微型矢量水听器研究

论文摘要

由于安静型潜艇的出现，反潜问题日益受到各主要海军国家的重视，传统的水声声纳探测技术受到前所未有的挑战，纷纷探索利用新原理、新技术、新工艺的新的水下目标检测方法。目前一般使用的检测方法是利用声压水听器阵来探测潜艇，这时只能获得声场的标量参数，不能充分的获得声场的全部信息。矢量水听器的发展应用，大大提高了对安静型潜艇目标的探测能力：这首先在于矢量水听器的采用使水声测量系统的抗干扰能力和线谱检测能力获得提高；另外，即使采用单个小尺寸的组合传感器，也可以通过声压、振速的联合信号处理，实现目标方位的估计；从能量检测的角度讲，矢量水听器的采用，使系统的抗各向同性噪声的能力获得极大提高，并可藉助相对来说较小的传感器基阵实现低频、远距离、多目标的识别等。因此矢量水听器的研究工作受到国内外极大重视。为了解决辐射噪声越来越低的安静型潜艇的探测问题，目前对矢量水听器来说急需解决的几个问题是：1，大灵敏度问题；2，甚低频检测问题；3，矢量水听器的小型化问题；4，抗噪声干扰问题等。以上这些问题可以利用MEMS技术平台、光检测技术平台、集成技术平台等为依托，开发新型传感器制作技术，并通过声纳系统数据融合技术途径得到解决。本文提出采用压阻原理，利用MEMS制作技术进行设计制作小型矢量水听器，期望利用敏感材料的压阻效应，提高矢量水听器的低频灵敏度，并且实现传感器的小型化。 矢量水听器按拾振原理分主要有动圈式、声压梯度式、同振式等。不同的拾振型式对应的工作原理各不相同，但都有一个共同特点，即可以检测声场质点振速的矢量信息，且对于声信号的检测具有呈8字形偶极子形式的方向特性。根据本文工作内容，主要介绍同振型矢量水听器的工作原理，重点分析压阻效应检测原理以及MEMS工艺设计原理。 文中首先通过几种不同方法分析推导矢量水听器拾振条件，给出设计依

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内矢量水听器发展现状
• 1.3 国外矢量水听器技术动态
• 1.4 MEMS技术在矢量水听器中的应用展望
• 1.5 论文主要工作内容
• 第2章 压阻式矢量水听器工作原理
• 2.1 同振型矢量水听器工作原理
• 2.1.1 基本工作原理
• 2.1.2 压电式矢量水听器工作原理
• 2.2 拾振条件研究
• 2.2.1 从声学理论角度建立矢量水听器的拾振条件
• 2.2.2 从声场分析的角度建立矢量水听器的拾振模型
• 2.2.3 应用振动学理论建立矢量水听器拾振模型及机理分析
• 2.2.4 矢量水听器拾振条件分析
• 2.3 压阻式矢量水听器工作原理
• 2.3.1 压阻效应原理
• 2.3.2 压阻式矢量水听器工作原理
• 2.3.3 MEMS工艺原理
• 2.3 本章小结
• 第3章 压阻式矢量水听器设计技术
• 3.1 敏感基元设计
• 3.1.1 结构灵敏度设计
• 3.1.2 应变计设计
• 3.1.3 阻尼设计
• 3.2 信号处理部分设计
• 3.2.1 检测电路设计原理
• 3.2.2 温度补偿
• 3.2.3 仪表放大
• 3.2.4 信号处理电路
• 3.3 多片式组合矢量水听器设计技术
• 3.4 本章小结
• 第4章 压阻式矢量水听器工艺与制作
• 4.1 电阻应变计制作工艺
• 4.1.1 应力应变分布曲线
• 4.1.2 应变电阻的工艺设计
• 4.1.3 版图设计
• 4.2 敏感结构制作工艺
• 4.3 芯片封装技术
• 4.4 电路制作
• 4.5 矢量水听器封装制作工艺
• 4.5.1 灌封材料
• 4.5.2 模具结构制作工艺
• 4.5.3 工艺流程
• 4.6 本章小结
• 第5章 压阻式矢量水听器测试技术
• 5.1 概述
• 5.2 测试方案
• 5.2.1 芯片测试
• 5.2.2 检测单元测试
• 5.2.3 水下测试
• 5.3 测试结果
• 5.3.1 芯片测试
• 5.3.2 检测单元测试
• 5.3.3 水下测试
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历