MEMS同振型三维组合水听器制造技术

本发明专利技术为一种MEMS同振型三维组合水听器，属于水声传感器技术领域。该水听器包括圆球状封装舱，圆球状封装舱内设有控制电路板，控制电路板上集成有一支构成矢量通道的MEMS电容式三轴加速度计以及一支构成声压通道的MEMS电容式全向性麦克风，控制电路板上连接有输出信号缆和输入信号缆，圆球状封装舱内还设有上下对称设置的气体密封腔。该水听器集成了一款MEMS电容式三轴加速度计作为矢量通道、集成了一款MEMES全向性麦克风作为声压通道，大大减小了MEMS同振型三维组合水听器的体积，增加了MEMS同振型三维组合水听器的灵敏度。MEMS同振型三维组合水听器的灵敏度。MEMS同振型三维组合水听器的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
MEMS同振型三维组合水听器


[0001]本专利技术属于水声传感器
，具体是一种MEMS同振型三维组合水听器。

技术介绍

[0002]UUV无人潜航器在水下探测与水下反探测方面聚焦了水声领域的高度关注，近些年，UUV无人潜航器在水下作战领域被广泛应用，UUV无人潜航器体积小、灵敏度高，可以适应复杂的海洋环境。但是近些年对于追踪水下微弱信号的目标对UUV无人潜航器又提出了更高的要求。基于鱼类仿生研究，提出使用MEMS矢量水听器构建UUV MEMS声自导系统，使UUV可以在复杂的环境海洋环境中提取微弱声信号，从而完成跟踪目标、分辨敌我、攻击目标、智能编队等任务。MEMS同振型矢量水听器具有灵敏度高、体积小、带宽宽等特点，十分适用于UUV MEMS声自导系统。因此，研制一种全新结构及性能的MEMS同振型矢量水听器用于UUV无人潜航器就显得尤为重要了。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了搭建UUV MEMS声自导系统舱段、提高UUV无人潜航器声自导准确性，而提供一种MEMS同振型三维组合水听器。该水听器集成了一款MEMS电容式三轴加速度计作为矢量通道、集成了一款MEMES全向性麦克风作为声压通道，大大减小了MEMS同振型三维组合水听器的体积，增加了MEMS同振型三维组合水听器的灵敏度。
[0004]本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种MEMS同振型三维组合水听器，包括圆球状封装舱，圆球状封装舱的内部中心位置处设有长方体状的电路板放置舱，圆球状封装舱内部位于电路板放置舱上方的位置处设有球台状的上部气体密封腔，圆球状封装舱内部位于电路板放置舱下方的位置处设有球台状的下部气体密封腔，上部气体密封腔和下部气体密封腔以电路板放置舱对称设置；电路板放置舱内安装有控制电路板，控制电路板上集成有声矢量通道、声压通道和信号调理电路；控制电路板上连接有输出信号缆，输出信号缆穿过上部气体密封腔后从圆球状封装舱的顶端穿出，并与外部UUV无人潜航器连接；控制电路板上连接有输入信号缆，输入信号缆穿过下部气体密封腔后从圆球状封装舱的底端穿出，并与外部UUV无人潜航器连接；圆球状封装舱的上半部外表面沿其周缘均布设置有四个上部弹性悬挂件，圆球状封装舱的下半部外表面沿其周缘均布设置有四个下部弹性悬挂件，四个上部弹性悬挂件和四个下部弹性悬挂件以电路板放置舱对称设置。
[0005]进一步的，声矢量通道由MEMS电容式三轴加速度计构成，声压通道由MEMS电容式全向性麦克风构成。
[0006]进一步的，MEMS电容式三轴加速度计的矢量通道三轴方向带宽一致且均为10HZ
‑
1000Hz,灵敏度一致且均为
‑
174.6dB，误差范围在0.3dB之内；MEMS电容式全向性麦克风的声压通道具有全向性，灵敏度为
‑
173.4dB。
[0007]进一步的，圆球状封装舱由上部半球状舱体和下部半球状舱体对接而成；上部半
球状舱体的底面中心位置开设有上部长方体凹槽，上部气体密封腔开设在上部半球状舱体内部位于上部长方体凹槽上方的位置处，上部长方体凹槽的中心位置处以及上部气体密封腔的腔顶中心位置处均开设有供输出信号缆穿过的过孔；下部半球状舱体的顶面中心位置开设有下部长方体凹槽，下部气体密封腔开设在下部半球状舱体内部位于下部长方体凹槽下方的位置处，下部长方体凹槽的中心位置处以及下部气体密封腔的腔底中心位置处均开设有供输入信号缆穿过的过孔；上部长方体凹槽和下部长方体凹槽对接组成电路板放置舱。
[0008]进一步的，上部半球状舱体的底面上沿其周缘处设置有一圈环形凹槽，下部半球状舱体的顶面上沿其周缘处设置有一圈环形凸缘，上部半球状舱体上的环形凹槽与下部半球状舱体上的环形凸缘卡接固定后实现上、下部半球状舱体的对接连接。
[0009]进一步的，上部长方体凹槽内的对角两侧分别设置有用于固定控制电路板的固定卡。
[0010]进一步的，上部半球状舱体和下部半球状舱体均采用树脂材料制作而成，上部半球状舱体和下部半球状舱体的对接处采用聚氨酯灌封胶进行密封处理，控制电路板采用聚氨酯灌封胶灌封于电路板放置舱内，输出信号缆、输入信号缆穿过的过孔处均采用聚氨酯灌封胶进行密封处理。
