基于MEMS矢量水听器的水下目标方位探测系统设计 被引量：1

1

作者 柳燕 张国军 +2 位作者 张文栋 拜政宇 戴文舒 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第11期86-89,共4页

本文设计了一种结构、尺寸均适配于微型浮标的小型化水下目标方位探测系统,针对水下固定频率的声目标方位获取进行研究,主要适用于水下目标主、被动双基地探测。测试系统利用微机电系统(MEMS)矢量水听器作为核心传感器,设计现场可编程... 本文设计了一种结构、尺寸均适配于微型浮标的小型化水下目标方位探测系统,针对水下固定频率的声目标方位获取进行研究,主要适用于水下目标主、被动双基地探测。测试系统利用微机电系统(MEMS)矢量水听器作为核心传感器,设计现场可编程门阵列(FPGA)读写控制电路,一方面,采集的数据存储于SD卡中;另一方面,则将数据暂存在随机存取存储器(RAM)中,以备数据回传需求。通过驻波管实验证明:搭建的小型化目标方位探测系统稳定可靠,根据其所采数据在有效范围内可以获得目标的方位估计,驻波管内角度误差估计小于2°,误差小且定向准确。 展开更多

关键词 mems矢量水听器 测试系统 目标方位探测

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基于MEMS矢量水听器微弱信号提取电路的设计与测试 被引量：13

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作者 王建平 张国军 +3 位作者 薛晨阳 关凌纲 赵雷 姚荣国 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2010年第7期74-77,共4页

文中介绍了一种基于纤毛式MEMS矢量水听器微弱信号提取电路。该电路采用两级信号放大,两级之间设计二阶巴特沃斯低通滤波器。该电路设计经电路仿真软件进行仿真和水下测试。测试结果表明:该微弱信号提取电路可以很好地对水听器采集到的... 文中介绍了一种基于纤毛式MEMS矢量水听器微弱信号提取电路。该电路采用两级信号放大,两级之间设计二阶巴特沃斯低通滤波器。该电路设计经电路仿真软件进行仿真和水下测试。测试结果表明:该微弱信号提取电路可以很好地对水听器采集到的信号进行放大,表现为水听器的接收灵敏度为-160 dB(0 dB=1 V/μPa)。采用这种电路设计的MEMS矢量水听器不仅具有令人满意的"8"字形方向特性,而且具有良好的低频特性,可以满足低频声学测试需要。 展开更多

关键词 mems矢量水听器 微弱信号提取 电路设计测试

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MEMS矢量水听器封装的流体-结构相互作用 被引量：4

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作者 刘梦然 简泽明 +1 位作者 张国军 张文栋 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期1387-1393,共7页

针对水听器的频响曲线会在透声帽谐振频率处出现共振峰,使水听器频响曲线失真,工作频带变窄等问题。本文考虑水听器的工作环境,通过研究流体-结构相互作用对透声帽谐振频率进行了分析。首先理论分析流体对结构模态频率的影响,分析显示... 针对水听器的频响曲线会在透声帽谐振频率处出现共振峰,使水听器频响曲线失真,工作频带变窄等问题。本文考虑水听器的工作环境,通过研究流体-结构相互作用对透声帽谐振频率进行了分析。首先理论分析流体对结构模态频率的影响,分析显示在流体作用下透声帽谐振频率会降低。然后利用LMS Virtual.lab Acoustics有限元软件对空气中和液体中的MEMS矢量水听器芯片和透声帽进行了模态分析;并利用振动平台和驻波管对有否进行透声帽封装的MEMS矢量水听器进行了测试以验证上述分析。验证结果显示:透声帽在水中的实际一阶谐振频率为550 Hz,与仿真结果非常吻合,表明该谐振频率可使水听器工作频带变窄。实验结果表明:对水听器中透声帽的流固耦合模态分析非常必要,通过准确地获得透声帽在实际状态下的固有频率并预测水听器的接收频响特性,可为改进封装结构提供理论依据,为进一步优化水听器奠定基础。 展开更多

