趙鵬，張國(guó)軍*，劉源，申輝，劉林仙，張文棟，(.中北大學(xué)儀器科學(xué)與動(dòng)態(tài)測(cè)試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原03005;.中北大學(xué)電子測(cè)試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原03005)

納機(jī)電矢量水聽(tīng)器耐壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)*

趙鵬1，張國(guó)軍1*，劉源2，申輝2，劉林仙2，張文棟1，2
(1.中北大學(xué)儀器科學(xué)與動(dòng)態(tài)測(cè)試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原030051;2.中北大學(xué)電子測(cè)試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原030051)

納機(jī)電矢量水聽(tīng)器具有低頻性能好，靈敏度高等性能優(yōu)點(diǎn)，在深海探測(cè)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力，為滿足超深水工作的要求提出了絕緣托盤式新型封裝結(jié)構(gòu)，解決了納機(jī)電矢量水聽(tīng)器的耐高靜水壓技術(shù)難題。首先，進(jìn)行聚氨酯透聲帽外圍封裝承壓分析，理論論證聚氨酯基體樹(shù)脂材料的極限耐靜水壓強(qiáng)度為42.3 MPa。然后，對(duì)MEMS芯片輸出電壓進(jìn)行理論計(jì)算以及對(duì)其進(jìn)行模態(tài)仿真，得出在高達(dá)20 MPa的靜水壓作用下，傳感器的輸出靈敏度基本無(wú)變化，而且工作頻帶有所拓寬。測(cè)試結(jié)果表明:改進(jìn)封裝的納機(jī)電矢量水聽(tīng)器在高壓20 MPa時(shí)，可以實(shí)時(shí)獲得敲擊信號(hào);加壓前后，該水聽(tīng)器在20 Hz～1 000 Hz工作頻帶內(nèi)水聽(tīng)器的靈敏度和指向性基本一致。

矢量水聽(tīng)器;納機(jī)電;耐壓

近年來(lái)，人們對(duì)海洋能源與海洋資源的需求不斷增加，進(jìn)行深海探測(cè)有極大的科研意義和現(xiàn)實(shí)意義。進(jìn)行深海探測(cè)一方面可以推動(dòng)地球科學(xué)研究的發(fā)展，另一方面，是深海大洋資源、環(huán)境研究與軍事應(yīng)用的迫切需求。世界各國(guó)對(duì)海洋，尤其是對(duì)深海探測(cè)開(kāi)發(fā)的重視已經(jīng)上升到前所未有的高度。對(duì)深海資源進(jìn)行研究和勘查，需要使用各種傳感器和測(cè)繪、取樣、采集等設(shè)備，其中水聲換能器是必不可少的［1-2］。

由張文棟、薛晨陽(yáng)等人研制的納機(jī)電矢量水聽(tīng)器具有低頻性能好，靈敏度高，良好的“8”字型指向性等優(yōu)點(diǎn)［3-5］，在深海水聲探測(cè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力，但是，由于現(xiàn)有水聽(tīng)器封裝結(jié)構(gòu)的不完善，納機(jī)電矢量水聽(tīng)器尚不能承受高靜水壓力，可承受最高壓力為3 MPa［6］，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到超深水探測(cè)的要求。為此，本文基于文獻(xiàn)［7］所述的NEMS矢量水聽(tīng)器的工作原理，針對(duì)納機(jī)電矢量水聽(tīng)器敏感頭部位密封不好難以抵抗高靜水壓的缺陷，提出絕緣托盤密封結(jié)構(gòu)，以期突破納機(jī)電矢量水聽(tīng)器的耐靜水壓的關(guān)鍵技術(shù)，使其能在20 MPa的高壓下進(jìn)行深水探測(cè)。

1 耐壓封裝設(shè)計(jì)

1.1 封裝改進(jìn)

