聲表面波微力傳感器的研究.pdf

1、傳感器技術(shù)是當(dāng)代科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)和推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面起著極其重要的作用，它與計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)共同構(gòu)成現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱，其中壓力傳感器主要應(yīng)用于測(cè)試表面力、液壓、物體加速度等重要物理量。聲表面波（ Surface Acoustic Wave，SAW）壓力傳感器是聲表面波器件的一個(gè)分支，其在進(jìn)行壓力測(cè)量時(shí)具有抗干擾能力強(qiáng)，精度高、分辨率高的特性，SAW微力傳感器的主要原理是利用晶體材料的壓電性能及聲表面波基本理

2、論，實(shí)現(xiàn)無(wú)源、無(wú)線傳輸?shù)男鹿δ?，并且由于晶體在溫度穩(wěn)定性方面的優(yōu)勢(shì)又使得其調(diào)試過程變得簡(jiǎn)便。
　　本文將探討由聲表面波延遲線技術(shù)衍生出的微力傳感器，基本的延遲線由光蝕在晶體材料基片上的輸入和輸出叉指換能器組成，當(dāng)這種傳感器被搭建在寬頻放大器反饋回路內(nèi)部時(shí)，即可構(gòu)成具有高穩(wěn)定性的振蕩器，其頻率與所受應(yīng)力之間成函數(shù)關(guān)系，根據(jù)基片結(jié)構(gòu)所受應(yīng)力的變化，使用有限元分析法(Finite ElementMethods,FEM)對(duì)聲表面波傳感器基

3、片的受力進(jìn)行分析，最終制作出聲表面波微力傳感器，并通過外圍電路對(duì)該器件進(jìn)行調(diào)試及測(cè)試。
　　具體研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　?。?）研究了基于FEM進(jìn)行SAW微力傳感器的理論建模方法。根據(jù)彈性力學(xué)中的薄板問題，分析了基片的邊界條件并進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑_定了SAW微力傳感器基片的邊界條件，對(duì)材料的彈性剛度矩陣進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而對(duì)基片的應(yīng)力應(yīng)變分析并確定叉指換能器的位置。
　?。?）設(shè)計(jì)了一種能夠測(cè)量微力的聲表面波傳感器。設(shè)計(jì)基于余

4、弦平方函數(shù)和小波函數(shù)的輸入輸出叉指換能器，基片采用延遲線結(jié)構(gòu)，抗干擾能力強(qiáng)，能夠測(cè)量0-20g范圍內(nèi)的微力，同時(shí)研究了聲表面波微力傳感器的物理實(shí)現(xiàn)問題，能夠進(jìn)行初步的檢測(cè)。
　?。?）建立了微力傳感器的線性回歸數(shù)學(xué)模型，繪制頻率與壓力的擬合曲線。通過線性化該數(shù)學(xué)模型，利用矩陣法和最小二乘法求解，根據(jù)頻率與壓力的值求解擬合多項(xiàng)式，建立了微力傳感器壓力與頻率差之間的線性關(guān)系，對(duì)微力傳感器的應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。
　?。?）確定