关键词 微机电系统(mems) mems矢量水听器 流固耦合 透声帽 谐振频率 频带

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MEMS矢量水听器减振结构的设计与研究 被引量：3

4

作者 郭楠 张国军 +2 位作者 简泽明 刘梦然 张文栋 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第3期336-341,共6页

在MEMS矢量水听器现有结构的基础上,设计出一种新型减振结构,期望利用该封装结构衰减水听器工作时安装平台的振动噪声,削弱安装平台振动对水听器测量精度的影响,提高水听器的抗噪能力。结合理论分析确定减振材料并采用有限元软件进行仿... 在MEMS矢量水听器现有结构的基础上,设计出一种新型减振结构,期望利用该封装结构衰减水听器工作时安装平台的振动噪声,削弱安装平台振动对水听器测量精度的影响,提高水听器的抗噪能力。结合理论分析确定减振材料并采用有限元软件进行仿真,对矢量水听器先后采用原有封装结构和减振封装结构进行封装,并通过振动台实验和驻波桶灵敏度测试。测试结果表明:该结构可有效实现对MEMS矢量水听器干扰信号的衰减,同时基本不影响水听器的接收灵敏度。 展开更多

关键词 mems矢量水听器 减振 阻尼材料 损耗因数 封装结构

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单片集成四元阵列式MEMS矢量水听器的研究 被引量：3

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作者 简泽明 陈尚 +3 位作者 张国军 刘梦然 许娇 张文栋 《传感器与微系统》 CSCD 2015年第1期9-12,16,共5页

针对当前对MEMS矢量水听器高可靠性迫切要求,设计了2×2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... 针对当前对MEMS矢量水听器高可靠性迫切要求,设计了2×2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-179 d B(0 d B=1V/μPa),具有良好的"8"字指向性。 展开更多

关键词 阵列式mems矢量水听器 可靠性 灵敏度 指向性

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基于双圆柱增敏结构的热丝式MEMS矢量水听器研制 被引量：2

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作者 张虹 郭世旭 +2 位作者 王月兵 赵鹏 武珺 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2018年第12期105-110,共6页

针对热丝式MEMS质点振速传感器应用到水下时,其灵敏度严重衰减的问题,提出了一种双圆柱增敏结构,通过流体仿真分析,优化了增敏结构设计,并设计了一种水下应用的封装结构。在空气半消声室及矢量水听器水下驻波场校准装置中的测试表明,其... 针对热丝式MEMS质点振速传感器应用到水下时,其灵敏度严重衰减的问题,提出了一种双圆柱增敏结构,通过流体仿真分析,优化了增敏结构设计,并设计了一种水下应用的封装结构。在空气半消声室及矢量水听器水下驻波场校准装置中的测试表明,其在20～2 000 Hz频段内,增敏结构对声波信号放大约10 dB,研制的矢量水听器工作频段为20～800 Hz,灵敏度达到-199 dB。 展开更多

关键词 热丝 mems矢量水听器 增敏结构 频率

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MEMS矢量水听器阵列方位估计的对比研究

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作者 刘宏 张国军 +2 位作者 葛晓洋 李振 宋小鹏 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2013年第5期766-770,共5页

基于新型微机电系统(MEMS)仿生矢量水听器,首先利用计算机仿真对比分析了阵列空间谱估计4种相关算法(包括MUSIC算法、Capon最小方差法、空间平滑算法和MMUSIC算法)的优劣性。其次在对比分析的基础上,考虑实际操作的可行性和信号处理的... 基于新型微机电系统(MEMS)仿生矢量水听器,首先利用计算机仿真对比分析了阵列空间谱估计4种相关算法(包括MUSIC算法、Capon最小方差法、空间平滑算法和MMUSIC算法)的优劣性。其次在对比分析的基础上,考虑实际操作的可行性和信号处理的准确性,选取定向精度较高,分辨能力较强的MUSIC算法处理不相干信号源,选取MMUSIC算法处理相干信号源。通过仿真验证和实验分析,结果表明,该MEMS矢量水听器阵列定向精度均在5°以内,具有较好的定向能力。 展开更多

