单片集成四元阵列式MEMS矢量水听器的研究.pdf

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1、2015年第34卷第1期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)9DOI：10．13873／J．1000--9787(2015)01--0009-04单片集成四元阵列式MEMS矢量水听器的研究简泽明．-，陈尚。，张国军，刘梦然，许娇，张文栋，(1。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；2．中北大学电子测试技术重点实验室。山西太原030051；3，中国运载火箭技术研究院研究发展中心，北京100076)摘要：针对当前对MEMS矢量水听器高可靠性迫切要求

2、，设计了2x2单片集成四元阵列式MEMS矢量水听器，以保证其中一个敏感微结构失效损坏或工作不正常时，水听器仍能正常工作。结合ANSYS软件对阵列敏感微结构进行了仿真分析；设计了该微结构的加工工艺流程；最后，对阵列式MEMS矢量水听器进行水声校准测试。测试结果表明：阵列式水听器可靠性明显提高，灵敏度达到一179dB(0dB=1V／“Pa)，具有良好的“8”字指向性。关键词：阵列式MEMS矢量水听器；可靠性；灵敏度；指向性中图分类号：TP565．1文献标识码：A文章编号：1000--9787(2015)01-0009--04Re

3、search0farrayMEMSvectorhydrophonewithn·-l●10UrunitsOnaClliDJIANZe—ming，CHENShang。，ZHANGGuo-jun，LIUMeng．ran一，XUJiao，ZHANGWen—dong'(1．KeyLaboratoryofInstrumentationScience&DynamicMeasurement，MinistryofEducation，NoahUniversityofChina，Taiyuan030051，China；2．KeyLaborator

4、yofScienceandTechnologyonElectronicTest&Measurement，NoahUniversityofChina，Taiyuan030051，China；3．ChinaAcademyofLaunchVehicleTechnologyR&DCenter，Beijing100076，China)Abstract：Introduceakindof2x2arrayMEMSvectorhydrophonewithfourunitsonachip，whichisdesignedtomeeturgentd

5、emandofhigherreliabilityofMEMSvectorhydrophone，toensurewhenoneofthesensitivemicrostruetureisdamagedordoesn’tworkproperly，thehydrophonecanstillworkwel1．ThemicrostructureofthehydrophoneissimulatedbyANSYS；then，microstructuremachiningprocessisdesigned；arayMEMSvectorhyd

6、rophoneismeasuredbyunderwaterstandingwavefield，Testresultsshowthatreliabilityofhydrophoneisimprovedsignificantlyandsensitivityofhydrophoneis-179dB(0dB=lV／p~Pa)，possessingagooddirectionalpatternintheformof⋯8’shape．Keywords：arayMEMSvectorhydrophone；reliability；sensit

7、ivity；direetivity0引言听器的制造成本，而且可以使得水听器的一致性更好，满足目前，很多国家都意识到在未来战争中是否能取得制小型化设计要求。海权的控制至关重要。在海战中，声呐是海上作战个体1结构设计(各种舰、艇)的五官，所有的水下战场侦察都要以声呐为在单个结构水听器。的基础之上，本文设计了2x2媒体，缺之不可。水声换能器作为声呐系统的重要组单片集成四元阵列式MEMS矢量水听器，以保证其中一个成部分，其可靠性十分重要。水听器敏感微结构失效损坏或工作不正常时，水听器仍能为了提高水听器的可靠性，本文采用由多个水听器敏

8、正常工作。水听器敏感微结构如图1所示。其中，敏感微感微结构构成的阵列，并采用MEMS技术实现单芯片传感结构的几何尺寸为12pLm×120m×l200}xm(梁厚×梁阵列一次集成。采用该技术成本低且加工制作方便，尤其适合批量化生产。单片集成阵列化不但可以大幅度降低水宽×梁长)。4个单元悬臂梁