[实用新型]一种小型化MEMS电容式复合同振型矢量水听器

说明书

本实用新型公开了一种小型化MEMS电容式复合同振型矢量水听器，属于水声信号探测技术领域，其包含MEMS电容式加速度计、固定芯子、垂直悬挂杆、压电陶瓷环、透声密封壳体、圆锥螺旋弹簧；MEMS电容式加速度传感器正交安装在固定芯子中；垂直悬挂杆贯穿整个固定芯子；压电陶瓷环套在固定芯子外部；所述透声密封壳体通过灌封工艺覆盖在压电陶瓷环的外部。圆锥螺旋弹簧与垂直悬挂杆连接，将水听器悬挂在固定支架上使用。本实用新型缩小水听器体积同时，能够检测水下相同位置的声压信号和振速信号，提高信号检测的准确性，结构简单，一致性好，可靠性高。

技术领域

本实用新型涉及到水声信号探测技术领域，特别涉及一种小型化MEMS电容式复合同振型矢量水听器。

背景技术

传统的标量水听器，也称为声压水听器，一般采用压电陶瓷等材料制备，具有多种形状和尺寸，多用作标准水听器使用，但只能测量声场中的标量参数。

传统的同振式矢量水听器内部核心感知元件为振动传感器。国内外的水听器加工中使用较多的振动传感器多为基于压电原理的加速度或速度传感器。这种传统型压电矢量水听器体积大，重量重，后端需要复杂的处理电路，并且受传统加工工艺限制，一致性较差，不易于实现多平台搭载，已不能满足目前水声探测小型化多平台化的发展需求。

随着微机电技术的发展，将基于MEMS技术的半导体器件与传统水声领域相结合的MEMS水听器，具有噪声低，灵敏度高，一致性好等优点，并且能够与后端ASIC电路高度集成，大大缩小了水听器的体积和重量，减少了对原辐射声场的影响，使检测结果更加准确。目前的MEMS同振型矢量水听器有压阻式、压电式和电容式三种。压阻式和压电式水听器一般灵敏度较低，热噪声较大，容易受到温度影响。而MEMS电容式水听器具有检测精度高、灵敏度高和稳定性高的优点，配合闭环反馈电路还能够有效的拓宽频带宽度。

在公开号为CN1776390A的专利中公开了“电容式同振矢量水听器及其工艺”，该矢量水听器采用硅微加速度传感器作为敏感元件，但不具备标量声压探测能力；在公开号为CN208795359U的专利中公开了“二维同振型矢量水听器”，虽然这种结构在能够实现声压和振速复合信息探测，但是又存在如下问题：1)振速感知元件和声压感知元件垂直布放，导致尺寸较大。2)振速感知元件和声压感知元件不同心，无法准确获取声场信息。3)悬挂结构较为复杂，需要八根弹簧支撑。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种小型化MEMS电容式复合同振型矢量水听器。该水听器能够检测水下相同位置的声压信号和振速信号，不仅提高了信号检测的准确性，而且结构简单，一致性好，可靠性高，能够满足水下低频率检测的需求。

为了实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：

一种小型化MEMS电容式复合同振型矢量水听器，包括水听器主体和悬架，其水听器主体包括压电陶瓷环和压电陶瓷环外表面覆盖灌装的透声密封壳体；压电陶瓷环通过线缆与外部连接；所述水听器主体还包括固定芯子和至少两个MEMS电容式加速度计；所述压电陶瓷环的顶部和底部均覆盖有泡沫盖板，所述固定芯子位于压电陶瓷环内部，所述MEMS电容式加速度计均竖直设于固定芯子的侧壁上，且相邻的MEMS电容式加速度计相互垂直并且两者中心位于同一高度；MEMS电容式加速度计通过穿透泡沫盖板和透声密封壳体的线缆与外部连接。

进一步的，所述水听器主体还包括垂直悬挂杆，垂直悬挂杆穿过透声密封壳体、泡沫盖板和固定芯子，且垂直悬挂杆的两端均露出于透声密封壳体外；所述垂直悬挂杆的端部均设有通孔，且两端的通孔成正交关系。

进一步的，所述固定芯子为圆柱体，垂直悬挂杆穿过圆柱体的中心线；MEMS电容式加速度计嵌在圆柱体的侧壁上。

进一步的，所述压电陶瓷环的中心线和固定芯子的中心线重合。

进一步的，所述MEMS电容式加速度计为四个，间隔设置的MEMS电容式加速度计呈镜像对称。