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Development of cup-shaped micro-electromechanical systems-based vector hydrophone

水听器 带宽(计算) 灵敏度(控制系统) 微电子机械系统 声学 水下 材料科学 计算机科学 电子工程 工程类 物理 电信 光电子学 地质学 海洋学
作者
Wei Xu,Yuan Liu,Guojun Zhang,Renxin Wang,Chenyang Xue,Wendong Zhang,Jun Liu
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:120 (12) 被引量:29
标识
DOI:10.1063/1.4962859
摘要

Similar to the vital performance factors, the receiving sensitivity and the bandwidth exist interactively in the micro-electromechanical systems (MEMS)-based vector hydrophones. Some existing methods can improve the sensitivity of the hydrophone, but these improvements are usually gained at a cost of the bandwidth. However, the cup-shaped MEMS vector hydrophone that is presented in this paper can improve its sensitivity while retaining a sufficient bandwidth. The cup-shaped structure acts as a new sensing unit in the MEMS vector hydrophone, replacing the bionic columnar hair that was previously used for sensing. The relationships between the parameters of the cup-shaped structure and the sensitivity of the vector hydrophone were determined by a theoretical deduction. In addition, simulation analyses were performed, and optimized structural parameters were obtained in this work. ANSYS 15.0 simulation was used to derive the optimum characteristics for the cup-shaped structure. The results of the calibration experiments showed that the sensitivity reached up to −188.5 dB (gain of 40 dB, 1 kHz, 0 dB@1 V/μPa), and the bandwidth was in the 20 Hz–1 kHz range, which is sufficient for an underwater acoustic detection at low frequencies. This work has, thus, proved that the cup-shaped vector hydrophone has superior properties for the engineering applications.
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