一種新型聚合物石英壓電傳感器的設計及其力學行為研究.pdf

1、當今社會，傳感器技術作為令人矚目的高新技術已迅猛發(fā)展起來，它是當代科學技術發(fā)展的一個重要標志，它與通信技術、計算機技術構(gòu)成信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。新型智能傳感器的發(fā)展不單單能改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，而且還可以為新型工業(yè)的建立提供技術基礎，從而成為21世紀新的經(jīng)濟增長點。新型聚合物石英壓電傳感器是將新材料與傳感器技術結(jié)合起來，模擬人類的香味知覺功能，模仿人的嗅聞評價，可廣泛運用于工業(yè)生產(chǎn)部門（如酒類、煙草業(yè)、化妝品、食品工業(yè)、石油化工、糧食儲存與加工等

2、）及危險物（如爆炸物品、毒品與其他圍巾物品等）排查。新型聚合物石英壓電傳感器的工作原理為利用其對質(zhì)量變化的敏感性，通過壓電石英晶片上所鍍聚合物薄膜吸附特征物質(zhì)后質(zhì)量變化所引起的頻率變化來檢測待測物質(zhì)，其設計思路為通過智能AT切割制作壓電石英晶片，通過實驗確定薄膜材料對特征識別物的吸附性，采用真空電子束色散鍍膜技術在石英晶片上蒸鍍對待測物質(zhì)有親和性物理吸附反應的聚合物薄膜，設計親和型壓電傳感器陣列、后端電路及其系統(tǒng)。在新型聚合物石英壓電傳

3、感器中“聚合物薄膜-石英壓電晶體-聚合物薄膜”組成了三層圓盤結(jié)構(gòu)，其為層狀夾芯復合材料構(gòu)件，研究三層圓盤復合材料構(gòu)件的振動力學性能，對提高聚合物薄膜壓電傳感器的穩(wěn)定性、靈敏度等技術指標具有指導作用。本文的研究內(nèi)容具體包括:
　　(1)通過實驗研究確定不同聚合物薄膜材料對特征識別物的吸附性，選擇化學物質(zhì)敏感的親和型聚合物薄膜材料，創(chuàng)新性的采用簡便的“真空電子束色散(EBD)鍍膜技術”，以低溫電子束輻射作用于聚合物的工藝方法來制備聚合

4、物薄膜涂層。
　　(2)研究并設計一種新型聚合物石英壓電傳感器，由8組傳感器組成傳感器陣列，為傳感器陣列編制出合適的工作辨識軟件程序，通過后端電路與系統(tǒng)研究，實現(xiàn)智能檢測設備的開發(fā)。
　　(3)針對一種新型聚合物石英壓電傳感器在設計、制造及運行過程中出現(xiàn)的各種力學問題，建立石英壓電傳感器“聚合物薄膜-石英壓電晶體-聚合物薄膜”三層圓盤復合材料構(gòu)件力學模型，研究力電場耦合下對壓電傳感器諧振頻率的影響，得到其振動頻率方程。

5、>　　(4)基于以上分析基礎，通過實驗樣機對鍍有八種不同薄膜的壓電傳感器陣列進行頻率實驗分析，在試驗所得新型聚合物石英壓電傳感器固有頻率的基礎上，進行ANSYS模態(tài)分析，驗證了其力學模型的合理性及所提出計算方法的準確性。
　　本文利用高分子聚合物材料的物理吸附性能，設計了一種新的聚合物石英壓電傳感器，并對其核心部件鍍有親和型聚合物薄膜的石英壓電諧振器的力學行為從理論、實驗、ANSYS模態(tài)分析三個方面進行了研究，對我國傳感技術在快速