硅基MEMS振速型矢量水听器设计

刘云飞,周 瑜,朱晓枭,涂其捷,张学聪,冯 杰

(中国电子科技集团公司第三研究所,北京 100015)

0 引 言

矢量水听器可以同时共点感测水下声场的声压标量和质点振速矢量信号,相对传统声压水听器能获得更全面的声场信息。此外,矢量水听器所具有的指向特性使水声测量系统的线谱检测能力、抗相干干扰能力以及抗各向同性噪声的能力得到明显提高,因而有利于水下目标信号的检测,是水声技术领域重点发展的研究方向之一[1,2]。随着水听器技术不断发展,为满足水下安静型目标远距离检测识别对水听器低频检测能力不断提高的需求,低频化、小型化和集成化是未来矢量水听器技术的发展方向[3]。近年来,基于微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)技术研制开发了电容式、压阻式、压电式等多种同振型矢量水听器,虽然可以刚性固定安装,避免了传统同振型矢量水听器使用不便的问题,但仍为感测声场加速度信号,信号频率越低,传感器响应灵敏度越低,因而无法有效探测水下远距离安静型目标[4～7]。

本文提出一种MEMS振速型矢量水听器。该水听器基于空间声场—温度场耦合作用机理,可以直接感测水下声场质点振速信号。相比同振型矢量水听器,在低频段具有更优的响应特性,且体积小、重量轻、结构简洁、可靠性高,无须悬挂安装,因此，更适合用于水下远场目标微弱低频信号的高灵敏度检测。

1 工作原理分析

振速型矢量水听器采用一种特殊设计的微间距金属铂丝敏感结构实现声场质点振速感测。……