柔性聲表面波溫度傳感技術(shù)研究.pdf

1、為了實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)類或曲面類溫控點(diǎn)表面溫度的高精度測(cè)量與監(jiān)測(cè)，本文設(shè)計(jì)了一種基于柔性材料的無(wú)源無(wú)線聲表面波溫度傳感器，重點(diǎn)研究了柔性SAW溫度傳感關(guān)鍵技術(shù)。采用在聚酰亞胺柔性襯底上濺射ZnO薄膜的方法來(lái)制備傳感器的壓電基底，通過(guò)建模仿真驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性，并由仿真結(jié)果分析柔性SAW傳感器的結(jié)構(gòu)及性能。
　　論文首先論述聲表面波激勵(lì)和傳播的相關(guān)理論和叉指換能器的工作原理。對(duì)比傳統(tǒng)的SAW溫度傳感器，通過(guò)研究壓電多層膜結(jié)構(gòu)SAW器件的設(shè)計(jì)

2、方法以及單端口諧振器的設(shè)計(jì)理論，確定傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。為了驗(yàn)證柔性SAW器件設(shè)計(jì)方案的可行性，采用有限元分析軟件COMSOL建立了柔性SAW傳感器簡(jiǎn)化模型，對(duì)模型進(jìn)行特征頻率分析、模態(tài)特性分析以及電學(xué)特性分析，提取出符合聲表面波振型的對(duì)稱模態(tài)振型圖和反對(duì)稱模態(tài)振型圖，通過(guò)諧振頻率分析，計(jì)算出SAW在ZnO壓電薄膜中傳播的相速度為2440.75m/s;得到ZnO薄膜中電勢(shì)的分布，以及諧振器的聲輻射電導(dǎo)和聲輻射電納與諧振頻率之間的關(guān)系。分析

3、了單端口諧振器的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)傳感器性能的影響，得出ZnO薄膜厚度為SAW波長(zhǎng)的一半時(shí)，激勵(lì)產(chǎn)生的SAW能量集中在基底表面，能量損失很小;傳感器的輸出響應(yīng)與IDT叉指對(duì)數(shù)呈正比，叉指對(duì)數(shù)越多，輸出的損耗越小，頻響特性越好;此外，IDT的聲孔徑越大，聲-電轉(zhuǎn)換效率越高，轉(zhuǎn)換輸出的電能越大。
　　最后，在不同溫度條件下對(duì)柔性SAW溫度傳感器的頻率響應(yīng)進(jìn)行仿真研究，仿真結(jié)果通過(guò)一次曲線擬合可以得出傳感器諧振頻率隨溫度升高線性增大，表現(xiàn)出