MOEMS聲傳感技術(shù)及低頻聲傳播特性研究.pdf

1、在現(xiàn)代海戰(zhàn)中，隨著空中威脅目標(biāo)的快速發(fā)展，水下航行器的生存面臨著越來越大的挑戰(zhàn)，在兩者的對(duì)抗中形成了“空優(yōu)潛劣”的格局。為了打破這種格局，世界各國(guó)都在大力研制潛空武器系統(tǒng)。而我國(guó)擁有遼闊的海疆，水下航行器是保衛(wèi)海疆不可缺少的“衛(wèi)士”。若要在未來海戰(zhàn)中進(jìn)行有效的對(duì)敵防御和攻擊就必須擁有有效的潛空探測(cè)系統(tǒng)。這對(duì)于保證國(guó)防安全、人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，具有重要的意義。本文根據(jù)國(guó)家863項(xiàng)目的要求，主要對(duì)水空探測(cè)系統(tǒng)中的MOEMS聲傳感技術(shù)及?？毡?/p>

2、景下空中低頻聲源在空中和海水中的傳播特性進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 ⑴對(duì)MOEMS低頻聲傳感頭部進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)和仿真：結(jié)合法布里-珀羅干涉儀的基本原理，對(duì)MOEMS低頻聲傳感器頭部腔體的傳輸損耗、腔長(zhǎng)、反射率進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)和仿真；對(duì)凸臺(tái)式微機(jī)械敏感薄膜的形變理論以及與優(yōu)化聲學(xué)特性相關(guān)的聲輻射阻抗特性進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo)、仿真和討論，在此基礎(chǔ)上對(duì)微機(jī)械敏感薄膜進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)；結(jié)合設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，詳細(xì)設(shè)計(jì)了低頻聲傳感探測(cè)

3、頭，進(jìn)行了總體的仿真；
　　 ⑵對(duì)MOEMS低頻聲傳感器頭部進(jìn)行了制作：針對(duì)微機(jī)械敏感薄膜的厚度很薄，在制作過程中極易損壞的技術(shù)難點(diǎn)，設(shè)計(jì)了使用濕法腐蝕的方法來形成薄膜的技術(shù)方案；采用微機(jī)械加工工藝制作了微機(jī)械敏感薄膜，并對(duì)工藝中存在的問題，如裂紋、切片、不均勻性等存在的問題進(jìn)行了分析，指出了改進(jìn)方向；在對(duì)封裝損耗中出現(xiàn)的軸向失配、角向失配和間隙失配進(jìn)行分析和仿真的基礎(chǔ)上，用毛細(xì)玻璃管、準(zhǔn)直器和微機(jī)械敏感薄膜對(duì)低頻MOEMS聲傳

4、感頭部進(jìn)行了封裝，制作了MOEMS低頻聲傳感器的樣品；通過與以色列的FOM聲傳感器進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，我們研制的MOEMS低頻聲傳感器的靈敏度為50mV/Pa；
　　 ⑶由于研究對(duì)象是空中低頻聲源在?？毡尘跋碌膫鞑?，本文采用了快速場(chǎng)算法對(duì)低頻聲源的傳播特性進(jìn)行研究。論文對(duì)基于傳播矩陣的快速場(chǎng)算法進(jìn)行了推導(dǎo)。并通過理論計(jì)算方法對(duì)快速場(chǎng)算法中的核函數(shù)以及傳播損耗進(jìn)行了比較驗(yàn)證，證明了基于傳播矩陣的快速場(chǎng)算法的正確性；對(duì)快速場(chǎng)算法中頻率與采

5、樣點(diǎn)的關(guān)系進(jìn)行了仿真和比較，得出對(duì)于較高頻率的聲源，使用快速場(chǎng)算法時(shí)采需要更多的樣點(diǎn)的結(jié)論；
　　 ⑷對(duì)影響聲傳播的海洋溫度、鹽度、深度等海洋聲學(xué)特性進(jìn)行了詳細(xì)論述，在此基礎(chǔ)上對(duì)海空背景下，空中低頻聲源在等速淺海環(huán)境下空中和水下傳播的特性，以及聲源高度、傳播衰減系數(shù)對(duì)傳播特性的影響；對(duì)聲速為正/負(fù)梯度淺海模型、典型變聲速深海模型中的水下聲傳播特性進(jìn)行了仿真，得出了低頻聲源在水下水平方向和垂直方向上的一些傳播特性的結(jié)論，并從理論上

6、對(duì)仿真結(jié)果和得出的結(jié)論進(jìn)行了解釋；
　　 ⑸通過消聲水池對(duì)半無限空間進(jìn)行模擬，在消聲水池中對(duì)不變聲速的半無限空間環(huán)境的空中低頻聲源（100Hz的脈沖聲波）的水下聲傳播特性進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果較好的驗(yàn)證了中遠(yuǎn)場(chǎng)仿真模型的預(yù)測(cè)；由于模型中忽略了側(cè)面波的影響，實(shí)驗(yàn)中在近場(chǎng)的實(shí)測(cè)結(jié)果與仿真結(jié)果有偏差。
　　 綜上所述，本文對(duì)水空探測(cè)系統(tǒng)中低頻聲探測(cè)浮標(biāo)的關(guān)鍵器件進(jìn)行了設(shè)計(jì)和試制，從實(shí)踐上證明了基于非本征法布里-珀羅干涉儀結(jié)構(gòu)