关键词 微机电系统（mems）矢量水听器 信号处理 空间谱估计 矢量阵列 算法

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MEMS矢量水听器声压通道封装技术研究 被引量：2

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作者 丁俊文 周瑜 +2 位作者 李晓雷 滕超 刘云飞 《声学技术》 CSCD 北大核心 2021年第2期295-300,共6页

为了更全面地获取水下声场信息,微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)矢量水听器常需集成声压敏感通道来提升单个换能器性能,MEMS矢量水听器的敏感芯片采用的是MEMS工艺制备完成,其封装必须与水隔离,传统的橡胶灌封方式会... 为了更全面地获取水下声场信息,微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)矢量水听器常需集成声压敏感通道来提升单个换能器性能,MEMS矢量水听器的敏感芯片采用的是MEMS工艺制备完成,其封装必须与水隔离,传统的橡胶灌封方式会破坏MEMS敏感芯片的机电性能,故MEMS敏感芯片常采用油封的方式,如硅油/蓖麻油。相反,对于MEMS矢量水听器声压通道的封装技术却不尽相同。文章选择给定尺寸的沿径向极化的压电陶瓷圆环,针对低频5~2000 Hz的探测频带需求,对比了两种不同封装形式,即聚氨酯密封和硅油作为耦合剂的聚氨酯密封,对声压通道接收灵敏度的影响规律。首先,建立了四种仿真模型,分析了不同形式下,接收灵敏度的变化规律。接着,设计了聚氨酯灌封和硅油耦合聚氨酯密封两种封装结构,并制备了实物。最后在驻波管中对两种封装形式的压电陶瓷圆环进行了接收灵敏度标定。结果显示,聚氨酯灌封和硅油耦合聚氨酯密封对声压通道的接收灵敏度特性影响不大,实操过程中要注意两种方式的工艺复杂度区别。 展开更多

关键词 微机电系统(mems)矢量水听器 声压通道 低频探测 接收灵敏度

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基于微热流传感器的MEMS振速型矢量水听器

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作者 刘焕颖 郭世旭 赵鹏 《仪表技术与传感器》 北大核心 2025年第6期20-27,共8页

文中设计了一种基于微热流原理的振速型MEMS矢量水听器,通过建立敏感单元和水听器封装结构的有限元仿真模型,对敏感单元关键参数和封装结构进行优化设计,开展了一维振速型MEMS水听器研制及测试工作。测试结果表明其在30~400 Hz低频段内... 文中设计了一种基于微热流原理的振速型MEMS矢量水听器,通过建立敏感单元和水听器封装结构的有限元仿真模型,对敏感单元关键参数和封装结构进行优化设计,开展了一维振速型MEMS水听器研制及测试工作。测试结果表明其在30~400 Hz低频段内,有平坦的灵敏度响应,灵敏度为-191.1 dB±2.5 dB(内置前置放大器增益为40 dB),其具有与频率无关的“8”字指向性,在可用频段内,横向抑制比大于34.2 dB。该传感器体积小,低频特性好,无需弹性悬挂安装,可刚性固定。 展开更多

关键词 热流传感器 水下应用 mems矢量水听器

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MEMS压电矢量水听器低噪声前置放大电路 被引量：2

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作者 邓威 樊青青 +2 位作者 李俊红 马军 孔超 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第4期550-554,共5页

等效自噪声是微机电系统(MEMS)压电矢量水听器重要的性能指标,前置放大电路的噪声是其主要来源之一。为降低MEMS压电矢量水听器的自噪声,设计了一种低噪声前置放大电路。采用双JFET并联电路结构,辅以合适的偏置电路,对不同噪声源进行理... 等效自噪声是微机电系统(MEMS)压电矢量水听器重要的性能指标,前置放大电路的噪声是其主要来源之一。为降低MEMS压电矢量水听器的自噪声,设计了一种低噪声前置放大电路。采用双JFET并联电路结构,辅以合适的偏置电路,对不同噪声源进行理论分析,优化电路参数,最终实现了噪声性能较优的低噪声前置放大电路的设计与制备。测试结果表明,在MEMS压电矢量水听器的工作频带内,低噪声前置放大电路信号放大无失真,电压增益为43.8d B,等效输入噪声电压谱密度为0.7nV√Hz@1 kHz其噪声性能较国内外同类型的放大电路具有一定优势。 展开更多