深水換能器在相應(yīng)高靜水壓的環(huán)境下若要正常工作，其封裝結(jié)構(gòu)需滿足耐壓要求，即封裝結(jié)構(gòu)不變形、不漏水;透聲帽內(nèi)的硅油不滲出。文獻(xiàn)［8］中的納機(jī)電矢量水聽(tīng)器，其封裝形式如圖1(a)所示，主要由透聲帽和后續(xù)處理電路管殼組成。前期水壓試驗(yàn)得，具有以上封裝形式的納機(jī)電矢量水聽(tīng)器易損壞部位并不在管殼底端與水密電纜連接處，而是發(fā)生在管殼的長(zhǎng)細(xì)脖子處，即MEMS芯片與后續(xù)處理電路連接的地方，在外界高靜水壓作用下，透聲帽內(nèi)硅油從該連接處被擠進(jìn)裝有后續(xù)處理電路的管殼內(nèi)，造成透聲帽內(nèi)外壓強(qiáng)不平衡，以致透聲帽被壓縮變形造成水聽(tīng)器毀壞。

圖1 兩種封裝結(jié)構(gòu)

為解決此密封性不好的問(wèn)題，需將MEMS芯片完全密封于透聲帽內(nèi)，避免透聲帽內(nèi)硅油被擠出造成水聽(tīng)器毀壞，基于此，采用絕緣托盤式密封結(jié)構(gòu)對(duì)敏感單元封裝?？紤]到水聽(tīng)器工作特點(diǎn)，采用玻璃鋼制作成絕緣托盤，托盤上打有信號(hào)螺孔，并通過(guò)鍍鎳螺釘傳遞電信號(hào)。由于此結(jié)構(gòu)使敏感單元完全密封，聚氨酯透聲帽內(nèi)硅油不會(huì)被擠出，隨著外界壓力升高內(nèi)部硅油可產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)壓，透聲帽內(nèi)外達(dá)到壓力平衡，從而使水聽(tīng)器封裝結(jié)構(gòu)能夠承受高靜水壓。絕緣托盤式封裝結(jié)構(gòu)如圖1(b)所示。

1.2 聚氨酯承壓理論分析

納機(jī)電矢量水聽(tīng)器的核心是拾取水聲信號(hào)的MEMS微結(jié)構(gòu)，而利用聚氨酯材料制作的柱殼狀透聲帽起到保護(hù)該MEMS微結(jié)構(gòu)以及透聲的作用，因此，對(duì)聚氨酯透聲帽進(jìn)行耐壓分析十分必要。研究透聲帽耐壓結(jié)構(gòu)首先從聚氨酯材料入手，聚氨酯是一種典型的超彈性材料，具有不可壓縮性，根據(jù)文獻(xiàn)［9］對(duì)其本構(gòu)關(guān)系的研究，擬合出不同密度下硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料的靜態(tài)應(yīng)力應(yīng)變曲線，如圖2所示，其中，曲線是準(zhǔn)靜態(tài)條件下的應(yīng)力應(yīng)變曲線，應(yīng)變率為ξ'=1.7× 10-3s-1，四條曲線的密度分別為ρ1=0.092 g/cm3，ρ2=0.202 g/cm3，ρ3=0.472 g/cm3，ρ4=1.2 g/cm3。

圖2 靜態(tài)應(yīng)力應(yīng)變曲線

由擬合曲線可以看出，隨著密度的提高，靜態(tài)應(yīng)力應(yīng)變曲線的屈服平臺(tái)越來(lái)越窄，屈服應(yīng)力越來(lái)越高。而聚氨酯基體樹(shù)脂材料的密度ρ4最高，為1.2 g/cm3，可以看作是聚氨酯泡沫材料的特殊形式，它的應(yīng)力應(yīng)變曲線幾乎沒(méi)有顯示出屈服平臺(tái)，我們可以認(rèn)為屈服應(yīng)力非常高。而根據(jù)文獻(xiàn)［10］中的研究表明:在準(zhǔn)靜態(tài)靜水壓加載條件下，泡沫材料的屈服強(qiáng)度比單向壓縮時(shí)略大、壓實(shí)應(yīng)變略小。也就是說(shuō)，圖2中的應(yīng)力應(yīng)變曲線的屈服平臺(tái)還應(yīng)有所提高。由以上分析可以得出，聚氨酯材料可以承受非常高的靜水壓力，滿足水聽(tīng)器封裝結(jié)構(gòu)耐壓性能的要求。

