一种新型三维MEMS电容式矢量水听器研制

新型三维MEMS矢量水听器的设计李振;张国军;薛晨阳【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2013(026)007【摘要】根据国内对高灵敏度、低频小体积三维矢量水听器的需求,提出了一种仿鱼侧线纤毛的MEMS三维矢量水听器.该水听器采用多纤毛结构分别用来接收X、Y与Z方向的声信息,采用ANSYS进行仿真,静力分析得出了布放压阻的合理位置,谐响应分析得出该结构的固有频率在1.5 kHz左右;驻波桶校准测试结果表明:该水听器的灵敏度范围在-200 dB到-180 dB左右;在25 Hz～2 000 Hz频段内具有良好的频响特性;指向性分辨率大于等于30 dB,具有良好的“8”字形指向性.【总页数】5页(P950-954)【作者】李振;张国军;薛晨阳【作者单位】中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室,太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室,太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室,太原030051【正文语种】中文【中图分类】TB565.1【相关文献】1.一种新型的MEMS单矢量水听器研究 [J], 陈尚;薛晨阳;张斌珍;谢斌2.一种自主定向磁复合三维MEMS矢量水听器 [J], 李金平;史鑫;王晔;孙立凯;张鹏3.一种新型三维MEMS电容式矢量水听器研制 [J], 宫占江;李金平;张鹏;陈丽洁;孟洪4.硅基MEMS振速型矢量水听器设计 [J], 刘云飞;周瑜;朱晓枭;涂其捷;张学聪;冯杰5.一种新型MEMS矢量水听器的设计 [J], 许姣;李俊;张国军;石归雄;张文栋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

哈尔滨工程大学硕士学位论文基于MEMS的矢量水听器的研究姓名：孙淑珍申请学位级别：硕士专业：水声工程指导教师：洪连进20060301由系统感受到的加速度决定的。

有很多种实现方法，这些方法分别基于半导体的压阻效应、电容效应、压电效应和谐振器原理。

这些方法各有优缺点。

压阻式加速度传感器中是把被测加速度转化为电阻的变化，压电加速度计中被测加速度转化为电压变化，电容加速度计中转化为电容变化。

其中压阻式加速度传感器的缺点是具有较大的温漂，而且和电容式加速度传感器相比灵敏度较低【】６ｌ。

压电加速度计在低频段为保证高灵敏度具有体积大的缺点；而ＭＥＭＳ电容式加速度计恰恰适合工作在低频，且具有高的灵敏度【１７】，同时，电容加速度传感器还具有以下的优点：１．温度稳定性好电容式传感器的电容值一般与电极材料无关，有利于选择温度系数低的材料，又因本身发热极小，影响稳定性甚微。

２．结构简单，适应性强电容式传感器结构简单，易于制造，易于保证高的精度；可以做得非常精巧，以实现某些特殊的测量；电容式传感器一般用金属作电极，以无机材料（如玻璃、石英、陶瓷等）作绝缘支撑，因此能工作在高低温、强辐射及强磁场等恶劣的环境中，可队承受很大的温度变化，承受高压力、高冲击、过载等；自ｇＴｊｉ］超高压和压差。

也能对带磁工件进行测量。

１．５．２微电容式加速度传感器的研究现状国内外电容式加速度传感器有很多种类型，有硼硅膜加质量块式‘１８１见图１＿３：差动电容硅梁连质量块式【１９】见图１．４；国内外都有用梳齿结构的，如图１．５即是其中一种梳齿结构削；美国ＡＤＩ公司所生产的ＡＤｘＬ加速度有硅梁如图１．６所示结构的那样刚；图１３硼硅膜加质量块式电容加速度传感器结构图图１．４硅梁连质量块式电容加速度传感器的结构图图１．５梳齿式电容加速度传感器结构图图１．６ＡＤＸＬ加速度计的内部结构图哈尔滨工程大学硕士学位论文用在侦探信号时，需要很好的灵敏度和稳定性，而热噪声会对矢量水听器产生影晌，因而电容式加速度传感器用在矢量水听器中有着无可比拟的优点。

