MEMS矢量水听器在避障声纳中的应用研究

【摘要】随着船舶发展趋向大型化、高速化，船舶数量大规模增加，水域交通密度亦随之不断增大。同时，受恶劣天气等影响，水上交通事故时有发生。传统避障声纳系统由于体积偏大且成本较高，在民用船舶中的装配率很低。因此，小体积、低成本避障声纳系统已经成为一种迫切需求。T型MEMS矢量水听器是将MEMS技术与水声学相结合设计并制作的一款小体积、高灵敏度、低成本水声传感器。本文基于T型水听器进行避障声纳系统设计，首先介绍T型水听器工作原理，重点对水听器性能进行了测试。然后通过分析声纳方程，同时结合水听器性能，确定了系统设计方案和工作参数。该系统采用主动脉冲测距法，以T型水听器作为声纳系统接收端，通过单片机控制实现避障功能。系统设计主要包括结构设计、硬件电路和软件设计。系统结构设计中将发射端设计为截面积连续变化喇叭形状，期望起到聚能效应进而提高发射声能量。考虑到避障系统在不同船体上的实际应用，本文提出可设计小型发射装置并通过强磁将其与船体吸附固定。硬件电路设计包括发射电路、接收处理电路和信号调理电路。其中，接收处理电路将回波信号转化为单片机可识别的电平信号。单片机通过程序控制实现声信号的发射、接收、距离实时显示以及预警功能。系统样机分别在消声水池、水库和海洋环境中进行了测试，包括静态测试和动态测试。多次测试表明该声纳系统能够准确测量距离并实现避障功能。希望通过本文研究能够进一步推动MEMS矢量水听器的工程化应用。
【作者】薛南；
【导师】王万军；
【作者基本信息】中北大学，仪器仪表工程，2014，硕士
【关键词】MEMS矢量水听器；避障声纳；安全预警；静态和动态测试；

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