一种低频三维MEMS矢量水听器的研制

摘要

由于远距离探测和低频测量的需求，低频小型化、高信噪比检测成为矢量水听器的发展趋势。MEMS矢量水听器的出现，为实现矢量水听器的高性能、小型化目标提供了新的解决方案。
　　 本文首先根据矢量水听器的设计要求，对三维MEMS电容式加速度传感器的敏感元件与外部应用电路进行了设计，制作出四种不同的加速度传感器，并对其进行了性能检测。测试结果表明：经过优化的传感器在保持较高的灵敏度的同时，自噪声相对于其它型号的MEMS电容式加速度传感器有明显降低，达到矢量水听器的设计要求。
　　 其次，本文基于同振式矢量水听器的工作原理和设计方法，采用MEMS电容式加速度传感器设计并制作了四种不同的胶囊形三维组合式矢量水听器，尺寸为φ28×48mm，并在驻波管中对其进行了性能测试。测试结果表明：它们矢量通道的参考声压灵敏度分别为-196.4dB（0dB=1V/μPa，参考频率500Hz，工作频带0-500Hz），-200.1dB（0dB=1V/μPa，参考频率500Hz，工作频带0-500Hz），-199.2dB（0dB=1V/μPa，参考频率400Hz，工作频带0-400Hz），-192.7dB（0dB=1V/μPa，参考频率800Hz，工作频带0-800Hz）；它们声压通道的灵敏度级同为-201dB（0dB=1V/μPa）。
　　 研究结果表明：MEMS矢量水听器具有体积小、工作频带低、重量轻、工作频带内指向性好，信噪比高等优点。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 研究的背景和意义

1.3 矢量水听器概述

1.3.1 矢量水听器的分类

1.3.2 矢量水听器的发展及研究概况

1.3.3 矢量水听器的工程应用

1.4 MEMS加速度传感器简介

1.4.1 MEMS加速度传感器的分类

1.4.2 各种原理传感器的比较及加速度计类型的选用

1.5 本论文的主要内容

第2章 基于MEMS韵电容式加速度传感器设计

2.1 MEMS电容式加速度传感器的工作原理

2.1.1 电容式加速度传感器的工作原理

2.1.2 电容式加速度传感器的数学模型

2.1.3 信号测量电路

2.2 MEMS电容式加速度传感器的设计

2.2.1 敏感元件的设计

2.2.2 敏感元件的加工与电路封装

2.2.3 传感器工作频带的控制

2.3 三维MEMS电容加速度传感器的性能测试

2.3.1 频率特性的测试结果

2.3.2 自噪声测量

2.4 本章小结

第3章 同振式矢量水听器的设计与制作

3.1 同振式矢量水听器的声波检测工作原理

3.1.1 柱形矢量水听器声波检测的工作原理

3.1.2 表征矢量水听器的性能参数

3.2 同振式矢量水听器的设计原理

3.3 矢量水听器的整体结构设计与制作

3.3.1 声压通道的设计

3.3.2 整体结构设计与制作

3.4 本章小结

第4章 矢量水听器的性能测试

4.1 矢量通道性能测试

4.1.1 指向性测试

4.1.2 灵敏度测试

4.2 声压通道性能测试

4.3 相位测试

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