MEMS压电水听器和矢量水听器研究进展李俊红;马军;魏建辉;任伟【摘要】MEMS piezoelectric hydrophone and vector hydrophone have the advantages of miniaturization, low power consumption, low cost, easy to array, low noise, passive. The MEMS hydrophone and vector hy-drophone based on ZnO films were studied. The results show that the sensitivity of silicon micro piezoelectric hydrophone is ?192 dB (ref. 1 V/μPa), which basically meets the practical requirements. The equivalent acoustic pressure sensitivity of MEMS vector hydrophone is?229.5 dB(ref. 1V/μPa),which is 17 dB higher than that of the same type of MEMS piezoresistive vector hydrophone,but has not met the practical require-ments. In order to further improve the sensitivity of MEMS vector hydrophone,the separated electrodes series structure and the piezoelectric composite cantilever structure with U grooves were used in the design of MEMS vector hydrophone,the vanadium doped ZnO film with a higher piezoelectric coefficient was used as piezoelectric layer,and the MEMS process of piezoelectric hydrophone was improved.%基于微电子机械系统制造技术的MEMS 压电水听器和矢量水听器具有小型化、低功耗、低成本、易成阵、无源、噪音低等优点.对基于ZnO薄膜的MEMS水听器和矢量水听器进行了研究,测试结果表明,硅微压电水听器的灵敏度为?192 dB(ref. 1 V/μPa),基本达到实用化的要求.MEMS压电矢量水听器等效声压灵敏度为?229.5 dB(ref. 1 V/μPa),比同类型压阻式MEMS矢量水听器的灵敏度高17 dB,但还未达到实用化要求.为了进一步提高MEMS矢量水听器的灵敏度,设计了具有U形槽的压电复合悬臂梁结构和电极串联结构,采用具有更高压电系数的掺钒ZnO薄膜作为压电层,并对MEMS制备工艺进行了改进,有望显著提高MEMS矢量水听器的灵敏度.【期刊名称】《应用声学》【年(卷),期】2018(037)001【总页数】5页(P101-105)【关键词】微电子机械系统;水听器;ZnO薄膜;灵敏度【作者】李俊红;马军;魏建辉;任伟【作者单位】中国科学院声学研究所北京100190;中国科学院声学研究所北京100190;中国科学院声学研究所北京100190;中国科学院声学研究所北京100190【正文语种】中文【中图分类】TN3841 引言水听器是测量流体中声场(声压)的器件，其中压电式水听器是最为普遍采用的一种水听器。

一种自主定向磁复合三维MEMS矢量水听器李金平;史鑫;王晔;孙立凯;张鹏【摘要】设计了一种自主定向的磁复合三维MEMS矢量水听器.该矢量水听器采用三维MEMS加速度传感器与磁传感器结构复合设计,并采用与信号处理电路紧靠方式,可减小噪声干扰及抑制信号衰减.通过磁复合三维MEMS矢量水听器解决单个矢量水听器定向精度不高问题.该矢量水听器完成了水下驻波场测试和无磁转台测试,测试结果验证了利用磁传感器补偿矢量水听器定向方法的可行性.【期刊名称】《中国电子科学研究院学报》【年(卷),期】2014(009)006【总页数】5页(P653-657)【关键词】MEMS;矢量水听器;磁传感器;水声探测;定向精度【作者】李金平;史鑫;王晔;孙立凯;张鹏【作者单位】中国电子科技集团公司第49所,哈尔滨150001;中国电子科技集团公司第49所,哈尔滨150001;中国电子科技集团公司第49所,哈尔滨150001;中国电子科技集团公司第49所,哈尔滨150001;中国电子科技集团公司第49所,哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TP221随着水听器技术的发展，利用矢量水听器获取水下声信息并进行水下目标的探测、定向方法，正逐渐成为海洋环境监视、探测及水下目标识别的一种有效手段［1，2］。

1997年国内首次通过技术引进，系统地开展矢量水听器技术专题研究。

1998年进行了国内首次矢量水听器外场试验，2000年进行了国内首次矢量水听器海上试验，效果良好，为矢量水听器的工程应用做出了重要贡献［3，4］。

基于MEMS技术研制的矢量水听器正逐渐向微型化，集成化发展［2］。

利用MEMS技术研制的单矢量水听器可以实现目标定向功能，但如何使单个矢量水听器能更好地为对空间目标进行定向是当前研究的重点和难点。

设计了一种自主定向及目标判别的磁复合三维MEMS矢量水听器，采用磁传感器、三维MEMS矢量水听器结构复合设计技术及信号处理技术相结合，使该矢量水听器具有三维声信号检测、低频检测能力，目标定向能力，同时具有结构简单、小型化，稳定可靠等特点，能够提高对水声信号的探测能力。

