樂甫波液體粘度傳感研究.pdf

1、樂甫波粘度傳感器件因為符合傳感器微型化、集成化、高靈敏度的發(fā)展趨勢，因而有著廣闊的應(yīng)用前景和研究價值。同時，由于其理論模型復(fù)雜，所以一直是樂甫波液體傳感領(lǐng)域的研究難點。論文從理論建模、機理分析、器件設(shè)計、外圍電路設(shè)計與測試系統(tǒng)搭建幾個方面，對樂甫波粘度傳感進行了深入而全面的研究。
　　首先，論文介紹了樂甫波傳感器的工作原理，叉指換能器的特性，重點闡述了壓電介質(zhì)的耦合波方程，引出分離求解壓電介質(zhì)中各振動分量的部分波理論及研究樂甫波激

2、發(fā)傳播特性常用的表面有效介電常數(shù)法。
　　在上述理論的基礎(chǔ)上，論文根據(jù)聲波在層狀介質(zhì)中的傳播規(guī)律，推導(dǎo)了不同介質(zhì)中樂甫波振動位移、法向應(yīng)力及電位移矢量的部分波形式。針對“粘性液體/非壓電薄膜/壓電基底”的三層樂甫波器件，論文推導(dǎo)了其對應(yīng)的邊界條件，解出各個部分波對應(yīng)的加權(quán)系數(shù)。然后，通過表面有效介電常數(shù)法，以及加入衰減因子的二維搜索模型，結(jié)合樂甫波器件的實際制作條件，以“粘性液體/二氧化硅薄膜/36°鉭酸鋰”為例，分析了樂甫波的傳

3、播特性，并得出了一些有意義的結(jié)論。在負載粘性液體樂甫波的傳感特性中，分析了薄膜厚度增加時，樂甫波器件對液體密度、粘度的靈敏度變化；叉指換能器叉指周期增加時，樂甫波傳播損耗與粘度靈敏度變化；不同密度下，聲速相對于粘度的線性度。
　　基于上述對負載粘性液體樂甫波的機理分析和數(shù)值仿真，設(shè)計了一組用于液體粘度傳感的樂甫波器件，并測試了其對液體密度、粘度的靈敏度。為了提高器件性能，對樂甫波器件的叉指換能器進行了改進優(yōu)化，設(shè)計了三種方案的樂甫

4、波器件，并測試對比了其幅頻特性，表明了論文中對負載粘性液體的樂甫波器件理論建模及數(shù)值分析的正確性，以及樂甫波器件用于液體粘度傳感的有效性。
　　在測量電路部分，介紹了三種常用的測量方法及電路設(shè)計，對比了三種方法的測試效果，最終選擇幅值比與相位差結(jié)合的測量方法，并著重闡述了如何將兩種方法結(jié)合運用到樂甫波器件中心頻率的測量中。最后，在此基礎(chǔ)上，搭建了雙通道樂甫波粘度傳感系統(tǒng)，用以剔除環(huán)境變化對測量結(jié)果帶來的影響，并通過實驗表明了其用于