聚合物線石英音叉復(fù)合溫度傳感器研究.pdf

1、石英音叉諧振器的諧振頻率對音叉臂的質(zhì)量和剛度的變化極其敏感，基于石英音叉諧振器結(jié)構(gòu)，將敏感聚合物薄膜覆蓋在石英音叉臂上或?qū)⒚舾芯酆衔锞€橫跨音叉臂兩端，可以通過檢測石英音叉諧振器的諧振頻率變化來反映聚合物薄膜質(zhì)量的變化或聚合物線剛度的變化，設(shè)計出質(zhì)量敏感型或力敏感型石英音叉?zhèn)鞲衅?，該傳感器具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，分辨力高和穩(wěn)定性好等特點。
　　聚合物線石英音叉復(fù)合溫度傳感器是將熱敏感的聚合物線作為熱敏元件附著在石英音叉諧振器的兩個音叉

2、臂上，將溫度的變化通過聚合物線轉(zhuǎn)變?yōu)榱Φ淖兓┘拥揭舨姹凵?，?dǎo)致石英音叉諧振器諧振頻率的變化，屬于熱/力敏感型壓電諧振式傳感器。在保持壓電諧振式傳感器固有的輸出信號信噪比高和抗干擾能力強等優(yōu)點的同時，通過熱敏聚合物線提高傳感器的靈敏度和響應(yīng)速度，該傳感器可以應(yīng)用于快速精密測溫領(lǐng)域，亦可作為熱探測器應(yīng)用到非接觸紅外測溫領(lǐng)域。
　　本論文以熱敏聚合物線與石英音叉復(fù)合結(jié)構(gòu)的溫度傳感器為研究目標(biāo)，研究了聚合物線石英音叉溫度傳感器熱敏機理；

3、提出了聚合物線與石英音叉復(fù)合結(jié)構(gòu)的溫度傳感器設(shè)計方法和制備工藝；完成了傳感器特性測試試驗，并設(shè)計制作出相應(yīng)的傳感器陣列測溫系統(tǒng)。論文主要完成以下工作：
　　1．提出了聚合物線石英音叉復(fù)合溫度傳感器的結(jié)構(gòu)，確定了傳感器研究的總體方案。
　　2．闡述了聚合物線石英音叉復(fù)合溫度傳感器的工作原理，設(shè)計了熱敏聚合物線與石英音叉諧振器復(fù)合的傳感器結(jié)構(gòu)，分析了石英音叉諧振器頻率溫度特性對傳感器性能的影響因素，確定了石英音叉諧振器石英晶體的

4、新切型，通過實驗比對方法篩選出高溫度靈敏度的聚合物材料，設(shè)計了聚合物線石英音叉復(fù)合溫度傳感器的制作工藝流程。
　　3．結(jié)合彈性壓電理論和有限元仿真分析方法，利用ANSYS有限元軟件對聚合物線石英音叉復(fù)合諧振器的振動模態(tài)、諧響應(yīng)和結(jié)構(gòu)進行仿真分析。研究了聚合物線與石英音叉復(fù)合位置對傳感器靈敏度的影響，確定了聚合物線與石英音叉理想的復(fù)合位置。
　　4．建立了聚合物線石英音叉復(fù)合溫度傳感器特性測試平臺，在-10℃~80℃的溫度范圍

5、內(nèi)，對聚合物線石英音叉復(fù)合溫度傳感器的特性進行測試，量化了石英音叉諧振頻率偏移與溫度變化的對應(yīng)關(guān)系。測試結(jié)果表明：聚合物線石英音叉復(fù)合溫度傳感器可以實現(xiàn)對環(huán)境溫度變化的檢測，其靈敏度為8.2Hz/℃，非線性誤差為0.005％，分辨力為0.003℃，響應(yīng)時間為1.5s，，置信概率為95%時的重復(fù)性為0.006%，同時具有很好的穩(wěn)定性。
　　5．設(shè)計制作出測溫傳感器陣列，研究了多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，研制了陣列傳感器信號處理電路，開發(fā)了