MEMS矢量水听器减振结构的设计与研究∗郭楠;张国军;简泽明;刘梦然;张文栋【摘要】在MEMS矢量水听器现有结构的基础上，设计出一种新型减振结构，期望利用该封装结构衰减水听器工作时安装平台的振动噪声，削弱安装平台振动对水听器测量精度的影响，提高水听器的抗噪能力。

结合理论分析确定减振材料并采用有限元软件进行仿真，对矢量水听器先后采用原有封装结构和减振封装结构进行封装，并通过振动台实验和驻波桶灵敏度测试。

测试结果表明：该结构可有效实现对MEMS矢量水听器干扰信号的衰减，同时基本不影响水听器的接收灵敏度。

%A novel vibration-isolation packaging structure is designed based on the existing structure of MEMS vector hydrophone. It is desirable that this novel structure can isolate the vibration noise caused by working platform and improve the anti-noise ability of hydrophone. This novel structure is made of polyurethane ( PU) rubber which is manufactured with a certain proportion. According to the size of existing hydrophone,the geometry dimensions are determined. The hydrophone is fabricated in the form of original packaging structure firstly and then in vibration-iso-lation packaging structure. The shaking table test and sensitivity test are conducted. The results show that the vibra-tion-isolation packaging structure can effectively isolate the interference signal produced by working platform without affecting the sensitivity of hydrophone obviously.【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】6页(P336-341)【关键词】MEMS矢量水听器;减振;阻尼材料;损耗因数;封装结构【作者】郭楠;张国军;简泽明;刘梦然;张文栋【作者单位】中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051; 中北大学电子测试技术重点实验室，太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051; 中北大学电子测试技术重点实验室，太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051; 中北大学电子测试技术重点实验室，太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051; 中北大学电子测试技术重点实验室，太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051; 中北大学电子测试技术重点实验室，太原030051【正文语种】中文【中图分类】TP565.1MEMS矢量水听器是一种新型的水声测量设备[1]。

MEMS磁电耦合矢量水声传感器研制
宫占江;孙立凯;宋尔冬;邵志强;陈亚洲
【期刊名称】《传感器与微系统》
【年(卷),期】2024(43)5
【摘要】本文提出了一种基于磁电耦合原理和MEMS加工工艺的矢量水声传感器。

该矢量水声传感器的MEMS敏感检测单元包括磁电耦合材料、八悬臂梁-中心质
量块MEMS元件和永磁铁。

采用电荷放大信号处理电路处理敏感检测单元产生的信号。

通过对磁电耦合材料、MEMS元件和信号处理电路进行设计,使矢量水声传感器在工作时具有很高的灵敏度。

通过声学灌封完成矢量水声传感器的制备,并对
矢量水声传感器的性能进行了测试,测试结果表明:该矢量水声传感器的接收灵敏度
在1 000 Hz时达到-180 dB(0 dB re 1 V/μPa)。

【总页数】4页(P58-61)
【作者】宫占江;孙立凯;宋尔冬;邵志强;陈亚洲
【作者单位】中国电子科技集团公司第四十九研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TP212
【相关文献】
1.纤毛式MEMS矢量水声传感器的仿生组装
2.磁方位修正MEMS矢量水声传感
器研制3.硅微仿生矢量水声传感器研制4.针对MEMS水声传感器封装的声振耦合仿真技术研究5.基于矢量传感器的水声通信系统研制
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三轴向电容式矢量水听器的研究的开题报告一、研究背景水声信号的接收技术在海洋探测、海洋科学研究、水下通信等领域中发挥着重要的作用。

