高质量灵敏度声波传感器(英文)

压电晶体声波器件具有灵敏度高,体积小,价格低等独特优点,因而在气体和液体检测领域的应用前景广。该文首先介绍了多种不同类型的声波传感器的结构和特性,重点给出了几种具有高质量灵敏度的声波传感器,并进行了相应实验验证。

压电免疫传感器的质量灵敏度分布优化设计

从石英晶体微天平（QCM）质量灵敏度表达式出发,分析了影响其质量灵敏度分布的因素。在此基础上设计了一种新型电极配置结构的QCM,并利用9MHz的QCM仿真。仿真结果显示,在全电极区域,新型电极结构比圆形电极结构的QCM质量灵敏度分布均匀。最后,采用10 MHz的QCM免疫传感器对卵巢癌进行了实验验证,结果表明,NuTu-19抗体质量在74-370ng内,频率呈线性变化,说明改进电极结构的QCM免疫传感器具有较好的质量灵敏度分布。

基于单位质量灵敏度的重卡驾驶室白车身轻量化研究

建立某重卡驾驶室白车身的轻量化有限元模型,并对其进行了有效性验证。选取车身上有优化空间的钣金件作为设计区域,以设计区域质量最小作为优化目标。在保证车身刚度和模态性能指标的前提下,提出一种能量化性能指标对轻量化程度的单位质量灵敏度方法,用此方法优化钣金件的厚度大小并进行修正。最后,通过模态、刚度以及碰撞安全等性能指标验证优化后的数据。结果表明:轻量化后的驾驶室总质量降低了14.1 kg,所考察的性能均有所提高,满足设计要求,实现了对驾驶室白车身质量的优化,减少制造成本。

Love波传感器的分析与测试

为了制作出具有高灵敏度的Love波传感器,分析了Love波在ST石英和二氧化硅薄膜分层结构中的传播特性,并对该分层结构进行了相关的理论推导和计算。从该结构的声学动力学方程出发,分析求解了该分层结构的波动方程,并得到了在该分层结构的色散关系式和结构中的位移表达式。然后在所得到的解析表达式的基础上进行了相应的波结构分析和特性曲线的绘制,并得到了Love波在该结构中的传播特性。最后应用MEMS工艺制作了由ST石英为基底、二氧化硅为波导层的Love波传感器,并通过电化学微电铸的方法进行了实验验证,对理论灵敏度与实验灵敏度之间不一致的原因进行了分析。测试数据表明:该传感器的质量灵敏度为100 cm2/g,最低检出限为3.65 ng。实验结果基本满足Love波传感器进行高灵敏度生化检测的要求。

有机波导制备工艺对乐甫波传感器性能的影响

研究了基于PMMA波导的乐甫波传感器,研究了器件的插损以及质量灵敏度随波导层厚度变化的关系。采用低浓度、低粘度的前驱溶液,多步旋涂工艺制备了PMMA波导薄膜,降低了器件的插损,实现了2.18μm的'有效厚度',器件的质量灵敏度达705cm2/g,与前人相比提高了1倍。

Love波传感器的性能分析与实验

为了制作高灵敏度Love波传感器,分析了Love波在ST-石英和二氧化硅薄膜分层结构中的传播特性,并对该分层结构进行了相关的理论推导和计算。首先,从声学动力学方程出发,分析求解了该分层结构的波动方程,得到了在该分层结构的色散关系及位移表达式。基于得到的解析表达式分析了波结构,绘制了特性曲线,得到了Love波在该结构中的传播特性。最后,应用MEMS工艺制作了由ST-石英为基底、二氧化硅为波导层的Love波传感器,并通过电化学微电铸的方法进行了实验验证,且对理论灵敏度与实验灵敏度之间不一致的原因进行了分析。测试数据显示,该传感器的质量灵敏度为100cm2/g,最低检出限为3.65ng,结果证明了该Love波传感器基本满足高灵敏度生化检测的要求。

钢铝混合客车车身结构扭转刚度的改进研究

钢铝结构车身是电动客车车身的一种主要形式。与传统钢结构同类型客车相比,这种车身结构存在刚度偏低的弱点。针对钢铝车身结构刚度不足的问题,进行了钢铝车身结构的灵敏度优化研究。首先,对客车车身结构进行了弯扭刚度的分析,从定量上进一步证实了这种车身结构刚度偏低的弱点。其次,分析了客车车身各杆件对质量、刚度的灵敏度,从车身杆件中筛选出灵敏度值较大的杆件作为优化对象进行研究。最后,在优化研究中找到了一种车身总质量不增加、车身扭转刚度大幅提高的优化方案。根据优化方案而改进的车身结构在实际工程中收到了满意的效果。

基于MgF_2波导的谐振型乐甫波器件特性研究

在浅体声波(SSBW)器件上采用真空热蒸发法制备MgF2波导层,研究了器件的频率、插损、质量灵敏度随波导层厚度变化的特性。当波导层厚度约为2.48μm时,器件的插损最小(-23.93 dB);当波导层厚度约为6.5μm时,器件获得了最大质量灵敏度416.7 cm2.g-1。并分析了不同沉积速率对薄膜质量的影响。实验结果表明:要制备高质量的薄膜必须采用低的薄膜沉积速率,MgF2薄膜可作为乐甫波器件的波导层材料。

折线型IDT的SAW微力传感器设计研究

声表面波(SAW)微力传感器易于集成和小型化,无源无线的工作方式,具有极大的应用潜力。将其应用于物体间微间隙压力检测有望实现高灵敏、低功耗的监测水平。针对复杂环境中存在的测量灵敏度问题,设计了一种具有折线形状的叉指换能器(IDT)的SAW微力传感器。采用有限元分析方法(FEM)对其进行了仿真分析和结构参数设计。理论分析与实验表明,设计的传感器质量灵敏度可达284.16 kg/m^(2),高于直线形IDT的SAW传感器185.97 kg/m^(2),验证了此结构能够有效提高器件的质量灵敏度,及在微间隙环境下压力监测的可行性。

具有ITO电极的QCM设计与性能研究

为了提高石英晶体微天平(QCM)的检测灵敏度,提出了一种具有氧化铟锡(ITO)电极结构的QCM。利用有限元分析软件在QCM芯片电极区采用密度等效法实现计算量的简化,在通过电极尺寸优化得到具有理想能陷效应的QCM的基础上,采用控制磁控溅射的气体压强、工作电压、电流等方法,得到具有导电性好,平滑度高,透光性优良的ITO电极。经振荡频率测试及质量灵敏度分析计算表明,ITO电极的QCM频率稳定性良好(频率变化仅3 Hz),质量灵敏度是金电极QCM的1.5倍。

MEMS传感器原理与结构简析

尽管常规地震检波器发展已有50年的历史,体积变得很小,灵敏度很高,并且较好地抑制地面噪声,但MEMS加速度传感器仍然以其直接的数字输出、高的矢量保真度和良好的低频响应,逐渐成为新世纪地球物理勘探技术发展中的重要角色。文章对MEMS传感器进行了概述,对其结构与工作原理进行了简要分析。