CN110044470A - 一种柱形三维矢量水听器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种柱形三维矢量水听器，包括四梁纤毛式圆形结构和设置在四梁纤毛式圆形结构底部的圆柱结构，所述圆柱结构包括顶面与所述四梁纤毛式圆形结构的底面连接的空心圆柱支撑体、两端支撑在空心圆柱支撑体内壁上的纤毛二、设置在空心圆柱支撑体内且两端分别与纤毛二及四梁纤毛式圆形结构连接的支撑杆、设置在空心圆柱支撑体内壁且对称设置在纤毛二一端的两侧的压敏传感器Ⅱ和设置在空心圆柱支撑体内壁且对称设置在纤毛二另一端的两侧的定值电阻。本发明可通过四梁纤毛式圆形结构与圆柱结构的相互组合而测得三维空间内的信号。
Description
技术领域
本发明涉及MEMS仿生矢量水听器技术领域，具体是涉及一种柱形三维矢量水听器。
背景技术
声波是在海洋中唯一能够远距离传播的能量形式，而水听器是检测海洋中声波信号的基本器件。其中，基于MEMS技术的微型水听器作为一种微型的水声探测器件，从其诞生之日起就展现出传统水听器无法比拟的优越性，如基于MEMS技术的微型水听器的质量更轻、体积更小、容易隐藏且稳定性高。
目前，基于MEMS技术的矢量水听器已经向微型化、集成化方向发展，而且已经可以实现二维平面内方位的探测，但是仍无法根据实际需要而实现三维空间的精确定位，因单只矢量水听器的空间指向性差，定向精度不高，空间分辨率不够。因此，为实现三维空间的精确定位，使矢量水听器走向实用化，我们仍有许多问题亟需解决。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种可实现三维空间精确定位的柱形矢量水听器。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种柱形三维矢量水听器，包括四梁纤毛式圆形结构和设置在四梁纤毛式圆形结构底部的圆柱结构，所述圆柱结构包括顶面与所述四梁纤毛式圆形结构的底面连接的空心圆柱支撑体、两端支撑在空心圆柱支撑体内壁上的纤毛二、设置在空心圆柱支撑体内且两端分别与纤毛二及四梁纤毛式圆形结构连接的支撑杆、设置在空心圆柱支撑体内壁且对称设置在纤毛二一端的两侧的压敏传感器Ⅱ和设置在空心圆柱支撑体内壁且对称设置在纤毛二另一端的两侧的定值电阻。
通过采用以上技术方案，可使四梁纤毛式圆形结构测得二维平面内的信号，同时可使圆柱结构测得与四梁纤毛式圆形结构所测平面相互垂直的平面内的信号，即通过四梁纤毛式圆形结构与圆柱结构的相互组合就可测得三维空间内的信号，该信号可通过现有的信号传输处理技术，最终可以获得三维空间的精确定位。
更优的，所述四梁纤毛式圆形结构包括圆形衬底、设置在圆形衬底中部的十字型悬臂梁、垂直设置在十字型悬臂梁中心上表面的纤毛一和均布在十字型悬臂梁四梁上的八个压敏传感器Ⅰ，所述圆形衬底的底面与所述空心圆柱支撑体的顶面垂直连接，所述支撑杆的两端分别与所述纤毛二的顶面和所述十字型悬臂梁的底面垂直连接。
相比于现有技术，本发明的有益效果是：
1、通过四梁纤毛式圆形结构与圆柱结构的组合，可实现三维空间的精确定位。
2、结构精简但设计合理，组装方便，且通过MEMS技术可实现矢量水听器的微型化。
附图说明
图1为本发明一种柱形三维矢量水听器的结构示意图;
图2为本发明的电路原理图;
图示说明：1-四梁纤毛式圆形结构，11-圆形衬底，12-十字型悬臂梁，13-纤毛一，14-压敏传感器Ⅰ，2-圆柱结构，21-空心圆柱支撑体，22-纤毛二，23-支撑杆，24-压敏传感器Ⅱ，25-定值电阻。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步地说明。