其中，水听器作为一种用于接收水声信号的装置，其性能的优劣对于信号的接收质量有着至关重要的影响。

当前，市场上的水听器主要包括压电式、磁电式和电容式三种类型，其中，电容式水听器由于其响应频率范围广、输出信噪比高等特点，被越来越多的人们所关注和使用。

然而，传统的电容式水听器仅能实现单轴向接收，难以满足现实场景中对水声信号接收的多轴向、高灵敏度需求。

因此，开发一种能够实现多轴向电容式矢量水听器的技术方案，具有重要的研究意义和应用前景。

二、研究目的本研究旨在探究多轴向电容式矢量水听器的设计、制造和测试等关键技术，进一步提高水听器在水声信号接收中的应用性能和适用范围。

三、研究内容1. 多轴向电容式水听器的设计：根据水声信号接收的实际要求，设计多轴向电容式矢量水听器的机械结构和电路结构，确保多轴向水听器的信号输入和输出的可靠性和稳定性。

2. 多轴向电容式水听器的制造：根据设计方案，制造多轴向电容式水听器的机械部件和电路板，确保多轴向水听器的准确度和可靠性。

3. 多轴向电容式水听器的测试：利用声学测试系统对多轴向电容式水听器的参数进行测试，验证其性能指标是否符合设计要求。

四、研究意义通过本研究，可以有效提高水听器在水声信号接收中的应用性能和适用范围，满足多轴向水声信号接收的需求，为海洋探测、海洋科学研究和水下通信等领域的相关工作提供支持和保障。

五、研究方法本研究采用实验研究和数值模拟相结合的方法，通过实验数据和数值计算结果的对比分析，评估多轴向电容式矢量水听器的性能表现。

六、预期结果通过本研究，预期实现多轴向电容式矢量水听器的设计、制造和测试，初步取得多轴向水听器的性能参数和实际应用效果，为后续的技术优化和应用推广奠定基础。

MEMS 仿生矢量水听器微结构力学建模及实验验证王续博;张国军;郭楠;郭静;张文栋【期刊名称】《强激光与粒子束》【年(卷),期】2016(0)2【摘要】MEMS 仿生矢量水听器是一种新型水声传感器，其工作性能决定于内部MEMS 声电换能微结构的几何、材料及流体环境参数。

为深入探讨该水听器的工作机理并提高其工作性能，针对其内部微结构通过合理的简化建立了相应的单自由度等效力学模型，并推导出理想流体环境下该微结构一阶固有频率与其几何、材料及流体环境参数间的解析表达式。

在此基础上，推导出现有水听器微结构的一阶固有频率，并搭建实验平台进行验证，实验结果表明理论值与实验值间的相对误差低于5%，从而验证了该力学模型的有效性，为水听器的设计及优化提供了理论基础和参考依据，同时也为具有类似结构的传感器的性能分析奠定了基础。

%The MEMS bionic vector hydrophone is a new type of underwater acoustic sensor,whose working performance is determined by the geometrical,material and environmental parameters of the internal MEMS acoustic-electric transduction micro-structure.In order to have an insight of this kind of hydrophone and improve its working performance,the single degree of a free-dom equivalent mechanical model of the microstructure is established through reasonable simplification.On this basis,the first order natural frequency of the micro structure of the hydrophone currently used is calculated,and an experimental platform is built to verify the calculated result.The results show that the error betweenthe theoretical value and the experimental value is less than 5%,which verifies the validity of the mechanical model.This mechanical model provides a theoretical basis and reference for the design and optimization of the hydrophone and it is also a foundation for the performance analysis of sensors with similar struc-ture.【总页数】6页(P024101-1-024101-6)【作者】王续博;张国军;郭楠;郭静;张文栋【作者单位】中北大学电子测试技术重点实验室，太原 030051; 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原 030051;中北大学电子测试技术重点实验室，太原 030051; 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室，太原 030051; 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原 030051;中北大学电子测试技术重点实验室，太原 030051; 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原 030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原 030051【正文语种】中文【中图分类】TB565.1【相关文献】1.双T型MEMS仿生矢量水听器的设计与测试 [J], 刘林仙;张国军;许姣;张文栋2.MEMS同振型仿生矢量水听器实验测试 [J], 宋小鹏;葛晓洋;张国军;薛晨阳3.MEMS仿生矢量水听器封装结构的隔振研究 [J], 杨江涛;马喜宏;邬琦4.MEMS仿生矢量水听器微结构的有限元分析 [J], 郭静;张国军;王续博;张文栋5.基于MEMS仿生矢量水听器的测距避障声纳系统设计 [J], 刘林仙;张文栋;白建云;张国军;薛南因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。