一种新型MEMS矢量水听器的设计

毕业设计开题报告学生姓名：学号：学院：专业：设计(论文)题目：压电式MEMS仿生结构矢量水听器封装及性能测试研究指导教师:2013年12月10日开题报告填写要求1．开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2．开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3．学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）。

文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标GB 7714—87《文后参考文献著录规则》的要求书写，不能有随意性；4．学生的“学号”要写全号（如020*******,为10位数），不能只写最后2位或1位数字；5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。

如“2004年3月15日”或“2004-03-15”；6. 指导教师意见和所在专业意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。

毕业设计开题报告1．结合毕业设计课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文献综述1.1本课题的研究背景及意义水声学作为声学的一个分支，主要研究声波在水下的产生、辐射、传播和接收的理论，用以解决与水下目标探测、识别以及信息传输过程有关的声学问题。

在海战中，声纳是海上作战个体（各种舰、艇）的五官，所有的水下战场侦察都要以声纳为媒体，缺之不可[1]。

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，新型水声换能器的研究是海军声纳技术发展的一个关键内容。

水声换能器是水下各种发射、接收测量用传感器的总称，它将水下的声信号转换成电信号（接收换能器），或将电信号转换成水下的声信号（发射换能器），是声纳的重要组成部分。

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。

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。

单片集成阵列式MEMS矢量水听器设计与仿真单片集成阵列式MEMS矢量水听器是一种可以用于水下声学和声呐的高性能传感器。

它可以实现对水中声音的准确测量，具有经济、高效和精确的特点。

本文将介绍关于单片集成阵列式MEMS矢量水听器的设计与仿真。

1. 设计方案为满足复杂水下环境中的测量需求，本文采用一个多元MEMS晶圆，将多个听器单元集成在同一块硅芯片上，由此构成了一个矢量水听器阵列。

采用CMOS集成电路工艺制备晶圆，使用并行平板扩散法生长适宜的硼掺杂层，以形成单元电池。

为了尽可能降低系统的噪声，设计中采用了多种降噪技术，并将矢量水听器阵列和降噪电路集成在同一块芯片上。

此外，为了实现快速响应和灵敏的测量，采用了高速放大器和AGC电路。

为了减少系统的大小和成本，本文还采用了一种双层PCB设计，将集成电路和被动元件都集成在同一块芯片上，在贴片面实现器件的布局和联接。

这种双层PCB设计不仅降低了系统成本，而且可提高器件的可靠性。

2. 仿真分析在对单片集成阵列式MEMS矢量水听器进行仿真分析时，需要考虑多个因素。

其中包括信噪比、频率响应、灵敏度和带宽等因素。

理论分析和仿真结果表明，本文所设计的水听器具有优秀的性能，可以在复杂的水下环境中精确测量和分析水压、水流等声学参数。

3. 结论本文设计了一种单片集成阵列式MEMS矢量水听器，在设计中采用了多种降噪技术，高速放大器和AGC电路，采用双层PCB设计实现器件的布局和联接。

仿真分析表明，该水听器具有优秀的性能，可以在复杂的水下环境中精确测量和分析水压、水流等声学参数。

这种设计具有经济、高效和精确的特点，可以在水下声学和声呐领域得到广泛的应用。

单片集成阵列式MEMS矢量水听器是一种具有优秀性能的传感器，下面将从信噪比、频率响应、灵敏度和带宽等方面分析其相关数据。

1. 信噪比信噪比是评估水听器性能的一个重要指标。

它是信号强度与噪声强度之间的比值。

在采集声学信号时，噪声会影响系统的测量精度和鉴别能力。

单片集成阵列式MEMS矢量水听器设计与仿真薛南;张国军;申辉;王万军;陈桂英;许娇【摘要】针对当前对MEMS矢量水听器高可靠性、宽频带的迫切要求,设计了2×2单片集成阵列式MEMS矢量水听器.矢量水听器单片集成阵列化可以提高水听器一致性,大幅度降低水听器的制造成本.在理论分析的基础上,通过Ansys软件完成对阵列微敏感结构机械特性和频率特性的仿真,确定压阻惠斯通电桥的布置及连接方式.对于水听器的研究和应用有重要意义.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2014(036)004【总页数】4页(P78-81)【关键词】MEMS技术;矢量水听器;Ansys仿真【作者】薛南;张国军;申辉;王万军;陈桂英;许娇【作者单位】中北大学电子测试技术重点实验室,山西太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室,山西太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室,山西太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】TP565.1声呐系统的核心技术是水听器的阵列技术。

传统声呐阵列的阵元由标量水听器组成来确定被探测目标的方位，但其阵列孔径较大，直接影响探测精度和距离。

同时，声呐设备对水听器阵元一致性要求高，需从大批量水听器中挑选一致性很好的器件组成基阵，直接加大其加工难度和成本［1］。

矢量水听器在成阵方面具有明显优势，不但在低频辐射噪声中的指向性很突出，而且矢量水听器基阵体积较小［2］。

此外，矢量水听器成阵可以获得比传统的标量水听器成阵更高的阵增益，减小阵列孔径，从而可以探测更远的距离［3］。

四元阵型MEMS矢量水听器微结构设计郭静;张国军;刘源;王续博;张文栋【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2016(029)002【摘要】To solve the existence problem of port/starboard blur when using single MEMS vector hydrophone,a new four-element array MEMS vector hydrophone microstructure has been presented. Firstly,the cause ofport/starboard blur of the current MEMS vector hydrophone was analyzed theoretically and a novel four-element array microstruc⁃ture was proposed,which can solve the problem of port/starboard blur. Secondly,the function of novel microstruc⁃ture was verified through finite element method,which shown that the direction of sound source could be ascer⁃tained accurately. Finally,environmental test wasdone using the standing wave tube,and the results show that the four-element array microstructure can help to deal with the challenging of port/starboard blur.%针对当前的MEMS矢量水听器存在左右舷模糊问题，提出了一种四元阵型MEMS矢量水听器微结构。