樂(lè)甫波液體粘度傳感研究.pdf

1、樂(lè)甫波粘度傳感器件因?yàn)榉蟼鞲衅魑⑿突?、集成化、高靈敏度的發(fā)展趨勢(shì)，因而有著廣闊的應(yīng)用前景和研究?jī)r(jià)值。同時(shí)，由于其理論模型復(fù)雜，所以一直是樂(lè)甫波液體傳感領(lǐng)域的研究難點(diǎn)。論文從理論建模、機(jī)理分析、器件設(shè)計(jì)、外圍電路設(shè)計(jì)與測(cè)試系統(tǒng)搭建幾個(gè)方面，對(duì)樂(lè)甫波粘度傳感進(jìn)行了深入而全面的研究。
　　首先，論文介紹了樂(lè)甫波傳感器的工作原理，叉指換能器的特性，重點(diǎn)闡述了壓電介質(zhì)的耦合波方程，引出分離求解壓電介質(zhì)中各振動(dòng)分量的部分波理論及研究樂(lè)甫波激

2、發(fā)傳播特性常用的表面有效介電常數(shù)法。
　　在上述理論的基礎(chǔ)上，論文根據(jù)聲波在層狀介質(zhì)中的傳播規(guī)律，推導(dǎo)了不同介質(zhì)中樂(lè)甫波振動(dòng)位移、法向應(yīng)力及電位移矢量的部分波形式。針對(duì)“粘性液體/非壓電薄膜/壓電基底”的三層樂(lè)甫波器件，論文推導(dǎo)了其對(duì)應(yīng)的邊界條件，解出各個(gè)部分波對(duì)應(yīng)的加權(quán)系數(shù)。然后，通過(guò)表面有效介電常數(shù)法，以及加入衰減因子的二維搜索模型，結(jié)合樂(lè)甫波器件的實(shí)際制作條件，以“粘性液體/二氧化硅薄膜/36°鉭酸鋰”為例，分析了樂(lè)甫波的傳

3、播特性，并得出了一些有意義的結(jié)論。在負(fù)載粘性液體樂(lè)甫波的傳感特性中，分析了薄膜厚度增加時(shí)，樂(lè)甫波器件對(duì)液體密度、粘度的靈敏度變化；叉指換能器叉指周期增加時(shí)，樂(lè)甫波傳播損耗與粘度靈敏度變化；不同密度下，聲速相對(duì)于粘度的線性度。
　　基于上述對(duì)負(fù)載粘性液體樂(lè)甫波的機(jī)理分析和數(shù)值仿真，設(shè)計(jì)了一組用于液體粘度傳感的樂(lè)甫波器件，并測(cè)試了其對(duì)液體密度、粘度的靈敏度。為了提高器件性能，對(duì)樂(lè)甫波器件的叉指換能器進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化，設(shè)計(jì)了三種方案的樂(lè)甫

4、波器件，并測(cè)試對(duì)比了其幅頻特性，表明了論文中對(duì)負(fù)載粘性液體的樂(lè)甫波器件理論建模及數(shù)值分析的正確性，以及樂(lè)甫波器件用于液體粘度傳感的有效性。
　　在測(cè)量電路部分，介紹了三種常用的測(cè)量方法及電路設(shè)計(jì)，對(duì)比了三種方法的測(cè)試效果，最終選擇幅值比與相位差結(jié)合的測(cè)量方法，并著重闡述了如何將兩種方法結(jié)合運(yùn)用到樂(lè)甫波器件中心頻率的測(cè)量中。最后，在此基礎(chǔ)上，搭建了雙通道樂(lè)甫波粘度傳感系統(tǒng)，用以剔除環(huán)境變化對(duì)測(cè)量結(jié)果帶來(lái)的影響，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明了其用于