此外，為確定泡沫材料在純靜水壓力作用下的屈服應(yīng)力計(jì)算公式，如式(1)所示，Gibson和Ashby對(duì)泡沫材料的塑料力學(xué)性能進(jìn)行研究，并指出靜水壓力加載泡沫材料時(shí)也會(huì)產(chǎn)生塑性破壞。

式中，σm是平均應(yīng)力;σys是基體材料屈服應(yīng)力;ρ*和ρs分別是泡沫和基體材料密度［11］。根據(jù)式(1)，代入聚氨酯基體材料的各參數(shù)值，ρ*=ρs=1.2 g/cm3，σys=127 MPa，得到聚氨酯基體樹(shù)脂材料的靜水壓屈服強(qiáng)度為42.3 MPa。

為進(jìn)一步確定納機(jī)電矢量水聽(tīng)器的極限耐壓強(qiáng)度，考慮其各主要結(jié)構(gòu)材料的臨界壓強(qiáng)見(jiàn)表1所示。

表1 臨界壓強(qiáng)表

2 微結(jié)構(gòu)理論分析與仿真

耐高靜水壓換能器除了要滿足封裝結(jié)構(gòu)的耐壓要求，即不變形、不漏水，還得在相應(yīng)高壓環(huán)境下能夠正常工作，這就需要對(duì)納機(jī)電矢量水聽(tīng)器的敏感單元MEMS微結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論與仿真分析。

2.1 芯片電橋輸出

納機(jī)電矢量水聽(tīng)器的敏感微結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括四梁微結(jié)構(gòu)和剛硬柱體兩部分。在四梁的應(yīng)力最大部位放置有壓敏電阻，并排布成惠斯通電橋。敏感微結(jié)構(gòu)在靜水壓力作用下，處于平衡狀態(tài)，當(dāng)敏感微結(jié)構(gòu)的剛硬柱體受到X方向不平衡擾動(dòng)Fx時(shí)，柱體將會(huì)傾斜，從而將不平衡擾動(dòng)載荷傳遞給懸臂梁。相應(yīng)地，植入懸臂梁的壓敏電阻阻值發(fā)生變化，當(dāng)外加直流激勵(lì)時(shí)，電橋的變化就會(huì)被檢測(cè)出來(lái)。

圖3 敏感微結(jié)構(gòu)的封裝圖

仿生微結(jié)構(gòu)上壓敏電阻的排布圖如圖4所示，壓敏電阻電橋連接示意圖如圖5所示，Ax電橋測(cè)量X軸的矢量輸出。

圖4 仿生微結(jié)構(gòu)上壓敏電阻的排布圖

圖5 壓敏電阻電橋連接示意圖

壓敏電阻阻值設(shè)計(jì)時(shí)，R1=R2=R3=R4=R，在靜水壓P作用下，電阻的阻值變化均為ΔRP，當(dāng)受到不平衡載荷Fx擾動(dòng)時(shí)，各電阻的阻值變化為ΔR'1=-ΔR'2=ΔR'3=-ΔR'4=ΔRF。在無(wú)應(yīng)力作用下，Ax電橋的輸出電壓表示為如式(2):

若靜水壓P和不平衡載荷Fx線性疊加到微結(jié)構(gòu)上，則壓敏電阻的阻值變化也進(jìn)行線性疊加，此時(shí)，Ax電橋的輸出電壓表示為如式(3)所示。

經(jīng)簡(jiǎn)化，式(3)能夠近似表示為:

對(duì)于P型壓敏電阻:［12-13］

式(5)中，σl為懸臂梁軸向應(yīng)力。在靜水壓P =20 MPa作用下，微結(jié)構(gòu)各向受力相同，處于各向均勻應(yīng)力狀態(tài)，σl=20 MPa。若無(wú)靜水壓而只有不平衡載荷作用時(shí)，電橋的輸出電壓與被測(cè)量ΔRF/R成正比，當(dāng)考慮到高靜水壓P作用時(shí)，輸出電壓Vout為原來(lái)的1/(1+ΔRP/R)倍，約為0.986，即

