CN110044471A - 一种三角形正交矢量水听器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种三角形正交矢量水听器，包括两个垂直连接的纤毛式微结构，每个所述纤毛式微结构均包括一个三角形衬底、三个悬臂梁、六个压敏传感器、两个定值电阻和一根纤毛，三个所述悬臂梁的一端均与所述三角形衬底的内壁连接而另一端相交于所述三角形衬底的中心，六个所述压敏传感器均布在三个所述悬臂梁上且阻值均相等，两个所述定值电阻设置在所述三角形衬底的底面，所述纤毛的底端与三个所述悬臂梁相交的一端垂直连接，两个所述纤毛式微结构垂直组合后可测得三维方向上的信号。本发明通过设置两个垂直连接的纤毛式微结构，且每个纤毛式微结构采用新型的三角形结构形式，这样可测得三维方向上的信号。
Description
技术领域
本发明涉及MEMS仿生矢量水听器技术领域，具体是涉及一种三角形正交矢量水听器。
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三角形正交矢量水听器。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种三角形正交矢量水听器，包括两个垂直连接的纤毛式微结构，每个所述纤毛式微结构均包括一个三角形衬底、三个悬臂梁、六个压敏传感器、两个定值电阻和一根纤毛，三个所述悬臂梁的一端均与所述三角形衬底的内壁连接而另一端相交于所述三角形衬底的中心，六个所述压敏传感器均布在三个所述悬臂梁上且阻值均相等，两个所述定值电阻设置在所述三角形衬底的底面，所述纤毛的底端与三个所述悬臂梁相交的一端垂直连接，两个所述纤毛式微结构垂直组合后可测得三维方向上的信号。
更优的，还包括与两个所述三角形衬底的一边均固定连接的金属支撑体。
更优的，所述三角形衬底均设置为等边三角形。
更优的，三根所述悬臂梁呈中心对称设置。
相比于现有技术，本发明的有益效果是：
1、本发明通过设置两个垂直连接的纤毛式微结构，且每个纤毛式微结构采用新型的三角形结构形式，这样可通过单个纤毛式微结构中的六个压敏传感器和两个定值电阻组合测得二维平面上的信号，然后通过两个垂直设置的纤毛式微结构组合可测得三维方向上的信号。
2、本发明所采用的三角形结构不同于现有结构的信号收集处理方式，即不再是利用惠斯通电桥获得电压差的方式来计算信号方位，而是直接获得各方位电压差，这样可使后期信号处理的算法更为简便，计算速度更快。
3、本发明所采用的三角形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为本发明一种三角形正交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：1-三角形衬底，2-悬臂梁，3-压敏传感器，4-定值电阻，5-纤毛，6-金属支撑体。
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所示为本发明一种三角形正交矢量水听器的结构示意图，包括两个垂直连接的纤毛式微结构。其中，每个纤毛式微结构均包括一个三角形衬底1、三个悬臂梁2、六个压敏传感器3、两个定值电阻4和一根纤毛5。上述三角形衬底1均设置为等边三角形，而两个三角形衬底1的其中一边可通过金属支撑体6固定连接，即两个三角形衬底1所在平面为垂直相交。上述三个悬臂梁2呈中心对称设置在三角形衬底1的内部，即悬臂梁2的其中一端与三角形衬底1的一角固定连接，而悬臂梁2的另一端相交于三角形衬底1的中心。上述纤毛5的底端可与三个悬臂梁2相交的一端垂直连接，即纤毛5与三角形衬底1所在平面为垂直相交。上述六个压敏传感器3分别设置在三个悬臂梁2的两端，而且六个压敏传感器3的阻值均相等。上述两个定值电阻4均设置在三角形衬底1的底面，该定值电阻4可与压敏传感器3组合测得二维方向上的信号。此外，上述三角形衬底1采用具有塑性与弹性的sebs基材料制成，悬臂梁2采用SOI材料通过MEMS工艺制成，纤毛5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：
当信号从垂直纤毛5的方向传来时，声波会引起纤毛5振动，接着纤毛5会带动三个悬臂梁2发生形变，继而使三个悬臂梁2上的压敏传感器3的电阻均发生变化，然后将一个悬臂梁2上的两个压敏传感器3中间的电势与两个定值电阻4中间的电势进行比较得出电压，通过该电压即可判断信号传来的方向（如图2所示）。两个正三角形纤毛式微结构通过垂直连接即可组成信号采集系统，然后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就可获得三维空间的精确定位。
本发明中的两个垂直连接的正三角形纤毛式微结构在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 (4)
1.一种三角形正交矢量水听器，包括两个垂直连接的纤毛式微结构，其特征在于：每个所述纤毛式微结构均包括一个三角形衬底（1）、三个悬臂梁（2）、六个压敏传感器（3）、两个定值电阻（4）和一根纤毛（5），三个所述悬臂梁（2）的一端均与所述三角形衬底（1）的内壁连接而另一端相交于所述三角形衬底（1）的中心，六个所述压敏传感器（3）均布在三个所述悬臂梁（2）上且阻值均相等，两个所述定值电阻（4）设置在所述三角形衬底（1）的底面，所述纤毛（5）的底端与三个所述悬臂梁（2）相交的一端垂直连接，两个所述纤毛式微结构垂直组合后可测得三维方向上的信号。
2.根据权利要求1所述的一种三角形正交矢量水听器，其特征在于：还包括与两个所述三角形衬底（1）的一边均固定连接的金属支撑体（6）。
3.根据权利要求1所述的一种三角形正交矢量水听器，其特征在于：所述三角形衬底（1）均设置为等边三角形。
4.根据权利要求1或3所述的任一种三角形正交矢量水听器，其特征在于：三根所述悬臂梁（2）呈中心对称设置。
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