聚合物線石英音叉非接觸溫度傳感器的研究.pdf

1、傳感器技術(shù)是當(dāng)今世界高新技術(shù)的重要技術(shù)基礎(chǔ)，也是信息產(chǎn)業(yè)三大支柱其中的一個(gè)。傳感器是高科技技術(shù)的尖端產(chǎn)品，特別是廣泛地用于日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)等研究領(lǐng)域的溫度傳感器，數(shù)量在各類傳感器之中排第一。信息系統(tǒng)的水平直接受到傳感器的技術(shù)水平的影響。接觸式溫度傳感器通過檢測(cè)部分與待檢測(cè)的物體之間的充分接觸，通過熱對(duì)流或者熱傳導(dǎo)的達(dá)到熱平衡，從而來反映被測(cè)物體的溫度。但對(duì)于小的目標(biāo)、運(yùn)動(dòng)的物體或者熱容量很小的對(duì)象，則會(huì)產(chǎn)生比較大的測(cè)量誤差

2、，且其更難在惡劣的工作環(huán)境使用。非接觸測(cè)溫雖然可以解決上述問題，但存在分辨率低及精度不高等等不足。因此，亟需開發(fā)和研制一種新型低成本高性能的非接觸溫度傳感器。
　　 本課題選擇對(duì)溫度高度敏感的聚合物線作為敏感元件，結(jié)合對(duì)溫度不敏感的頻率控制器件石英音叉諧振器，研制出一種低成本的聚合物線石英音叉非接觸溫度傳感器。首先介紹了石英晶體壓電效應(yīng)，分析了石英音叉的振動(dòng)模式及其彈性性質(zhì)和壓電性質(zhì)與雙轉(zhuǎn)角的關(guān)系。然后對(duì)現(xiàn)有的聚合物材料進(jìn)行分析

3、，找到了高溫度靈敏度的聚合物線敏感元件，并在理論上闡述了其傳感機(jī)理。在選擇合適的晶振后，設(shè)計(jì)制備了聚合物線石英音叉溫度傳感器。在彈性動(dòng)力學(xué)和Hamilton原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)公式，根據(jù)有限元的一般步驟，推導(dǎo)出石英晶體的有限元分析模型。利用有限元的方法模擬分析了聚合物線石英音叉的振動(dòng)模態(tài)。通過有限元建模，從微加工角度分析聚合物線石英音叉的機(jī)械結(jié)構(gòu)與諧振頻率的關(guān)系，完成傳感器的優(yōu)化設(shè)計(jì)。最后，建立測(cè)試系統(tǒng)對(duì)聚合物線石英音叉非接觸溫度傳感