機(jī)電集成微型諧振氣體傳感器研究.pdf

1、諧振式氣體傳感器是一種將氣體的種類和濃度轉(zhuǎn)換為可測電信號的裝置。諧振式氣體傳感器具有高靈敏性，較好的選擇性和重復(fù)性，以及響應(yīng)時間很短等特點(diǎn)。諧振式氣體傳感器的物理尺寸越小，其靈敏度越高。但是，由于加工工藝和檢測技術(shù)的條件影響，諧振式氣體傳感器的納米化受到了很大的制約。本文提出了一種新型機(jī)電集成諧振式傳感器，通過在一般微米傳感器上添加180度反饋進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，在不減小尺寸的情況下提高了微米梁傳感器的靈敏度。本文著重分析了集成微米傳感器的瞬

2、時頻率響應(yīng)和靈敏度特性，并對集成微米傳感器進(jìn)行了閉環(huán)實(shí)驗(yàn)。
　　本文首先建立了懸臂梁機(jī)械、化學(xué)和分子力三場耦合動力學(xué)模型，求出了懸臂梁傳感器的固有頻率和瞬時頻率表達(dá)式，分別對微米和納米懸臂梁諧振傳感器的振動特性進(jìn)行了研究。
　　然后，建立了添加180度反饋的機(jī)電集成懸臂梁諧振式傳感器振動模型，求出了機(jī)電集成懸臂梁振動的瞬時頻率和靈敏度表達(dá)式，并對比分析了微米梁、集成微米梁和納米梁傳感器的振動特性。
　　在外部熱激勵條件

3、下，建立了懸臂梁傳感器的雙層梁動力學(xué)模型，求出了雙層梁在熱激勵情況下的固有頻率和瞬時頻率。在不同分子力狀態(tài)下，分別對集成微米梁和納米梁振動進(jìn)行了瞬時頻率響應(yīng)分析和靈敏度響應(yīng)分析。
　　最后，依據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件，設(shè)計出合理的微懸臂梁制作方案，利用MEMS加工技術(shù)加工出高精度的諧振元件。在原有的測試系統(tǒng)上設(shè)計出微諧振傳感器180度反饋調(diào)控模塊，進(jìn)行了集成諧振傳感器掃頻測試和閉環(huán)180度反饋實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：機(jī)電集成微米傳感器靈敏度得