以上可知，在高達(dá)20 MPa的靜水壓作用下，傳感器的輸出靈敏度基本無(wú)變化。

2.2 模態(tài)分析

采用有限元分析軟件Ansys12.1對(duì)微結(jié)構(gòu)進(jìn)行有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析，設(shè)定有限元的單元類型為SOLID187，微梁的結(jié)構(gòu)參數(shù)為1 000μm×120μm× 40μm(長(zhǎng)×寬×厚)，剛硬柱體的高度為5 000μm，半徑為150μm。比較有20 MPa預(yù)應(yīng)力和無(wú)預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析，微結(jié)構(gòu)的前四階模態(tài)頻率如表2所示，有預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析的一階振形如圖6所示。仿真結(jié)果顯示，在高靜水壓環(huán)境下，微結(jié)構(gòu)的共振頻率較無(wú)水壓情況下有所提高，為2 535 Hz。水聽(tīng)器的靈敏度頻響曲線在微結(jié)構(gòu)的共振頻率處會(huì)發(fā)生突變，一般水聽(tīng)器的工作頻率上限為共振頻率的一半。分析表明高靜水壓對(duì)納機(jī)電矢量水聽(tīng)器的工作頻帶基本無(wú)影響甚至有所拓寬，這顯示了納機(jī)電矢量水聽(tīng)器具有深水探測(cè)的可行性。

表2 模態(tài)頻率

圖6 有預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析的一階振形

3 測(cè)試

為驗(yàn)證經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的水聽(tīng)器性能，制作出絕緣托盤式耐壓封裝的水聽(tīng)器樣機(jī)，如圖7所示。對(duì)耐壓封裝的水聽(tīng)器進(jìn)行加壓實(shí)驗(yàn)，加壓前后分別對(duì)該水聽(tīng)器進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)試，驗(yàn)證其在20 Hz～1 000 Hz工作頻帶內(nèi)靈敏度和指向性是否一致。

圖7 絕緣托盤式納機(jī)電矢量水聽(tīng)器樣機(jī)

由于條件受限，不能在高靜水壓下進(jìn)行靈敏度校準(zhǔn)測(cè)試，所以本次實(shí)驗(yàn)只是在加壓環(huán)境下進(jìn)行敲擊測(cè)試，觀察水聽(tīng)器是否能實(shí)時(shí)感知敲擊信號(hào)。圖8為耐壓20 MPa測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)。將性能完好的納機(jī)電矢量水聽(tīng)器置入壓力罐內(nèi)，通過(guò)特種轉(zhuǎn)換件將水聽(tīng)器的電源線和信號(hào)線引出，如圖8所示。當(dāng)壓力罐加壓到20 MPa時(shí)，敲擊耐高靜水壓測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)量水聽(tīng)器是否有振動(dòng)信號(hào)輸出。實(shí)驗(yàn)結(jié)果得，納機(jī)電矢量水聽(tīng)器在高壓20 MPa時(shí)，可以獲得敲擊信號(hào)，如圖9所示。

圖8 耐壓測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

圖9 敲擊信號(hào)

經(jīng)過(guò)20 MPa耐高靜水壓實(shí)驗(yàn)，水聽(tīng)器無(wú)漏水和變形。為比較加壓對(duì)水聽(tīng)器性能的影響，在加壓前后均需測(cè)試水聽(tīng)器在工作頻帶內(nèi)的靈敏度和指向性。水聽(tīng)器校準(zhǔn)測(cè)試采用駐波場(chǎng)比較法在駐波桶內(nèi)進(jìn)行，測(cè)試靈敏度頻響曲線時(shí)水聽(tīng)器X軸方向與駐波桶內(nèi)的聲波傳播方向平行［14］，此時(shí)水聽(tīng)器所處方向是X路輸出靈敏度最大的方向。同理，可以測(cè)得水聽(tīng)器在Y路為最大方向時(shí)的靈敏度頻響曲線，本文不再贅述。指向性實(shí)驗(yàn)仍在駐波桶內(nèi)進(jìn)行，沿水平軸對(duì)被校水聽(tīng)器每隔5°旋轉(zhuǎn)一次，記錄旋轉(zhuǎn)角度和水聽(tīng)器的輸出電壓用以繪制指向性圖。駐波桶校準(zhǔn)系統(tǒng)如圖10所示，水聽(tīng)器安裝方式如圖11所示。水壓試驗(yàn)前后該水聽(tīng)器水聲性能基本保持一致，圖12給出了水聽(tīng)器在200 Hz時(shí)X方向的指向性圖，圖13給出了加壓前后該水聽(tīng)器在20 Hz～1 000 Hz工作頻帶內(nèi)X方向的靈敏度頻響曲線。

