物理環(huán)境因素對(duì)新型聚合物石英壓電傳感器檢測(cè)頻率信號(hào)影響的數(shù)值模擬研究.pdf

1、中國(guó)白酒的種類繁多，風(fēng)格各異。其微量香味物質(zhì)的成分含量及相互之間的配比關(guān)系，是決定白酒香味風(fēng)格的關(guān)鍵因素。由于微量香味物質(zhì)的復(fù)雜性和相似性，準(zhǔn)確的識(shí)別不同香味風(fēng)格的中國(guó)白酒非常困難。聚合物石英壓電傳感器電子鼻是近年來(lái)基于石英壓電微天平(QCM)原理研發(fā)的一種中國(guó)白酒檢測(cè)設(shè)備，其結(jié)構(gòu)主要包括兩大系統(tǒng):以8個(gè)聚合物石英壓電傳感器組成陣列為核心的氣體信息采集系統(tǒng)和基于特定模式識(shí)別算法的模式識(shí)別系統(tǒng)。由于各個(gè)涂層吸附性之間的差異，當(dāng)傳感器陣列與

2、中國(guó)白酒揮發(fā)氣體接觸時(shí)，各個(gè)傳感器因吸附程度不同導(dǎo)致對(duì)應(yīng)檢測(cè)頻率信號(hào)的差異性輸出，并且各個(gè)檢測(cè)頻率信號(hào)的值均呈現(xiàn)“先減小，再穩(wěn)定”的變化趨勢(shì)。模式識(shí)別系統(tǒng)對(duì)各個(gè)檢測(cè)頻率信號(hào)穩(wěn)定階段的值進(jìn)行分析、描述、判斷、識(shí)別，即可實(shí)現(xiàn)電子鼻對(duì)中國(guó)白酒的檢測(cè)與識(shí)別。
　　為了保證聚合物石英壓電傳感器電子鼻穩(wěn)定的、可靠的識(shí)別中國(guó)白酒，以前電子鼻優(yōu)化設(shè)計(jì)方案更多關(guān)注其識(shí)別系統(tǒng)的改進(jìn)。但由于電子鼻檢測(cè)方式特殊，并適合在各類場(chǎng)合下使用，某些物理環(huán)境因素（

3、如磁場(chǎng)、氣動(dòng)力）對(duì)其內(nèi)部各個(gè)聚合物石英壓電傳感器檢測(cè)頻率信號(hào)的影響不可避免。針對(duì)物理環(huán)境因素對(duì)傳感器檢測(cè)頻率信號(hào)的影響，以前的研究沒(méi)有給予充分的考慮和評(píng)估。因此，在本文中，我們以數(shù)值模擬為主要研究手段，分別分析了磁場(chǎng)和氣動(dòng)力對(duì)聚合物石英壓電傳感器檢測(cè)頻率值的影響，具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　1)研究了均勻、穩(wěn)定的靜磁場(chǎng)對(duì)聚合物石英壓電傳感器檢測(cè)頻率信號(hào)的影響?；诠?jié)約計(jì)算成本、減少計(jì)算時(shí)間的原則，通過(guò)ANSYS/Multiphysic

4、s程序化語(yǔ)言設(shè)計(jì)，給出了一個(gè)包含電磁分析和壓電預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析的單向間接耦合分析過(guò)程，預(yù)測(cè)了均勻穩(wěn)定靜磁場(chǎng)下，聚合物石英壓電傳感器上的電磁力分布特征、應(yīng)力分布特征和檢測(cè)頻率信號(hào)變化。
　　2)為了研究氣動(dòng)力對(duì)聚合物石英壓電傳感器的影響，首先通過(guò)基于有限體積法的CFD模擬，盡大限度的還原了中國(guó)白酒揮發(fā)氣體在真實(shí)檢測(cè)場(chǎng)景中的流動(dòng)。然后，從時(shí)間和概率密度分布的角度，展示了氣動(dòng)力作用在聚合物石英壓電傳感器軸線方向（如圖2-2）的合力(Fy)