液體環(huán)境中的表面結(jié)構(gòu)-石英晶體板的耦聯(lián)振動分析及頻率特征.pdf

1、石英晶體諧振器（Quartz crystal resonator,QCR）是一種由石英晶體板構(gòu)成的具有力電轉(zhuǎn)化功能的電子元器件，它被廣泛用于提供頻率標準和執(zhí)行頻率功能，如計時，通訊和控制等。同時，QCR對表面變化也非常敏感。通過檢測表面耦聯(lián)物質(zhì)或結(jié)構(gòu)介入后，QCR的動力學(xué)參數(shù)和電路參數(shù)的改變，可以辨識和表征它們的物理和幾何參數(shù)。與傳統(tǒng)的基于Sauerbrey方程和一維傳輸線模型的QCR傳感器相比，新型復(fù)合QCR系統(tǒng)呈現(xiàn)出許多新特征：如表

2、面物質(zhì)或結(jié)構(gòu)的非均勻質(zhì)量分布、特定的幾何構(gòu)型、特定的力學(xué)性質(zhì)與振動狀態(tài)、流固耦合、尺度效應(yīng)以及環(huán)境偏場等。針對這些問題，本文建立了液體環(huán)境中的表面結(jié)構(gòu)/QCR復(fù)合系統(tǒng)的耦合動力學(xué)模型，深入研究了表面微結(jié)構(gòu)的流固耦合振動、材料/結(jié)構(gòu)的尺度效應(yīng)以及材料/結(jié)構(gòu)的內(nèi)部分層對復(fù)合QCR系統(tǒng)動力學(xué)特征的影響，取得了如下主要成果：
　　1.建立了受QCR激勵的液體環(huán)境中的微梁的流固耦合振動模型。分別推導(dǎo)并求解了單根微梁和雙梁的流固耦合振動方程。

3、分析對比了單根微梁和不同間距的雙梁周圍的液體動壓力和流場速度分布。計算結(jié)果表明：對于稀疏微梁陣列，如果假定每根梁的振動狀態(tài)都一致，那么可以把單根梁的結(jié)果應(yīng)用于所有的梁。
　　2.建立了液體環(huán)境中的微梁陣列/QCR復(fù)合系統(tǒng)的耦合動力學(xué)模型。分析了不同液面高度對微梁的振動和對復(fù)合QCR系統(tǒng)諧振頻率的影響。找到了液體對微梁振動和系統(tǒng)諧振頻率的影響達到極限的最大液面高度。
　　3.考慮石英板和微梁的尺度效應(yīng)，基于修正偶應(yīng)力理論建立了

4、液體環(huán)境中的微梁陣列/QCR復(fù)合系統(tǒng)的耦合動力學(xué)模型。運用哈密頓原理推導(dǎo)了復(fù)合QCR系統(tǒng)的控制方程和邊界條件。研究了石英板和微梁的尺度效應(yīng)對復(fù)合QCR系統(tǒng)諧振頻率的影響。
　　4.建立了液體環(huán)境中的半球體單元陣列/QCR復(fù)合系統(tǒng)的耦合動力學(xué)模型。研究了半球體的流固耦合振動對復(fù)合QCR系統(tǒng)諧振頻率的影響。
　　5.建立了帶內(nèi)核的半球體單元陣列/QCR復(fù)合系統(tǒng)的耦合振動模型。研究了材料/結(jié)構(gòu)的內(nèi)部分層對復(fù)合QCR系統(tǒng)諧振頻率的影