[發明專利]一種四纖毛仿生MEMS矢量水聲傳感器微結構

有效

• 申請號: 201410232154.3
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN104062632B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 張國軍;丑修建;劉俊
• 申請（專利權）人: 蘇州中盛納米科技有限公司
• 主分類號: G01S5/20
• 分類號: G01S5/20;B81B3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于矢量水聽器領域，具體涉及一種具有多段梁的四纖毛仿生MEMS二維矢量水聽器微結構。

背景技術

鑒于微電子機械系統(MEMS，Micro Electro Mechanical System)技術具有微型化、多樣化、微電子化等特點及易實現水聲傳感器的小型化和一致性的優點，MEMS矢量水聽器已成為當前國內外聲換能器領域研究的熱點之一。專利申請號為200610012991.0的公開文件提出了一種共振隧穿仿生矢量水聲傳感器，利用單只傳感器實現了對水下聲信號二維平面內方位的探測，雖然突破了常規微機電器件的靈敏度和分辨率的極限狀態。但是，該水聽器的靈敏度和頻響范圍一直存在矛盾，即若要頻響范圍寬些，就要降低水聽器的靈敏度，從而降低了矢量水聽器的分辨率；若要提高靈敏度，就要縮小水聽器的頻響范圍。然而，實際工程應用中，需要水聽器有一定的頻響范圍，所以靈敏度和頻響范圍之間的矛盾直接影響了該MEMS水聽器的進一步工程化應用。又如專利申請號為201210557743.X的公開文件提出了一種四元列陣MEMS矢量水聽器微結構，可有效的消除了左右舷模糊問題，但是仍存在上述靈敏度和頻響范圍之間存在矛盾的缺點。

發明內容

本發明提出一種四纖毛仿生MEMS矢量水聲傳感器微結構，以解決目前水聽器的靈敏度和頻響范圍一直存在矛盾，即若要頻響范圍寬些，就要降低水聽器的靈敏度，從而降低了矢量水聽器的分辨率，若要提高靈敏度，就要縮小水聽器的頻響范圍的問題。

本發明的技術方案如下：一種四纖毛仿生MEMS矢量水聲傳感器微結構，包括采用MEMS微加工技術加工獲得的正方形框架和架設于所述正方形框架中央的“井”字形懸梁臂；所述“井”字形懸梁臂的各段梁由寬段和對稱設置于所述寬段兩側的窄段組成，所述各段梁通過位于所述“井”字形懸梁臂交叉點處的正方形連接體連接；所述窄段上分別設置有阻值相等的壓敏電阻，所述壓敏電阻共形成兩組惠斯通全橋，所述兩組惠斯通全橋分別測量兩個相互垂直方向上的水生信號；所述位于“井”字形懸梁臂交叉點處的各個正方形連接體上均固定的設置有垂直纖毛。

進一步的，所述“井”字形懸梁臂以任意點為坐標原點建立坐標系，沿其任意懸臂梁方向作為X方向，與所述X方向的垂直方向作為Y方向，在所述X方向，每個所述垂直纖毛兩側梁上的四個所述壓敏電阻構成一對惠斯通全橋差動電路，其中，每兩個垂直纖毛間的梁上的所述壓敏電阻為共用電阻，總共形成四對惠斯通全橋；在所述Y方向上，所述壓敏電阻的連接方式與所述X方向的所述壓敏電阻的連接方式相同，形成另外四對惠斯通全橋，在XOY平面上共形成兩組惠斯通全橋，分別用于檢測所述X方向和所述Y方向的水聲信號。

再進一步的，所述垂直纖毛采用與水密度接近的材料制成。

其中，所述微結構的加工材料為SOI硅圓片。

優選的，所述壓敏電阻利用離子注入技術注入硼離子形成。

下面利用ANSYS Workbench14.0有限元分析軟件對本發明所述微結構進行仿真分析，綜合靈敏度、頻響、橫向靈敏度三方面因素設定四纖毛仿生二維MEMS矢量水聽器微結構的各部分尺寸，如表1所示。

表1