壓電式mems仿生結(jié)構(gòu)矢量水聲傳感器的研制

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2、重要貢獻的個人和集體，均已在文中Ｗ明確方式棟明。本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。日期‘Ｕ，誠論文作者簽名：ｔ為；如關(guān)于學(xué)位論文使用權(quán)的說明本人完全了解中北大學(xué)有關(guān)保管、使用學(xué)位論文的規(guī)定：，其中包括①學(xué)按有權(quán)保管、并向有關(guān)部口送交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件；②學(xué)?？桑崳姡撞捎糜坝?、縮印或其它復(fù)制手段復(fù)制并保存學(xué)位論文；硬學(xué)?？稍试S學(xué)１＾（學(xué)術(shù)交流為目的位論文被普擁或借巧；＠學(xué)?？?，復(fù)制贈送和交換學(xué)位論文｜；⑤學(xué)?？桑蓿ü紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容（保密學(xué)位論文在解密后進守此規(guī)定）。簽名；斬亭日期：誠導(dǎo)師簽名；日

3、期；＿圖書分類號TN384密級非密注1UDC_______________________________________________________________全日制工程碩士學(xué)位論文壓電式MEMS仿生結(jié)構(gòu)矢量水聲傳感器的研制賀婷校內(nèi)指導(dǎo)教師（姓名、職稱）張文棟（教授）丑修建（教授）校外指導(dǎo)教師（姓名、職稱）韓英申請學(xué)位級別工程碩士所在領(lǐng)域（研究方向）儀器儀表工程論文提交日期2016年05月25日論文答辯日期__2016__年__05__月__26__日學(xué)位授予日期________年______月______日論文評閱人王冰潔韓國瑞馬喜宏

4、答辯委員會主席楊慧君2016年05月28日注1：注明《國際十進分類法UDC》的分類中北大學(xué)學(xué)位論文壓電式MEMS仿生結(jié)構(gòu)矢量水聲傳感器的研制摘要隨著推行海洋強國政策，加強海洋的開發(fā)、管理、利用以及控制等能力成為未來持續(xù)健康發(fā)展的重心，各國著重于研究矢量水聲傳感器。為了解決低頻、遠程、多目標(biāo)物體識別，目前亟需解決的關(guān)鍵問題在于：探索、研究與發(fā)展矢量水聲傳感器實現(xiàn)微型化、低頻下精確探測同時提升靈敏度。結(jié)合仿生原理，壓電效應(yīng)和MEMS技術(shù)開發(fā)的壓電式MEMS矢量水聲傳感器有望解決上述問題。文中設(shè)計了基于壓電效應(yīng)的MEMS仿生結(jié)構(gòu)矢量水聲傳感器，通過仿生學(xué)原理和壓

5、電效應(yīng)使設(shè)計出的水聲傳感器靈敏度得以提高；通過MEMS技術(shù)和壓電原理，批量制造無源器件，實現(xiàn)微小型化。期望設(shè)計的傳感器具有體積小，動態(tài)測試范圍廣，噪聲低，靈敏度高等優(yōu)點。本文分析了水生動物的側(cè)線感覺傳導(dǎo)的仿生學(xué)理論和材料的壓電效應(yīng)，通過對設(shè)計水聲傳感器的理論分析，論證本文制作的器件的可行性。根據(jù)上述理論，設(shè)計出四懸臂梁-中心連接體結(jié)構(gòu)，建立了數(shù)學(xué)模型，對其固有頻率，靈敏度，應(yīng)力以及剛度進行分析，并通過MATLAB、ANSYS進行仿真、分析、對比。在MEMS加工技術(shù)平臺上完成器件基礎(chǔ)芯片的制作，組裝。模仿水生動物感覺器，完成仿生封裝，制造出壓電式MEMS仿生

6、矢量水聲傳感器的模型樣機。最后，自主搭建振動測試平臺初步完成模型樣機的靈敏度、指向性的校準實驗。實驗結(jié)果表明設(shè)計的水聽器質(zhì)量輕、體積小、具有“8”字指向性。靈敏度為-192.2dB@500Hz（0dB參考值1V/μPa），頻帶寬度為20~300Hz。100Hz時頻帶內(nèi)指向性凹點深度大于20dB，軸向靈敏度最大值不對稱性小于0.2dB；300Hz時頻帶內(nèi)指向性凹點深度大于23.5dB，軸向靈敏度最大值不對稱性小于0.8dB。關(guān)鍵詞：壓電效應(yīng)，仿生結(jié)構(gòu)，MEMS，水聲傳感器中北大學(xué)學(xué)位論文DevelopmentofpiezoelectricMEMSbionic

7、structurevectoracousticsensorAbstractWiththeimplementationofmarinepowerpolicy,tostrengthenthedevelopment,management,utilizationandcontroloftheoceanisthefocusoffuturesustainedandhealthydevelopment.Inordertosolvethelowfrequency,longdistance,multitargetobjectrecognition,anurgentneedt

8、oaddressthekeyissuesis:exploratio