線感覺傳導(dǎo)的仿生學(xué)理論和材料的壓電效應(yīng)，通過對(duì)設(shè)計(jì)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(jù)上述理論，設(shè)計(jì)出四懸臂梁-中心連接體結(jié)構(gòu)，建立了數(shù)學(xué)模型，對(duì)其固有頻率，靈敏度，應(yīng)力以及剛度進(jìn)行分析，并通過MATLAB、ANSYS進(jìn)行仿真、

3、分析、對(duì)比。在MEMS加工技術(shù)平臺(tái)上完成器件基礎(chǔ)芯片的制作，組裝。模仿水生動(dòng)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(jī)。
　　最后，自主搭建振動(dòng)測(cè)試平臺(tái)初步完成模型樣機(jī)的靈敏度、指向性的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明設(shè)計(jì)的水聽器質(zhì)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(shí)頻帶內(nèi)指向性凹點(diǎn)深度大于20dB，軸向靈敏