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

1、中國白酒的種類繁多，風格各異。其微量香味物質的成分含量及相互之間的配比關系，是決定白酒香味風格的關鍵因素。由于微量香味物質的復雜性和相似性，準確的識別不同香味風格的中國白酒非常困難。聚合物石英壓電傳感器電子鼻是近年來基于石英壓電微天平(QCM)原理研發(fā)的一種中國白酒檢測設備，其結構主要包括兩大系統(tǒng):以8個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)和基于特定模式識別算法的模式識別系統(tǒng)。由于各個涂層吸附性之間的差異，當傳感器陣列與

2、中國白酒揮發(fā)氣體接觸時，各個傳感器因吸附程度不同導致對應檢測頻率信號的差異性輸出，并且各個檢測頻率信號的值均呈現(xiàn)“先減小，再穩(wěn)定”的變化趨勢。模式識別系統(tǒng)對各個檢測頻率信號穩(wěn)定階段的值進行分析、描述、判斷、識別，即可實現(xiàn)電子鼻對中國白酒的檢測與識別。
　　為了保證聚合物石英壓電傳感器電子鼻穩(wěn)定的、可靠的識別中國白酒，以前電子鼻優(yōu)化設計方案更多關注其識別系統(tǒng)的改進。但由于電子鼻檢測方式特殊，并適合在各類場合下使用，某些物理環(huán)境因素（

3、如磁場、氣動力）對其內部各個聚合物石英壓電傳感器檢測頻率信號的影響不可避免。針對物理環(huán)境因素對傳感器檢測頻率信號的影響，以前的研究沒有給予充分的考慮和評估。因此，在本文中，我們以數(shù)值模擬為主要研究手段，分別分析了磁場和氣動力對聚合物石英壓電傳感器檢測頻率值的影響，具體研究內容如下:
　　1)研究了均勻、穩(wěn)定的靜磁場對聚合物石英壓電傳感器檢測頻率信號的影響?；诠?jié)約計算成本、減少計算時間的原則，通過ANSYS/Multiphysic

4、s程序化語言設計，給出了一個包含電磁分析和壓電預應力模態(tài)分析的單向間接耦合分析過程，預測了均勻穩(wěn)定靜磁場下，聚合物石英壓電傳感器上的電磁力分布特征、應力分布特征和檢測頻率信號變化。
　　2)為了研究氣動力對聚合物石英壓電傳感器的影響，首先通過基于有限體積法的CFD模擬，盡大限度的還原了中國白酒揮發(fā)氣體在真實檢測場景中的流動。然后，從時間和概率密度分布的角度，展示了氣動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)