声表面波微力传感器的研究.pdf

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1、声表面波微力传感器的研究学校代码：10255学号：1099115声表面波微力传感器的研究DesignandRealizationofMicroForceSensoronSurfaceAcousticWave学院：信息科学与技术学院专业：控制理论与控制工程姓名：李媛媛导师：卢文科教授2014年11月1声表面波微力传感器的研究DesignandRealizationofMicroForceSensoronSurfaceAcousticWaveYuan-yuanLiSupervisor:Prof.Wen-keLuCollegeofInformationandScienceD

2、onghuaUniversityNov,2014SubmittedintotalfulfilmentoftherequirementsforthedegreeofPh.D.inControlTheoryandControlEngineering2声表面波微力传感器的研究附件一：东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保

3、密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日3声表面波微力传感器的研究附件二：东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日4声表面波微力传感器的研究声表面波微力传感器的研究摘要传感器技术是当代科技发展水平

4、的重要标志之一，在发展经济和推动社会进步方面起着极其重要的作用，它与计算机技术、通信技术共同构成现代信息产业的三大支柱，其中压力传感器主要应用于测试表面力、液压、物体加速度等重要物理量。声表面波（SurfaceAcousticWave，SAW）压力传感器是声表面波器件的一个分支，其在进行压力测量时具有抗干扰能力强，精度高、分辨率高的特性，SAW微力传感器的主要原理是利用晶体材料的压电性能及声表面波基本理论，实现无源、无线传输的新功能，并且由于晶体在温度稳定性方面的优势又使得其调试过程变得简便。本文将探讨由声表面波延迟线技术衍生出的微力传感器，基本的延迟线由光蚀在晶体材

5、料基片上的输入和输出叉指换能器组成，当这种传感器被搭建在宽频放大器反馈回路内部时，即可构成具有高稳定性的振荡器，其频率与所受应力之间成函数关系，根据基片结构所受应力的变化，使用有限元分析法(FiniteElementMethods,FEM)对声表面波传感器基片的受力进行分析，最终制作出声表面波微力传感器，并通过外围电路对该器件进行调试及测试。i声表面波微力传感器的研究具体研究内容及创新点如下：（1）研究了基于FEM进行SAW微力传感器的理论建模方法。根据弹性力学中的薄板问题，分析了基片的边界条件并进行单元划分，确定了SAW微力传感器基片的边界条件，对材料的弹性刚度矩阵

6、进行计算，进而对基片的应力应变分析并确定叉指换能器的位置。（2）设计了一种能够测量微力的声表面波传感器。设计基于余弦平方函数和小波函数的输入输出叉指换能器，基片采用延迟线结构，抗干扰能力强，能够测量0-20g范围内的微力，同时研究了声表面波微力传感器的物理实现问题，能够进行初步的检测。（3）建立了微力传感器的线性回归数学模型，绘制频率与压力的拟合曲线。通过线性化该数学模型，利用矩阵法和最小二乘法求解，根据频率与压力的值求解拟合多项式，建立了微力传感器压力与频率差之间的线性关系，对微力传感器的应用具有一定的参考价值。（4）确定了器件设计中的关键问题。包括器件的版图设计、

7、悬臂梁结构的处理、测量范围的确定，以及外围电路的设计及测试，并计算器件的相对误差。关键词:微力，传感器，声表面波器件，有限元分析法ii声表面波微力传感器的研究DESIGNANDREALIZATIONOFMICROFORCESENSORONSURFACEACOUSTICWAVEABSTRACTSensortechnology,asanimportantsymboloftheadvancementofmoderntechnology,playsasignificantroleintheeconomicdevelopmentandsocialprogres