如图1所示为本发明一种柱形三维矢量水听器的结构示意图，包括四梁纤毛式圆形结构1和垂直设置在四梁纤毛式圆形结构1底部的圆柱结构2。其中，四梁纤毛式圆形结构1设置为传统矢量水听器的结构形式，即该四梁纤毛式圆形结构1包括圆形衬底11、设置在圆形衬底11中部的十字型悬臂梁12、垂直设置在十字型悬臂梁12中心上表面的纤毛一13和均布在十字型悬臂梁12四梁上的8个压敏传感器Ⅰ14。而圆柱结构2包括顶面与圆形衬底11的底面连接的空心圆柱支撑体21、水平设置在空心圆柱支撑体21内中部且两端均支撑在空心圆柱支撑体21内壁上的纤毛二22、设置在空心圆柱支撑体21内且两端分别与纤毛二22的顶面及十字型悬臂梁12的底面垂直连接的支撑杆23、设置在空心圆柱支撑体21内壁且对称设置在纤毛二22一端的两侧的压敏传感器Ⅱ24和设置在空心圆柱支撑体21内壁且对称设置在纤毛二22另一端的两侧的定值电阻25。上述圆形衬底11和空心圆柱支撑体21均采用具有塑性与弹性的sebs基材料制成，十字型悬臂梁12和支撑杆23均采用SOI材料通过MEMS工艺制成，纤毛一13和纤毛二22的材料选用与水密度相近的PE塑料材质。
本发明的工作原理如下：
当有来自水平方向的信号时，纤毛一13的振动可使十字型悬臂梁12发生形变，这样就会使十字型悬臂梁12四梁上的压敏传感器Ⅰ14的压力发生变化，从而可使由8个压敏传感器Ⅰ14组成的惠斯通电桥两臂之间的电势差发生变化，即可获得水平方向上的电压信号（如图2所示）；同时，当有来自垂直方向的信号时，十字型悬臂梁12可通过支撑杆23使纤毛二22发生形变，这样就可使空心圆柱支撑体21内壁上的压敏传感器Ⅱ24的压力发生变化，从而可使2个压敏传感器Ⅱ24与2个定值电阻25之间的电势差发生变化，即可获得垂直方向上的电压信号。以上获得的水平方向上的电压信号及垂直方向上的电压信号可通过现有的信号传输处理技术以及通过树莓派的信号融合处理技术最终获得三维空间的精确定位。
本发明中的四梁纤毛式圆形结构和圆柱结构工作时相当于两只单矢量水听器同时从水平方向和垂直方向获取矢量信息，然后通过两个方向的组合并加以信息融合处理即可对声源目标的方位和距离进行精确定位。
以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (2)
1.一种柱形三维矢量水听器，包括四梁纤毛式圆形结构（1）和设置在四梁纤毛式圆形结构（1）底部的圆柱结构（2），其特征在于：所述圆柱结构（2）包括顶面与所述四梁纤毛式圆形结构（1）的底面固定连接的空心圆柱支撑体（21）、两端支撑在空心圆柱支撑体（21）内壁上的纤毛二（22）、设置在空心圆柱支撑体（21）内且两端分别与纤毛二（22）及四梁纤毛式圆形结构（1）连接的支撑杆（23）、设置在空心圆柱支撑体（21）内壁且对称设置在纤毛二（22）一端的两侧的压敏传感器Ⅱ（24）和设置在空心圆柱支撑体（21）内壁且对称设置在纤毛二（22）另一端的两侧的定值电阻（25）。
2.根据权利要求1所述的一种柱形三维矢量水听器，其特征在于：所述四梁纤毛式圆形结构（1）包括圆形衬底（11）、设置在圆形衬底（11）中部的十字型悬臂梁（12）、垂直设置在十字型悬臂梁（12）中心上表面的纤毛一（13）和均布在十字型悬臂梁（2）四梁上的八个压敏传感器Ⅰ（14），所述圆形衬底（11）的底面与所述空心圆柱支撑体（21）的顶面垂直连接，所述支撑杆（23）的两端分别与所述纤毛二（22）的顶面和所述十字型悬臂梁（2）的底面垂直连接。
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