差分型MEMS矢量水听器的研制

作     者：王续博 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张国军

授予年度：2016年

学科分类：082403[工学-水声工程] 08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

主      题：MEMS 矢量水听器 刚性固定 力学模型 湿模态 

摘      要：针对传统矢量水听器在实际应用中需要辅助弹性悬挂,不便于工程应用的问题,设计、制造了一种可刚性固定的差分型MEMS矢量水听器,搭建平台对其性能进行测试。首先介绍了矢量水听器的研究背景和意义,总结了国内外关于矢量水听器的研究和进展,分析了现有矢量水听器的不足。其次结合水声传播原理及水听器的应用环境,设计了一种具有低加速度灵敏度的差分型MEMS矢量水听器,通过有限元仿真对设计的可行性进行了简单的验证。其次创建了MEMS矢量水听器敏感微结构的静力学模型,建立有限元静力学分析模型,对理论推导的结果进行验证。其次在静力学模型的基础上,推导出敏感微结构在水中一阶固有频率的简化计算公式,通过有限元仿真对以上结论进行验证。再次结合外协单位的工艺加工技术,设计水听器十字支撑结构的MEMS版图,制定工艺流程,完成了MEMS支撑结构的加工。设计了敏感微结构的封装方案,完成了芯片封装及纤毛二次集成,制作出差分型MEMS矢量水听器的模型样机。最后搭建实验平台对水听器样机进行测试,实验表明该种差分型MEMS矢量水听器在500Hz时声压灵敏度为-185dB(0d B参考值1V/μPa),加速度灵敏度为-58dB(0d B参考值1V/g),基本满足设计要求。