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MEMS矢量传感器方位估计误差分析: 2014年; 为提高MEMS仿生矢量传感器的定位精度,对其误差来源进行分析。对于单个矢量传感器,误差来源于其自身灵敏度不一致及流噪声的影响。提出通过分段插值来绘制线性曲线、选用差分测量结构和调整两路输出信号的大小使灵敏度一致;对于流噪声产生的误差,提出一种加聚氨酯导流罩的新结构,可以使水听器抑制流噪声的能力较之前提高20 dB。对阵列而言,选取不同阵元数进行仿真对比分析,得出随着阵元数的增加,水声传感器阵列DOA估计的准确度会随之增高,分辨力也随之增强。通过对影响MEMS矢量传感器方位估计的误差来源进行分析,进一步提出解决方案,为提高其定位精度提供了有力的科学支撑,从而为MEMS矢量传感器的工程化应用奠定了坚实的基础。; 刘宏刘慧敏张国军宋小鹏张文栋; 关键词：矢量传感器噪声分析误差分析

杯型MEMS矢量水听器的设计被引量：2: 2016年; 由于当前四梁纤毛式MEMS矢量水听器的灵敏度与带宽之间相互制约,要想提高水听器的灵敏度往往需要以大幅牺牲带宽为代价,针对此问题提出了杯型矢量水听器,在大幅提高水听器灵敏度的同时仍具有一定的带宽,满足MEMS矢量水听器低频高灵敏度的工程应用要求。通过ANSYS对杯型微结构进行仿真分析,保证水听器的灵敏度及工作带宽。驻波场测试结果表明,杯型矢量水听器的灵敏度在400 Hz可达到-192 dB（前置放大40 dB）,具有20~400 Hz的可测带宽,在满足测试带宽的基础上大幅提高了矢量水听器的灵敏度,同时满足灵敏度每频程6 dB的增长趋势,具有良好的＂8＂字型指向性,凹点深度为31.6 dB。; 徐伟张国军刘源韩建军白冰张文栋; 关键词：矢量水听器灵敏度带宽

管道内检测器声定位技术研究被引量：7: 2014年; 根据当前对管道检测系统的需求,基于声学原理的管道地面标记技术已成为现今研究的热点与难点。创新地提出将一种高灵敏度、高信噪比的MEMS仿生声矢量传感器应用于管道内检测器的地面标记中。首先介绍了管道内检测器在管道中的发声机理和声音信号特征。由于声波的吸收系数与频率的平方成正比,所以在低频时,声波衰减小,传播更完整。针对单个声矢量传感器,经过仿真分析,单声矢量传感器具有良好的定向能力。最后,进行现场实验,绘制出定向角度表,验证了MEMS声矢量传感器应用于管道内检测器地面标记的可行性。; 刘梦然张国军简泽明刘宏张文栋; 关键词：MEMS传感器声信号声衰减波束形成

MEMS矢量水听器减振结构的设计与研究被引量：3: 2015年; 在MEMS矢量水听器现有结构的基础上,设计出一种新型减振结构,期望利用该封装结构衰减水听器工作时安装平台的振动噪声,削弱安装平台振动对水听器测量精度的影响,提高水听器的抗噪能力。结合理论分析确定减振材料并采用有限元软件进行仿真,对矢量水听器先后采用原有封装结构和减振封装结构进行封装,并通过振动台实验和驻波桶灵敏度测试。测试结果表明:该结构可有效实现对MEMS矢量水听器干扰信号的衰减,同时基本不影响水听器的接收灵敏度。; 郭楠张国军简泽明刘梦然张文栋; 关键词：减振阻尼材料损耗因数封装结构

微声矢量传感器在管道巡检装置定位中的应用: 2013年; 地面标记器是管道内在线检测系统的重要组成部分,应用该系统可以实现对管道缺陷的精确定位。当管道内检测装置运行过程中被卡堵后对其准确定位是管道内检测的重要保证。基于此,创新性地将微声矢量传感器应用于地面标记系统。首先,针对应用的土壤环境进行分析,结合声波在土壤中衰减快的传播特性,对微声矢量传感器的结构进行了优化设计,提出了橘瓣式封装结构,传感器的灵敏度达到60 mV/gn。由于管线走向由管道桩可以事先确定,因此,实现对声源目标的定向结合管线走向便可对卡堵后发声的内检测装置进行定位。模拟实验表明:微矢量声传感器对声源目标定向平均误差小于5°。; 宋小鹏刘宏张国军薛晨阳; 关键词：声学原理