圖10 矢量水聽(tīng)器測(cè)試校準(zhǔn)系統(tǒng)

圖11 納機(jī)電矢量水聽(tīng)器安裝方式

圖12 水聽(tīng)器X軸的指向性圖(200 Hz)對(duì)比

圖13 頻響曲線對(duì)比(放大10 dB)

測(cè)試結(jié)果表明，加壓實(shí)驗(yàn)前后，納機(jī)電矢量水聽(tīng)器在工作頻帶內(nèi)的靈敏度和指向性基本不變。由圖12的“8”字指向性圖顯示，加壓前后的凹點(diǎn)深度分別為32.9 dB和31.4 dB，最大值不均勻性分別為0.2 dB和0.6 dB，加壓前后相比較，納機(jī)電矢量水聽(tīng)器仍有較好的指向性。由圖13可知，加壓前后水聽(tīng)器的靈敏度分別是-173 dB和-174 dB(0 dB?1 V/μPa，500 Hz)。造成加壓前后的輸出靈敏度不一致的原因是:校準(zhǔn)測(cè)試時(shí)，水聽(tīng)器X軸的方向不能嚴(yán)格與駐波桶內(nèi)的聲波傳播方向平行。測(cè)試結(jié)果表明經(jīng)封裝改進(jìn)后的納機(jī)電矢量水聽(tīng)器具有良好的工作性能，且能夠承受高靜水壓。

4 結(jié)論

本文提出的絕緣托盤式封裝結(jié)構(gòu)能夠承受高達(dá)20 MPa的靜水壓力，為納機(jī)電矢量水聽(tīng)器在深水環(huán)境下工作提供保障。通過(guò)對(duì)聚氨酯基體樹(shù)脂材料進(jìn)行耐壓分析，得出透聲帽封裝的極限耐壓強(qiáng)度為42.3 MPa，并對(duì)MEMS芯片中電橋的輸出電壓理論計(jì)算以及利用ANSYS有限元軟件對(duì)微結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，得出在高達(dá)20 MPa的靜水壓作用下，傳感器的輸出靈敏度基本無(wú)變化，而且工作頻帶有所拓寬。經(jīng)測(cè)試，改進(jìn)封裝的納機(jī)電矢量水聽(tīng)器在高壓20 MPa時(shí)，可以實(shí)時(shí)獲得敲擊信號(hào);加壓前后X軸的輸出靈敏度分別是-173 dB和-174 dB(0 dB?1 V/μPa，500 Hz)，在20 Hz～1 000 Hz工作頻帶內(nèi)水聽(tīng)器的靈敏度和指向性基本一致。該新型封裝結(jié)構(gòu)的提出為深海耐高壓矢量水聽(tīng)器的研究開(kāi)拓了新的方向，納機(jī)電矢量水聽(tīng)器在深海水聲探測(cè)領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛力。

［1］鄒亮.耐壓矢量水聽(tīng)器研究［D］.哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)，2011:25-30.

［2］陳洪娟，張虎，楊松濤，等.同振式矢量水聽(tīng)器耐壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.聲學(xué)技術(shù)，2011，30(3):321-323.

［3］Xue Chenyang，Chen Shang，Zhang Wendong，et al.Design，F(xiàn)abrication，and Preliminary Characterization ofa Novel MEMS Bionic Vector Hydrophone［J］.Microelectronics Journal，2007，38: 1021-1026.

［4］Zhang Binzhen，Qiao Hui，Chen Shang，etal.Modeling and Characterization of a Micromachined Artificial Hair Cell Vector Hydrophone［J］.Microsyst Technol，2008，14:821-828.

［5］Guan Linggang，Xue Chenyang，Zhang Guojun，etal.Advancements in Technology and Design of NEMS Vector Hydrophone［J］.Microsyst Technol，2011，17:459-467.

