基于聲子晶體板的聲輻射力研究及溫敏傳感器設(shè)計(jì).pdf

1、聲子晶體概念自提出以來(lái)就引起了學(xué)者的濃厚興趣與廣泛關(guān)注。早期，人們對(duì)聲子晶體的帶隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量的研究、推動(dòng)了聲子晶體能帶理論的發(fā)展。在該能帶理論指導(dǎo)下，聲子晶體中許多新穎的、奇異的、有趣的聲學(xué)現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)，如狄拉克點(diǎn)、Schoch效應(yīng)、負(fù)折射、聲聚焦和自準(zhǔn)直等等，它們的研究將為聲隱身器件、平面透鏡、聲波分束器和聲能俘獲器的設(shè)計(jì)提供理論支持，實(shí)現(xiàn)了物對(duì)聲的人工操控。隨著器件微型化的推進(jìn)，板狀聲子晶體成為了研究的熱點(diǎn)。蘭姆波是一種具有豐富物

2、理內(nèi)涵的板波，在板狀聲子晶體中傳播的蘭姆波模式多樣。因此，板狀聲子晶體具有一些與眾不同的聲學(xué)特性。近年來(lái)，學(xué)者利用板狀聲子晶體誘導(dǎo)產(chǎn)生的聲輻射力設(shè)計(jì)了聲篩子，實(shí)現(xiàn)了聲對(duì)物的控制。本文在此基礎(chǔ)上，對(duì)雙柵板結(jié)構(gòu)聲子晶體的聲輻射力展開研究，同時(shí)利用柵板結(jié)構(gòu)激發(fā)的泄露波模式對(duì)聲波溫敏傳感進(jìn)行可行性設(shè)計(jì)，主要的研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　　本論文首先簡(jiǎn)要介紹了聲子晶體的相關(guān)性質(zhì)、蘭姆波與泄露波的概念和板狀聲子晶體的研究現(xiàn)狀。
　　其次，我

3、們?cè)敿?xì)介紹聲輻射力的性質(zhì)、形成機(jī)制、研究現(xiàn)狀和計(jì)算方法。
　　然后，在板狀聲子晶體中的蘭姆波和泄露波的理論指導(dǎo)下，我們提出了兩種傾斜的雙板聲柵結(jié)構(gòu)，分別命名為對(duì)稱型斜柵和反對(duì)稱型斜柵。相對(duì)于傳統(tǒng)的垂直聲柵而言，這類聲柵不但可以產(chǎn)生兩對(duì)雙胞胎聲輻射力，并且對(duì)每一個(gè)聲輻射力都有不同程度的增強(qiáng)作用，其中對(duì)稱型斜柵有利于增強(qiáng)雙板之間的吸引力，而反對(duì)稱型斜柵有利于增強(qiáng)雙板之間的排斥力。由此，我們深入研究了聲柵對(duì)稱性對(duì)聲輻射力的影響。研究表明

4、無(wú)論是哪一種對(duì)稱性的傾斜聲柵對(duì)聲輻射力都有增強(qiáng)的作用，因?yàn)榧ぐl(fā)出來(lái)的泄露蘭姆波與入射聲波發(fā)生了強(qiáng)耦合現(xiàn)象。這類聲柵將會(huì)被用于微弱信號(hào)傳感器的設(shè)計(jì)。
　　最后，在雙柵板的聲學(xué)性質(zhì)研究推動(dòng)下，我們?cè)O(shè)計(jì)了一款材料不對(duì)稱的柵板型溫敏傳感器，其中檢測(cè)板為具有溫度效應(yīng)的鈦酸鍶鋇，基板為鋼。在不同溫度下，我們測(cè)量柵板共振頻率，利用共振頻率值來(lái)監(jiān)控外界溫度。這些共振頻率來(lái)自于柵板中蘭姆波被釋放出去而形成一個(gè)泄露波，導(dǎo)致了聲波在柵板中傳播具有高透性