MEMS仿生矢量水听器的微结构优化设计被引量：2: 2014年; 压阻式的MEMS仿生矢量水听器的固有频率和灵敏度之间是相互制约的，即随微结构的各个尺寸（悬臂梁的长、宽、高及中心连接体的边长）的变化，二者呈现相反的趋势。通过理论分析和推导，得出每个尺寸对水听器固有频率和灵敏度的影响程度不一致，可以合理地设计微结构的各个尺寸（最优解），使矢量水听器在具有相同固有频率条件下得到最大灵敏度。根据常用的微结构，通过Matlab软件计算出了微结构的一组最优解。通过ANSYS软件仿真验证，与常用的微结构相比，该微结构固有频率下降了7％，而灵敏度提高了1倍。最后，测试结果表明：两组尺寸的水听器频带范围为20～1000Hz，并且尺寸优化后的水听器比优化前的灵敏度平均高5dB。; 简泽明张国军刘梦然张文栋; 关键词：固有频率频带 ANSYS 最优解

新型三维MEMS矢量水听器的设计被引量：2: 2013年; 根据国内对高灵敏度、低频小体积三维矢量水听器的需求,提出了一种仿鱼侧线纤毛的MEMS三维矢量水听器。该水听器采用多纤毛结构分别用来接收X、Y与Z方向的声信息,采用ANSYS进行仿真,静力分析得出了布放压阻的合理位置,谐响应分析得出该结构的固有频率在1.5 kHz左右;驻波桶校准测试结果表明:该水听器的灵敏度范围在-200 dB到-180 dB左右;在25 Hz～2 000 Hz频段内具有良好的频响特性;指向性分辨率大于等于30 dB,具有良好的"8"字形指向性。; 李振张国军薛晨阳; 关键词：矢量水听器 MEMS ANSYS 仿生

Design of a Bionic Cilia MEMS three-dimensional vibration sensor: 2013年; A biomimetic three-dimensional piezoresistive vibration sensor based on MEMS technology is reported. The mechanical properties of the sensor are analyzed and the static and dynamic characteristics of the sensor are simulated by ANSYS Workbenchl2.0. The structure was made by MEMS processes including lithography, ion implantation, PECVD, etching, etc. Finally, the sensor is tested by using a TV5220 sensor auto calibration system. The results show that the lowest sensitivity of the sensor is 394.7μV/g and can reach up to 460.2 μV/g, and the dimension coupling is less than 0.6152%, and the working frequency range is 0-1000 Hz.; 李振张国军薛晨阳吴淑娟; 关键词：ANSYS

MEMS仿生矢量水听器微结构的有限元分析(英文)被引量：6: 2015年; 结合压电原理和仿生学理论,利用MEMS工艺制作的仿生矢量水听器,具有高灵敏度、宽频带、矢量性及高信噪比等特点。为了进一步提高水听器预测水下环境中声学特性的准确性并提高其固有频率,利用有限元方法对MEMS水听器仿生微结构进行优化分析。首先,对仿生微结构固有频率和灵敏度与其结构尺寸关系作了理论分析并画出不同微结构尺寸下的固有频率和最大应力曲线。其次,运用ANSYS软件对仿生微结构进行有限元仿真并画出固有频率和最大应力响应曲线。对比分析理论与仿真结果,得出当悬臂梁长、宽、厚及仿生纤毛的高度和半径分别为400,80,50,1000和80μm时,MEMS矢量水听器的性能得到最优化,同时对理论与仿真结果的差异进行了分析。; 郭静张国军王续博张文栋; 关键词：MEMS ANSYS 矢量水听器频带

新型MEMS三维振动传感器的有限元分析被引量：4: 2013年; 针对目前多维振动传感器的需求,研制了一种基于MEMS技术的仿昆虫纤毛三维振动传感器。首先,介绍了振动传感器的仿生机理和工作原理;然后,推导了振动传感器的力学模型并建立了有限元模型;最后,对该传感器进行了静、动态特性分析,并通过实验验证最终得出该传感器的灵敏度为274.18μV/gn、维间耦合小于等于0.612 5%、测量范围为±25 gn、共振频率为2 342.6 Hz、抗冲击能力为100 gn。; 李振吴淑娟张国军薛晨阳; 关键词：振动传感器 MEMS 有限元法仿生

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国家自然科学基金(51205374)

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