王晓琳,杨 军,程晓斌

(1.中国科学院噪声与振动重点实验室,北京 100190;2.中国科学院大学,北京 100049)

一种仿生原理的矢量水听器结构设计与数值研究*

王晓琳1,2*,杨 军1,2,程晓斌1,2

(1.中国科学院噪声与振动重点实验室,北京 100190;2.中国科学院大学,北京 100049)

受奥米亚棕蝇听觉系统特有结构的启发,提出一种能够测向的微机电(MEMS)矢量水听器设计思路,并进行了数值仿真研究。这种思路是利用MEMS表面牺牲层工艺设计一种微型差分电容检测水听器,可实现低频声源测向定位。利用COMSOL多物理场耦合仿真软件对水听器的模态和耦合放大效果进行了模拟仿真,结果显示在0°～180°范围,在谐振频率333Hz处,水听器差分电容敏感单元能够对声信号幅值差和相位差实现有效放大,显示出巨大的测向潜力。

微机电;奥米亚棕蝇;测向定位

对水下远程目标进行检测、定位和识别,已经成为各国海军所关注的焦点。利用常规声压水听器及其基阵探测目标存在某些固有缺陷,如左右舷模糊、对低频声波进行方位和到达时间分析时所需基阵庞大等问题。矢量水听器可以弥补传统声压水听器所存在的不足,单个矢量水听器既能够对水下声目标进行方位估计,并且不存在左右舷模糊问题。矢量水听器进行测向时,载体的散射作用会导致传感器的输出结果发生畸变,影响测向精度,莫世奇[1]等人对球形障板声散射对矢量传感器测向输出的影响进行了仿真研究及实验验证。随着IC技术和微机电系统(MEMS)加工技术的发展,为矢量水听器的小型化、高一致性、低成本提供了必要条件。……