关键词 等效自噪声 mems压电矢量水听器 前置放大电路 1/f噪声 噪声电压谱密度

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基于MEMS仿生矢量水听器的水声定向研究 被引量：4

11

作者 陈桂英 张国军 +1 位作者 刘林仙 张文栋 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2013年第6期15-17,共3页

MEMS矢量水听器不仅可以测量声压信号,还可以测量质点的振速信号,它具有与频率无关的偶极子自然指向性。单一的矢量水听器就能够测量水中的声压和质点振速。利用矢量水听器的这种特性,结合波束形成原理,采用数字信号处理(DSP)技术,设计... MEMS矢量水听器不仅可以测量声压信号,还可以测量质点的振速信号,它具有与频率无关的偶极子自然指向性。单一的矢量水听器就能够测量水中的声压和质点振速。利用矢量水听器的这种特性,结合波束形成原理,采用数字信号处理(DSP)技术,设计了基于MEMS仿生矢量水听器的水声定向系统,并进行了实际测试,结果表明:该系统能很好地实现对目标360°方位的定向功能。 展开更多

关键词 mems矢量水听器 数字信号处理 波束形成 定向

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MEMS压电式矢量水听器仿真与结构优化 被引量：2

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作者 樊青青 李俊红 翟禹光 《压电与声光》 CAS 北大核心 2021年第5期684-688,共5页

针对微机电系统(MEMS)矢量水听器灵敏度低的问题,该文主要采用有限元频域分析法对一种新型结构的MEMS压电式矢量水听器进行了仿真与结构优化。对于一种新型具有U形槽悬臂梁结构的加速度灵敏度随压电层厚度或频率的变化进行了研究,优化... 针对微机电系统(MEMS)矢量水听器灵敏度低的问题,该文主要采用有限元频域分析法对一种新型结构的MEMS压电式矢量水听器进行了仿真与结构优化。对于一种新型具有U形槽悬臂梁结构的加速度灵敏度随压电层厚度或频率的变化进行了研究,优化了结构参数,提高了灵敏度。结果表明,当硅梁厚为16μm,压电层厚为硅梁的51%时,可使结构的加速度灵敏度达最大。与单臂悬臂梁结构相比,双U形槽结构的加速度灵敏度及相应的矢量水听器灵敏度提高了11 dB。 展开更多

关键词 有限元方法 微机电系统(mems)矢量水听器 压电 U形槽 灵敏度 频域分析

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水下信息有效通信在船舶事故避障中的应用 被引量：1

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作者 吴立知 《舰船科学技术》 北大核心 2016年第10X期100-102,共3页

现代船舶的发展方向是大型化和高速化,同时船舶的数量也在不断增加,单位海域面积内的船只数量不断增多。加上海上气候多变,船舶事故的数量不断上升。由于成本高、响应慢和体积大,传统的避障声呐系统已经无法满足现代船舶的需要。因此,... 现代船舶的发展方向是大型化和高速化,同时船舶的数量也在不断增加,单位海域面积内的船只数量不断增多。加上海上气候多变,船舶事故的数量不断上升。由于成本高、响应慢和体积大,传统的避障声呐系统已经无法满足现代船舶的需要。因此,急需一种成本低、精确度高、响应快和体积小的避障声呐系统来代替传统的避障声呐系统,以减少海上交通事故的发生。为此,本文将基于T型MEMS矢量水听器设计一种体积小、响应快和成本低的避障声呐系统。 展开更多

关键词 避障声呐 预警系统 mems矢量水听器 海上交通事故

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