一種新型聚合物石英壓電傳感器的設(shè)計(jì)及其力學(xué)行為研究.pdf

1、當(dāng)今社會(huì)，傳感器技術(shù)作為令人矚目的高新技術(shù)已迅猛發(fā)展起來(lái)，它是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志，它與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。新型智能傳感器的發(fā)展不單單能改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，而且還可以為新型工業(yè)的建立提供技術(shù)基礎(chǔ)，從而成為21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。新型聚合物石英壓電傳感器是將新材料與傳感器技術(shù)結(jié)合起來(lái)，模擬人類的香味知覺功能，模仿人的嗅聞評(píng)價(jià)，可廣泛運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)部門（如酒類、煙草業(yè)、化妝品、食品工業(yè)、石油化工、糧食儲(chǔ)存與加工等

2、）及危險(xiǎn)物（如爆炸物品、毒品與其他圍巾物品等）排查。新型聚合物石英壓電傳感器的工作原理為利用其對(duì)質(zhì)量變化的敏感性，通過(guò)壓電石英晶片上所鍍聚合物薄膜吸附特征物質(zhì)后質(zhì)量變化所引起的頻率變化來(lái)檢測(cè)待測(cè)物質(zhì)，其設(shè)計(jì)思路為通過(guò)智能AT切割制作壓電石英晶片，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定薄膜材料對(duì)特征識(shí)別物的吸附性，采用真空電子束色散鍍膜技術(shù)在石英晶片上蒸鍍對(duì)待測(cè)物質(zhì)有親和性物理吸附反應(yīng)的聚合物薄膜，設(shè)計(jì)親和型壓電傳感器陣列、后端電路及其系統(tǒng)。在新型聚合物石英壓電傳

3、感器中“聚合物薄膜-石英壓電晶體-聚合物薄膜”組成了三層圓盤結(jié)構(gòu)，其為層狀?yuàn)A芯復(fù)合材料構(gòu)件，研究三層圓盤復(fù)合材料構(gòu)件的振動(dòng)力學(xué)性能，對(duì)提高聚合物薄膜壓電傳感器的穩(wěn)定性、靈敏度等技術(shù)指標(biāo)具有指導(dǎo)作用。本文的研究?jī)?nèi)容具體包括:
　　(1)通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究確定不同聚合物薄膜材料對(duì)特征識(shí)別物的吸附性，選擇化學(xué)物質(zhì)敏感的親和型聚合物薄膜材料，創(chuàng)新性的采用簡(jiǎn)便的“真空電子束色散(EBD)鍍膜技術(shù)”，以低溫電子束輻射作用于聚合物的工藝方法來(lái)制備聚合

4、物薄膜涂層。
　　(2)研究并設(shè)計(jì)一種新型聚合物石英壓電傳感器，由8組傳感器組成傳感器陣列，為傳感器陣列編制出合適的工作辨識(shí)軟件程序，通過(guò)后端電路與系統(tǒng)研究，實(shí)現(xiàn)智能檢測(cè)設(shè)備的開發(fā)。
　　(3)針對(duì)一種新型聚合物石英壓電傳感器在設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的各種力學(xué)問題，建立石英壓電傳感器“聚合物薄膜-石英壓電晶體-聚合物薄膜”三層圓盤復(fù)合材料構(gòu)件力學(xué)模型，研究力電場(chǎng)耦合下對(duì)壓電傳感器諧振頻率的影響，得到其振動(dòng)頻率方程。

5、>　　(4)基于以上分析基礎(chǔ)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)對(duì)鍍有八種不同薄膜的壓電傳感器陣列進(jìn)行頻率實(shí)驗(yàn)分析，在試驗(yàn)所得新型聚合物石英壓電傳感器固有頻率的基礎(chǔ)上，進(jìn)行ANSYS模態(tài)分析，驗(yàn)證了其力學(xué)模型的合理性及所提出計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。
　　本文利用高分子聚合物材料的物理吸附性能，設(shè)計(jì)了一種新的聚合物石英壓電傳感器，并對(duì)其核心部件鍍有親和型聚合物薄膜的石英壓電諧振器的力學(xué)行為從理論、實(shí)驗(yàn)、ANSYS模態(tài)分析三個(gè)方面進(jìn)行了研究，對(duì)我國(guó)傳感技術(shù)在快速