基于丁腈橡胶帽封装的MEMS仿生水听器的设计

针对现有封装结构会对灵敏度造成一定程度的损失,使现有水听器的灵敏度小于水听器芯片裸测灵敏度的问题,改用了透声性能好、耐腐蚀的丁腈橡胶(NBR)制作的透声帽,并对现有的矢量水听器的封装外壳进行相应的优化设计。该封装结构的水听器的共振频率降低到50 Hz以下,水听器所感兴趣的频段(50 Hz^4 kHz)不会受到封装谐振的干扰,拓宽了水听器的工作频段。该封装的灵敏度提高到几乎与裸片的灵敏度一致,达到(-170±2)dB,并优化金属管壳的圆盘的尺寸,即水听器最大径,由36 mm缩小至28 mm,使水听器的封装进一步小型化。

MEMS仿生矢量水听器的微结构优化设计

压阻式的MEMS仿生矢量水听器的固有频率和灵敏度之间是相互制约的，即随微结构的各个尺寸（悬臂梁的长、宽、高及中心连接体的边长）的变化，二者呈现相反的趋势。通过理论分析和推导，得出每个尺寸对水听器固有频率和灵敏度的影响程度不一致，可以合理地设计微结构的各个尺寸（最优解），使矢量水听器在具有相同固有频率条件下得到最大灵敏度。根据常用的微结构，通过Matlab软件计算出了微结构的一组最优解。通过ANSYS软件仿真验证，与常用的微结构相比，该微结构固有频率下降了7％，而灵敏度提高了1倍。最后，测试结果表明：两组尺寸的水听器频带范围为20～1000Hz，并且尺寸优化后的水听器比优化前的灵敏度平均高5dB。

MEMS仿生矢量水听器封装结构的隔振研究

利用隔振原理,设计了矢量水声传感器系统中一种新型隔振封装结构模型,即加入橡胶减振器的新型封装结构。采用ANSYS软件对封装模型进行模态分析,研究模型结构和几何尺寸对其隔振性能的影响,确定最优隔振封装结构;对模型的几何尺寸及橡胶隔震材料力学参数进行优化,并对优化模型的隔振性能进行实验测试和评估。实验结果表明:所设计的新型橡胶减振结构具有一定的减振效果,隔离了一定程度的核心器件以外的外界振动干扰,提高了原有封装结构矢量水听器的探测灵敏度。再次验证了硅微MEMS仿生矢量水声传感器不但体积小、质量轻、结构简单,而且具有低频灵敏度高等优点。

纤毛式MEMS矢量水听器的优化设计与测试

针对目前MEMS仿生矢量水听器灵敏度偏低和现有封装结构的固有机械特性对芯片拾振特性影响很大的问题,对该结构水听器从两个方面进行优化设计,一是提出一种新型纤毛材料碳棒代替光纤,二是提出嵌入式透声帽封装结构。首先理论分析纤毛和封装对水听器灵敏度和频带的影响,并用ANSYS软件对其进行仿真,最后对加工的水听器样机进行频响和指向性测试。测试结果表明：在25~300Hz,优化后的水听器灵敏度提高了5dB;在300~1 000Hz,优化后水听器灵敏度提高10dB,优化后水听器的共振峰明显后移,拓宽了水听器的工作频带,且具有良好的指向性,为水听器进一步的发展和工程应用奠定了基础。