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内容简介

　　水听器作为声呐系统的核心部件，直接影响到声呐的性能。20世纪晚期出现的矢量水听器可以同步共点地获得声场的声压和振速等信息，单只水听器即可解决水下声目标线阵声呐左右舷模糊的难题，因而成为当前水下换能器领域发展的重要方向。20世纪70年代发展起来的MEMS技术因具有“3微”的特点，在传感器领域得以迅猛发展，并逐年提高其市场占有份额，然而将MEMS技术应用于水听器在国内外尚不多见。
　　《MEMS矢量水听器及其应用》系统地论述MEMS矢量水听器的工作原理、微结构设计仿真、器件加工、系统集成及声学性能测试等内容，最后对MEMS矢量水听器及其声电换能微结构的应用前景进行简要阐释，并给出工程上应用的实例。
　　《MEMS矢量水听器及其应用》是关于矢量水听器及其工程应用的专业书籍，可供水声工程和MEMS传感器领域的广大科技人员使用，也可作为高等院校和科研院所相关专业高年级本科生、研究生和教师的参考书。

内页插图

目录

前言

第1章 概述
1．1 声学常见名词和物理量
1．2 矢量水听器国内外研究进展及应用现状
l．3 MEMS技术应用于矢量水听器

第2章 MEMS矢量水听器微结构设计及仿真
2．1 纤毛式MEMS矢量水听器仿生微结构工作原理
2．2 纤毛式MEMS矢量水听器十字梁微结构力学建模
2．2．1 MEMS矢量水听器微结构的力学特性分析
2．2．2 MEMS矢量水听器微结构的频率特性分析
2．3 微结构应力集中方案设计
2．3．1 多重应力集中方法及其应用于十字梁微结构
2．3．2 应力集中区域选择及尺寸设计
2．3．3 MSCR对十字梁微结构性能的提高
2．4 纤毛集成低密度小球技术

第3章 纤毛式MEMS矢量水听器微结构加工集成
3．1 部分关键工艺设计
3．1．1 多重应力集中区凹槽刻蚀
3．1．2 压敏电阻条设计
3．1．3 欧姆接触及金属互连线设计
3．1．4 体硅刻蚀工艺设计
3．2 十字梁微结构MEMS加工工艺流程设计
3．3 十字梁微结构光刻掩膜版图设计
3．4 纤毛式MEMS矢量水听器芯片一致性测试
3．4．1 纤毛式MEMS矢量水听器芯片形貌测试
3．4．2 纤毛式MEMS矢量水听器压敏电阻一致性测试
3．5 纤毛与十字梁微结构集成

第4章 纤毛式MEMS矢量水听器芯片封装集成
4．1 纤毛式MEMS矢量水听器芯片封装模型的提出
4．2 有限元仿真透声帽的声学性能
4．2．1 固定约束对透声帽透声性能影响的仿真
4．2．2 不同几何尺寸的透声帽透声性能仿真
4．2．3 桔瓣式封装结构提出及有限元建模仿真
4．2．4 不同材质的透声帽透声性能仿真
4．3 微型导流罩设计
4．4 低噪声信号提取电路设计
4．5 纤毛式MEMS矢量水听器组装集成
4．5．1 纤毛式MEMS矢量水听器芯片隔振支座研制
4．5．2 纤毛式MEMS矢量水听器封装集成流程

第5章 纤毛式MEMS矢量水听器室内性能测试
5．1 灵敏度测试
5．1．1 纤毛式MEMS矢量水听器裸芯片灵敏度测试
5．1．2 纤毛式MEMS矢量水听器透声帽封装后灵敏度测试
5．2 指向性测试
5．3 纤毛式MEMS矢量水听器量程测量
5．4 纤毛式MEMS矢量水听器抗振动性能测试

第6章 纤毛式MEMS矢量水听器湖、海试性能测试
6．1 微型导流罩流激噪声抑制能力测试
6．1．1 不同材料的微型导流罩对纤毛式MEMS矢量水听器性能的影响
6．1．2 典型使用环境下微型导流罩抑制流激噪声能力测试
6．2 纤毛式MEMS矢量水听器新安江湖试
6．2．1 灵敏度测试
6．2．2 指向性测试
6．3 纤毛式MEMS矢量水听器海试

第7章 MEMS矢量水听器及其纤毛仿生微结构工程应用初步
7．1 MEMS矢量水听器在水雷兵器上的应用
7．2 MEMS矢量水听器在海底观测网上的初步应用
7．3 纤毛式MEMS仿生微结构应用于水下湍流检测
7．4 电子心音器

参考文献

前言/序言

　　水听器又称水下传声器（hydrophone），是把水下声信号转换为电信号的换能器。水听器作为声呐系统的核心部件，直接影响到声呐系统性能的优劣，水听器是水声学的一个重要研究方向，新型水听器的研究是海军声呐技术发展的一项关键内容。当前水听器根据作用原理可分为标量水听器和矢量水听器。矢量水听器是20世纪晚期出现的一种新型水下声传感器，可以同步共点地获得声场的标量和矢量信息，为后续的信号处理提供更加丰富的信息，可大幅提高水声系统的性能。它同时具有良好的低频指向性、抑制各向同性噪声等诸多优点，为解决水声工程中的许多问题提供了新的思路和方法。然而当前的矢量水听器存在体积较大、工程应用安装复杂以及成本较高等问题。微机电系统（MEMS）是以半导体制造技术为基础发展起来的，其显著优点是体积小、重量轻、功耗低、价格低廉、性能稳定等。MEMS自20世纪80年代中后期崛起以来发展极其迅速，被认为是继微电子之后又一个对国民经济和军事具有重大影响的技术领域，并将成为21世纪新的国民经济增长点和提高军事能力的重要技术途径。在此背景下，作者提出将MEMS技术应用于矢量水听器的设想，以解决当前矢量水听器存在的问题。
　　MEMS矢量水听器是基于MEMS技术和仿人耳蜗听觉原理设计加工而成的微型矢量水听器，与当前其他矢量水听器相比，具有体积小、矢量性、批量化、低成本、刚性安装等优势，具有良好的潜在应用前景。本书结合作者近十年的MEMS矢量水听器研究工作经历，系统地阐释了MEMS矢量水听器的工作原理，声电换能微结构设计、计算仿真，MEMS器件工艺加工，系统封装集成及声学性能测试等内容，并给出一些初步的工程应用实例。本书内容新颖、系统性强，是我国第一部将自主设计、加工、集成的MEMS器件应用于水声领域的书籍，将MEMS新兴技术应用于传统的水声换能器领域，促进了多学科间交叉融合发展。本书的部分研究成果是在多项国家和省部级课题资助下取得的。
　　本书是在中北大学张文栋教授、薛晨阳教授、熊继军教授、刘俊教授等，以及哈尔滨工程大学杨士莪院士的关心和支持下完成的，在此一并表示感谢。
　　由于作者水平有限，书中难免有不足之处，敬请读者批评指正。
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