摘要
海啸、潜艇等产生的低频信号传播距离远，且深海环境安静、外界噪声干扰小，因此利用低频水听器探测海洋低频信号十分有效。然而微弱低频信号引起的声压变化相对于海洋的静水压很小，这对水听器的低频性能和灵敏度提出极高要求。然而，传统压电式水听器对低频信号的响应较差，光纤式水听器制造工艺复杂、价格昂贵。因此，本文基于扫描探针显微术研制了一款新型膜片式高灵敏低频水听器。 扫描探针显微术具有高分辨的优点，扫描探针显微镜作为水听器的微位移检测装置将使水听器在灵敏度上有很大优势。针对目前扫描探针显微镜体积大、功耗高，难以植入水听器的问题，本文重新设计了扫描探针显微镜中的核心部件：压电纳米步进器，并实际制作。对步进器的步长、速度、工作电压进行测试，测试结果表明这款步进器尺寸小、可全低压工作、步进平稳。为了进一步测试步进器可重复定位功能和在实际应用中的可行性，在此步进器的基础上搭建了一台扫描隧道显微镜，成功得到了高分辨石墨原子图，且步进器的定位误差小于30nm，证明步进器具有可重复定位功能。这款步进器解决了扫描探针显微镜应用于水听器的局限性。 再者对这款基于扫描探针显微术的水听器进行具体结构设计和前置放大器设计，确定将扫描探针显微镜家族中的原子力显微镜作为微位移检测装置，并对水听器的灵敏度进行理论分析。最后对水听器实际组装，并为其搭建实验平台，测试水听器相关性能，并用标准水听器对自制水听器进行灵敏度标定。 论文研究表明，所研制的水听器功耗低、工作稳定，水听器的灵敏度约为商业水听器的2~3倍，工作频率更低、线性度良好，证明水听器具有低频、高灵敏性能，验证了扫描探针显微术应用于水听器的可行性。
NETL