［6］劉林仙，張國(guó)軍，許姣，等.一種MEMS同振柱型仿生矢量水聽(tīng)器的研制［J］.傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2012，25(4):448-452.

［7］陳尚.硅微MEMS仿生矢量水聲傳感器研究［D］.太原:中北大學(xué)，2008.

［8］李振，張國(guó)軍，薛晨陽(yáng)，等.MEMS仿生矢量水聽(tīng)器封裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與研究［J］.傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2013，26(1):25-30.

［9］胡時(shí)勝，劉劍飛.硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料本構(gòu)關(guān)系的研究［J］.力學(xué)學(xué)報(bào)，1998，30(2):151-155.

［10］韓守紅，呂振華，劉永進(jìn).硬質(zhì)聚氨酯泡沫力學(xué)特性的靜水壓力加載實(shí)驗(yàn)方法研究［J］.實(shí)驗(yàn)力學(xué)，2010，25(1):55-60.

［11］Lorna J Gibson，Michael F Ashby.Cellular Solids.Structure And Properties［M］.2nd Ed.Beijing:Tsinghua University Press，1977:237.

［12］許姣，張國(guó)軍，石歸雄，等.纖毛式MEMS矢量水聽(tīng)器新型封裝結(jié)構(gòu)的研究［J］.傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2011，24(4):517-520.

［13］陳尚，薛晨陽(yáng)，張文棟，等.壓阻式硅微二維加速度計(jì)的加工與測(cè)試［J］.納米技術(shù)與精密工程，2008，6(4):272-274.

［14］費(fèi)騰.矢量水聽(tīng)器校準(zhǔn)裝置［J］.聲學(xué)技術(shù)，2005(增刊): 289-291.

趙鵬(1990-)，男，碩士研究生，河北邯鄲人，主要研究方向?yàn)镸EMS器件研究，zhaopeng.08@163.com;

張國(guó)軍(1977-)，男，副教授，2001年7月畢業(yè)于華北工學(xué)院自動(dòng)控制系并留校任教，同年9月被派往清華大學(xué)微電子系進(jìn)修微電子專業(yè)。2003年，考取中北大學(xué)精密儀器與機(jī)械專業(yè)研究生，2004.7～2006.7在中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所做有關(guān)穿孔板結(jié)構(gòu)非線性聲學(xué)方面的研究工作，2012年，在西北工業(yè)大學(xué)攻讀博士。

The Design of Pressure-Resisting Structure for NEMS Vector Hydrophone*

ZHAO Peng1，ZHANG Guojun1*，LIU Yuan2，SHEN Hui2，LIU Linxian2，ZHANG Wendong1，2

(1.Key Laboratory of instrumentation Science and Dynamic Measurement，Ministry of Education，Taiyuan 030051，China; 2.Science and Technology on Electronic Test and Measurement Laboratory North University of China，Taiyuan 030051，China)

The NEMS(Nano-Electromechanical System)vector hydrophone，which has advantages of low frequency，high sensitivity，etc，has huge potential for application in deep ocean detection.A novel encapsulation structure of insulation tray was proposed to meet deepwater work requirements，which solved the problem of high pressure-resisting for NEMS vector hydrophone.First，pressure-resisting analysis of the polyurethane sound-transparent cap was conducted，and the theoreticaldemonstration shows that the ultimate pressure-resisting capacity of polyurethane substrate materialis 42.3 MPa.Then，this paper conducted theoreticalcalculation aboutthe outputvoltage ofthe MEMS chip and completed its mode simulation.The analysis results reveals that the sensitivity of hydrophone is changed rarely，even in the high hydrostatic pressure at20 MPa，and the working frequency band is broaden.Finally，the hydrophone was tested.Results show that the NEMS hydrophone with improved structure can obtain knocking signals in high hydrostatic pressure at 20 MPa;Comparing results before and after the pressure testing，there is almost no change about the sensitivity and directional pattern of NEMS vector hydrophone.

vector hydrophone;NEMS;pressure-resisting

TB565.1

A

1004－1699(2014)05－0610－06

10.3969/j.issn.1004－1699.2014.05.008

項(xiàng)目來(lái)源:國(guó)家863項(xiàng)目(2013AA09A412);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61127008/F040703)

2014-03-04

2014-04-21