水聽器又稱水下傳聲器（hydrophone），是把水下聲信號轉換為電信號的換能器。水聽器作為聲吶系統(tǒng)的核心部件，直接影響到聲吶系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，水聽器是水聲學的一個重要研究方向，新型水聽器的研究是海軍聲吶技術發(fā)展的一項關鍵內容。當前水聽器根據作用原理可分為標量水聽器和矢量水聽器。矢量水聽器是20世紀晚期出現(xiàn)的一種新型水下聲傳感器，可以同步共點地獲得聲場的標量和矢量信息，為后續(xù)的信號處理提供更加豐富的信息，可大幅提高水聲系統(tǒng)的性能。它同時具有良好的低頻指向性、抑制各向同性噪聲等諸多優(yōu)點，為解決水聲工程中的許多問題提供了新的思路和方法。然而當前的矢量水聽器存在體積較大、工程應用安裝復雜以及成本較高等問題。微機電系統(tǒng)（MEMS）是以半導體制造技術為基礎發(fā)展起來的，其顯著優(yōu)點是體積小、重量輕、功耗低、價格低廉、性能穩(wěn)定等。MEMS自20世紀80年代中后期崛起以來發(fā)展極其迅速，被認為是繼微電子之后又一個對國民經濟和軍事具有重大影響的技術領域，并將成為21世紀新的國民經濟增長點和提高軍事能力的重要技術途徑。在此背景下，作者提出將MEMS技術應用于矢量水聽器的設想，以解決當前矢量水聽器存在的問題。
MEMS矢量水聽器是基于MEMS技術和仿人耳蝸聽覺原理設計加工而成的微型矢量水聽器，與當前其他矢量水聽器相比，具有體積小、矢量性、批量化、低成本、剛性安裝等優(yōu)勢，具有良好的潛在應用前景。本書結合作者近十年的MEMS矢量水聽器研究工作經歷，系統(tǒng)地闡釋了MEMS矢量水聽器的工作原理，聲電換能微結構設計、計算仿真，MEMS器件工藝加工，系統(tǒng)封裝集成及聲學性能測試等內容，并給出一些初步的工程應用實例。本書內容新穎、系統(tǒng)性強，是我國第一部將自主設計、加工、集成的MEMS器件應用于水聲領域的書籍，將MEMS新興技術應用于傳統(tǒng)的水聲換能器領域，促進了多學科間交叉融合發(fā)展。本書的部分研究成果是在多項國家和省部級課題資助下取得的。
本書是在中北大學張文棟教授、薛晨陽教授、熊繼軍教授、劉俊教授等，以及哈爾濱工程大學楊士莪院士的關心和支持下完成的，在此一并表示感謝。
由于作者水平有限，書中難免有不足之處，敬請讀者批評指正。
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前言
第1章 概述
1．1 聲學常見名詞和物理量
1．2 矢量水聽器國內外研究進展及應用現(xiàn)狀
l．3 MEMS技術應用于矢量水聽器
第2章 MEMS矢量水聽器微結構設計及仿真
2．1 纖毛式MEMS矢量水聽器仿生微結構工作原理
2．2 纖毛式MEMS矢量水聽器十字梁微結構力學建模
2．2．1 MEMS矢量水聽器微結構的力學特性分析
2．2．2 MEMS矢量水聽器微結構的頻率特性分析
2．3 微結構應力集中方案設計
2．3．1 多重應力集中方法及其應用于十字梁微結構
2．3．2 應力集中區(qū)域選擇及尺寸設計
2．3．3 MSCR對十字梁微結構性能的提高
2．4 纖毛集成低密度小球技術
第3章 纖毛式MEMS矢量水聽器微結構加工集成
3．1 部分關鍵工藝設計
3．1．1 多重應力集中區(qū)凹槽刻蝕
3．1．2 壓敏電阻條設計
3．1．3 歐姆接觸及金屬互連線設計
3．1．4 體硅刻蝕工藝設計
3．2 十字梁微結構MEMS加工工藝流程設計
3．3 十字梁微結構光刻掩膜版圖設計
3．4 纖毛式MEMS矢量水聽器芯片一致性測試
3．4．1 纖毛式MEMS矢量水聽器芯片形貌測試
3．4．2 纖毛式MEMS矢量水聽器壓敏電阻一致性測試
3．5 纖毛與十字梁微結構集成
第4章 纖毛式MEMS矢量水聽器芯片封裝集成
4．1 纖毛式MEMS矢量水聽器芯片封裝模型的提出
4．2 有限元仿真透聲帽的聲學性能
4．2．1 固定約束對透聲帽透聲性能影響的仿真
4．2．2 不同幾何尺寸的透聲帽透聲性能仿真
4．2．3 桔瓣式封裝結構提出及有限元建模仿真
4．2．4 不同材質的透聲帽透聲性能仿真
4．3 微型導流罩設計
4．4 低噪聲信號提取電路設計
4．5 纖毛式MEMS矢量水聽器組裝集成
4．5．1 纖毛式MEMS矢量水聽器芯片隔振支座研制
4．5．2 纖毛式MEMS矢量水聽器封裝集成流程
第5章 纖毛式MEMS矢量水聽器室內性能測試
5．1 靈敏度測試
5．1．1 纖毛式MEMS矢量水聽器裸芯片靈敏度測試
5．1．2 纖毛式MEMS矢量水聽器透聲帽封裝后靈敏度測試
5．2 指向性測試
5．3 纖毛式MEMS矢量水聽器量程測量
5．4 纖毛式MEMS矢量水聽器抗振動性能測試
第6章 纖毛式MEMS矢量水聽器湖、海試性能測試
6．1 微型導流罩流激噪聲抑制能力測試
6．1．1 不同材料的微型導流罩對纖毛式MEMS矢量水聽器性能的影響
6．1．2 典型使用環(huán)境下微型導流罩抑制流激噪聲能力測試
6．2 纖毛式MEMS矢量水聽器新安江湖試
6．2．1 靈敏度測試
6．2．2 指向性測試
6．3 纖毛式MEMS矢量水聽器海試
第7章 MEMS矢量水聽器及其纖毛仿生微結構工程應用初步
7．1 MEMS矢量水聽器在水雷兵器上的應用
7．2 MEMS矢量水聽器在海底觀測網上的初步應用
7．3 纖毛式MEMS仿生微結構應用于水下湍流檢測
7．4 電子心音器
參考文獻
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