[发明专利]四元列阵MEMS矢量水听器微结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种MEMS矢量水听器，具体是一种四元列阵MEMS矢量水听器微结构。

背景技术

矢量水听器作为一种能够时间同步、空间共点测得水下声场矢量信息的传感器，在海洋工程和海洋开发中有着广泛的应用前景。基于MEMS技术研制的矢量水听器正逐渐向微型化，集成化发展。利用MEMS技术研制的单矢量水听器已经可以进行目标定向功能，例如专利号为200610012991.0的中国发明专利公开的一种“共振隧穿仿生矢量水声传感器”，实现了对水下声信号二维平面内方位的探测。但是，随着研究的进一步深入也发现尽管单只矢量水听器可以对空间目标进行定向，但是单只系统的可靠性较差，对于已知的空间偶极子指向性，其定向精度不高，空间分辨率力不够，存在左右舷模糊等问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有单矢量水听器定向精度不高，空间分辨率力不够，存在左右舷模糊等问题，而提供了一种四元列阵MEMS矢量水听器微结构。由于利用本发明微结构制作的矢量水听器工作时相当于四只单矢量水听器同时从四个方向获取矢量信息，所以可以通过数据融合技术对获取的矢量冗余信息从决策级和数据级的融合层次进行融合处理，对声源目标的方位进行估计，从而得到比单矢量水听器更优越的检测和估计性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种四元列阵MEMS矢量水听器微结构，包括以硅为材料的正方形衬底，以正方形衬底的中心为坐标原点并沿正方形衬底两组对边的中线方向建立XOY坐标系，在正方形衬底上XOY坐标系的四个象限中采用ICP等离子刻蚀技术分别刻蚀有结构尺寸完全相同的镂空十字形悬臂梁，四个十字形悬臂梁的中心交叉处刻蚀为圆形片，在圆形片上分别垂直固定有一根密度与水密度相同或相近的微型柱状体，在各十字形悬臂梁的每根单梁的两端分别利用离子注入技术注入硼离子形成压敏电阻，所有的压敏电阻的阻值都相等；四个十字形悬臂梁分别以其各自的中心交叉处为坐标原点并沿其各自的悬臂梁方向建立相对坐标系，并任意的设其中一个十字形悬臂梁的相对坐标系为X₁OY₁、一个十字形悬臂梁的相对坐标系为X₂OY₂、一个十字形悬臂梁的相对坐标系为X₃OY₃、一个十字形悬臂梁的相对坐标系为X₄OY₄；以正方形衬底上XOY坐标系的X轴为基准并按逆时针方向，以上四个相对坐标系X₁OY₁、X₂OY₂、X₃OY₃、X₄OY₄中，其中任意一个相对坐标系相对于XOY坐标系的角度为0o、任意一个相对坐标系相对于XOY坐标系的角度为30o、任意一个相对坐标系相对于XOY坐标系的角度为45o、任意一个相对坐标系相对于XOY坐标系的角度为60o；位于相对坐标系X₁OY₁中X₁方向的两根悬臂梁上的四个应变压敏电阻连接成一个检测X₁方向水下声信号的惠斯通全桥差动电路，位于相对坐标系X₁OY₁中Y₁方向的两根悬臂梁上的四个应变压敏电阻连接成一个检测Y₁方向水下声信号的惠斯通全桥差动电路；位于相对坐标系X₂OY₂中X₂方向的两根悬臂梁上的四个应变压敏电阻连接成一个检测X₂方向水下声信号的惠斯通全桥差动电路，位于相对坐标系X₂OY₂中Y₂方向的两根悬臂梁上的四个应变压敏电阻连接成一个检测Y₂方向水下声信号的惠斯通全桥差动电路；位于相对坐标系X₃OY₃中X₃方向的两根悬臂梁上的四个应变压敏电阻连接成一个检测X₃方向水下声信号的惠斯通全桥差动电路，位于相对坐标系X₃OY₃中Y₃方向的两根悬臂梁上的四个应变压敏电阻连接成一个检测Y₃方向水下声信号的惠斯通全桥差动电路；位于相对坐标系X₄OY₄中X₄方向的两根悬臂梁上的四个应变压敏电阻连接成一个检测X₄方向水下声信号的惠斯通全桥差动电路，位于相对坐标系X₄OY₄中Y₄方向的两根悬臂梁上的四个应变压敏电阻连接成一个检测Y₄方向水下声信号的惠斯通全桥差动电路。所述的MEMS加工技术、ICP等离子刻蚀技术、离子注入技术是现有公知技术。