[0011]本专利技术水听器主要适用于UUV无人潜航器声自导系统的搭建，为UUV精准探测海底微弱信号、海下编队等任务提供帮助。UUV无人潜航器声学传感器舱具有承压能力，所以本专利技术水听器封装舱不需要考虑承压能力，进而采用在封装舱内密封低密度气体来降低水听器整体平均密度，使其与UUV无人潜航器水声传感器舱内水介质密度相同，从而达到同振的目的。本专利技术水听器的结构设计使封装过程由繁至简，减小了封装所需时间。本专利技术球型封装舱采用低密度树脂材料制成，其平均密度约为1.17g/cm3，具有良好的可塑性，表面光洁度高。本专利技术水听器中集成了一款MEMS电容式三轴加速度计来检测水下声场的矢量信息、集成了一款MEMS电容式全向性麦克风来检测水下声场标量信息，两通道结合使水听器可以更加具体的描述水下声场的信息，避免了左右舷模糊的问题；MEMS电容式三轴加速度计体积小、功耗小、价格低、灵敏度高，使同振型矢量水听器三轴具有良好的指向性以及高灵敏度；MEMS电容式全向性麦克风带宽宽，稳定性高，信噪比高。将带有MEMS电容式三轴加速度计、MEMS电容式全向性麦克风及信号调理电路的控制电路板使用聚氨酯灌封胶封装在电路板放置舱内，聚氨酯灌封胶具有防水性好、强稳定性、透声性、绝缘性，有效减少了由于加速度计偏离几何中心所产生的输出信号误差。
[0012]本专利技术的理论依据是当满足声学刚性球体的尺寸远远小于声波波长此条件时，将球体置于水中后水质点的振动速度Vx与球体未置于水中时水质点的振动速度Vo具有以下关系：其中，为水介质密度，为水听器平均密度。
[0013]由上式可以看出，当声学刚性球体的直径远小于声波波长且声学刚性球体的平均
密度接近水的密度时，声学刚性球体在水声声波的作用下做自由运动，且其振动速度、振动幅值与水声声波作用下水质点振速与幅值相同，相位差几乎为零。由此可知，同振型矢量水听器同振型矢量水听器主要检测的是水声声波作用下，同振型矢量水听器中心质点所产生的振速、振动幅值等矢量信息。
[0014]通过弹性悬挂件将本专利技术水听器以弹性悬挂的方式置于水中，在声波作用下，同振型三维组合水听器与水介质产生相同速度与幅值的振动，置于同振型三维组合水听器中心的MEMS电容式三轴加速度计将获取到的矢量信息转换为电信号输出，最后结合由MEMS电容式全向性麦克风构成的声压通道的输出，计算出目标方位的具体位置，以达到UUV无人潜航器水下探测与反探测、智能编队等目标。
[0015]本专利技术水听器随着维数的增加，可以在水下获取到更加全面的水声信息，再结合声压通道拾取的水声标量信息，可以更加完整的描述水下声场的状态，例如水下被探测目标的方位信息，给UUV无人潜航器在完成水下任务时提供更多有用信息。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS同振型三维组合水听器，其特征在于：包括圆球状封装舱，圆球状封装舱的内部中心位置处设有长方体状的电路板放置舱，圆球状封装舱内部位于电路板放置舱上方的位置处设有球台状的上部气体密封腔，圆球状封装舱内部位于电路板放置舱下方的位置处设有球台状的下部气体密封腔，上部气体密封腔和下部气体密封腔以电路板放置舱对称设置；电路板放置舱内安装有控制电路板，控制电路板上集成有声矢量通道、声压通道和信号调理电路；控制电路板上连接有输出信号缆，输出信号缆穿过上部气体密封腔后从圆球状封装舱的顶端穿出，并与外部UUV无人潜航器连接；控制电路板上连接有输入信号缆，输入信号缆穿过下部气体密封腔后从圆球状封装舱的底端穿出，并与外部UUV无人潜航器连接；圆球状封装舱的上半部外表面沿其周缘均布设置有四个上部弹性悬挂件，圆球状封装舱的下半部外表面沿其周缘均布设置有四个下部弹性悬挂件，四个上部弹性悬挂件和四个下部弹性悬挂件以电路板放置舱对称设置。2.根据权利要求1所述的MEMS同振型三维组合水听器，其特征在于：声矢量通道由MEMS电容式三轴加速度计构成，声压通道由MEMS电容式全向性麦克风构成。3.根据权利要求2所述的MEMS同振型三维组合水听器，其特征在于：MEMS电容式三轴加速度计的矢量通道三轴方向带宽一致且均为10HZ
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1000Hz,灵敏度一致且均为
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174.6dB，误差范围在0.3dB之内；MEMS电容式全向性麦克风的声压通道具有全向性，灵敏度为
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173.4dB...

【专利技术属性】
技术研发人员：王任鑫，张文栋，武淑峰，乔庆宇，张国军，何常德，杨玉华，崔建功，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：