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文檔簡介
1、基于力-電雙向耦合理論,采用有限元方法,數(shù)值模擬了壓電微懸臂梁,并進行參數(shù)分析,為設計高靈敏度微懸臂梁提供理論依據(jù)。壓電微懸臂梁作為一種高靈敏度的新型傳感器件,具有體積小、成本低、響應速度快、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單以及易于集成等優(yōu)點,已廣泛應用于生物、化學和環(huán)境監(jiān)測等眾多領域,特別是利用其動態(tài)模式檢測方法具有頻率變化的高靈敏性和很寬的動態(tài)范圍,檢測某些氣體、溶液成份等成為國內(nèi)外研究熱點,為生化微質(zhì)量檢測開辟了新的空間。本文以壓電懸臂梁式微質(zhì)
2、量傳感器為研究對象,進行理論分析、數(shù)值仿真研究壓電微懸臂梁的性能,為開發(fā)設計高靈敏度壓電微懸臂梁提供理論依據(jù)。
首先闡述了壓電基本理論,分析了壓電雙向耦合效應?;谖冶哿旱恼駝幽P?,理論分析了微懸臂梁在空氣和液體中的共振頻率和自身結(jié)構(gòu)參數(shù)的定量關(guān)系,靈敏度與共振頻率變化量、被測物質(zhì)量的關(guān)系。
基于力-電耦合理論,利用有限元方法數(shù)值模擬壓電微懸臂梁靜、動態(tài)性能。通過仿真系統(tǒng)研究了懸臂梁材料特性、長度、寬度、厚
3、度及共振階數(shù)對壓電懸臂梁微質(zhì)量靈敏度檢測的影響;并在課題組長期研究OPCM壓電傳感材料的基礎上,進一步提出了縱向振動的OPCM模型,數(shù)值模擬結(jié)果表明OPCM比PZT懸臂梁具有更高的靈敏度。分析微懸臂梁在空氣、水中的頻率響應曲線,并比較微懸臂梁品質(zhì)因數(shù)Q的特性,當微懸臂梁應用于液體環(huán)境中時,由于液體阻尼的影響,微懸臂梁的品質(zhì)因數(shù)會降低,并且隨著品質(zhì)因數(shù)的降低,微懸臂梁靈敏度也會降低。但如果品質(zhì)因數(shù)過高,微懸臂梁系統(tǒng)的穩(wěn)定性會降低。
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