基于双圆柱增敏结构的热丝式mems矢量水听器研制 张虹1,郭世旭1 ....docxVIP

基于双圆柱增敏结构的热丝式MEMS矢量水听器研制项目来源：国家重点研发项目(2016YFF0201006)、 项目来源：国家重点研发项目(2016YFF0201006)、 国家自然科学基金 张虹1,郭世旭1， 摘要:矢量水听器因其偶极子指向性及强抗干扰能力,是声纳系统研究的热点之一。针对热丝式MEMS质点振速传感器应用到水下时,其灵敏度严重衰减的问题,提出了一种双圆柱增敏结构,通过流体仿真分析,优化了增敏结构设计,并设计了一种水下应用的封装结构。在空气半消声室及矢量水听器水下驻波场校准装置中的测试表明,其在20~2000Hz频段内,增敏结构对声波信号放大约10dB,研制的矢量水听器工作频段为20~800Hz,灵敏度达到-199dB@800Hz。 关键词:热丝;MEMS矢量水听器;增敏结构;频率 中图分类号:TP212 Reasearch onHot-wireMEMS Vector Hydrophone withSensitized Structure of Double-Cylinder Abstract:The Hot-wire MEMS Vector Hydrophone becomes one of hot topics in the study of sonar system because of its directional pattern in the form of dipole-shape and strong anti-interference ability. This paper introduced a sensitivitized structure of double-cylinder, aimming at the problem of severe attenuation of sensitivity of the hot-wire MEMS particle velocity sensor when it is applied in water. This structure sailed through fluid simulation analysis,optimized the design of sensitivitized structure. After that,we designed a package structure for underwater circumstance. Through the air semi-anechoic chamber and the calibration device for underwater wave field ofvector hydrophone test,we found that when the chanel was between 20~2000Hz,the acoustic signal was applified by sensitivitized structure about 10dB. And the vector hydrophone’s sensitivity reaches -199dB@800Hz in operating chanel between 20~800Hz. Key words: Hot-wire;MEMS Vector Hydrophone; sensitivitized structure;frequency 0 引言 近年来,世界各国都加大了对海洋世界的探索和研究,大海所孕育的丰富的海洋资源也被周边国家争相探测。声纳是迄今为止最常用的一种水下探测工具,广泛地应用于水下探测导航、目标定位与识别、港口和基础设施保护等领域。水声换能器作为声纳系统的重要部件之一,是水声学的一个重要研究方向,换能器技术的进步直接带动声纳技术水平的提高。因此,新型水声换能器的研究具有重要的意义[1]。矢量水听器作为接收换能器的一种,不但具有带宽一致的偶极子指向性及低频小尺寸的特点,而且它的采用使得系统的抗干扰能力和线谱检测能力得到提高,因此矢量水听器成为目前水声探测的研究热点。在矢量水听器研究方面,文献[2]设计的同振 球型矢量水听器采用多个惯性式传感器(压电加速度计或动圈式振速传感器)实现水下声信号的探测,工作频率上限可达10kHz。文献[3]中设计的光纤式矢量水听器,通过光信号转换为电信号来检测声波的矢量信息,它的灵敏度高,信号经光纤传输损耗小、免电磁干扰、无串扰、能在恶劣的环境中实现长期稳定工作。文献[4]设计的MEMS仿生矢量水听器,因其基于MEMS技术，故体积小、易于组阵。文献[5]设计了一种可以应用于空气中的热丝式MEMS质点振速传感器,结构小型、易加工、低频灵敏度高,但并