本文關(guān)鍵詞：AlN壓電薄膜超聲膜厚測量傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 超聲反射系數(shù) AlN陶瓷膜 反應(yīng)磁控濺射 油膜厚度 測量電路

【摘要】：在工業(yè)生產(chǎn)中,大部分機(jī)械零部件都是依靠潤滑油來降低相對運(yùn)動表面的摩擦和磨損,合理的油膜厚度是決定機(jī)械設(shè)備正常工作的一個關(guān)鍵因素。因此,實(shí)時檢測關(guān)鍵部件的油膜厚度,可以在機(jī)械零件失效前發(fā)出預(yù)警,從而保障機(jī)器正常運(yùn)行。相較于其他的油膜厚度測量方法,超聲波測量法對介質(zhì)的透明度和電隔離性質(zhì)沒有限制,且超聲波具有穿透力強(qiáng)、頻率高等特點(diǎn),因此具有更為廣泛的應(yīng)用前景。本文對三層介質(zhì)結(jié)構(gòu)的超聲測厚系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,包括了AlN壓電薄膜傳感器的制備、超聲波發(fā)射和接收硬件電路的理論研究及設(shè)計制作。(1)基于聲波傳播理論,研究了在兩層介質(zhì)中,聲波的傳播特性及其反射系數(shù);在兩層介質(zhì)傳播的基礎(chǔ)之上,研究了三層介質(zhì)結(jié)構(gòu)中,針對不同油膜厚度的測量模型:諧振模型和彈簧模型,即通過潤滑油膜的特性阻抗和諧振頻率來測量其厚度。(2)通過對氮化鋁薄膜制備方法的比較,選擇采用反應(yīng)磁控濺射法在不銹鋼上制備具有C軸取向的氮化鋁壓電薄膜。對氮化鋁壓電薄膜的制備過程進(jìn)行設(shè)計,并探究了影響薄膜取向性的因素,如:濺射功率、氮?dú)饬髁勘�、中間層等。通過原子力顯微鏡(AFM)來表征薄膜表面形貌,X射線衍射儀(XRD)來表征薄膜的生長取向,最終分別在不銹鋼和Si基底表面成功制備出(002)取向的AlN薄膜。(3)設(shè)計并制作了中心頻率為2.5MHz的基于STC12C5412AD的超聲波發(fā)射和接收電路,超聲波發(fā)射電路包括脈沖發(fā)生電路、放大電路、場效應(yīng)管驅(qū)動電路和超聲波激勵電路;接收電路包括限幅電路和放大電路。理論探討了高頻超聲激勵電路,可以利用三極管的雪崩效應(yīng)設(shè)計三極管MARX雪崩電路來激勵高頻的超聲換能器。
【關(guān)鍵詞】：超聲反射系數(shù) AlN陶瓷膜 反應(yīng)磁控濺射 油膜厚度 測量電路
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB553;TP212
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注釋表13-14
• 第一章 緒論14-20
• 1.1 研究背景及意義14-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.1 電學(xué)測量法15-16
• 1.2.2 光學(xué)測量法16-18
• 1.2.3 超聲波測量法18-19
• 1.3 本文的主要研究目標(biāo)及內(nèi)容19-20
• 第二章 超聲波油膜厚度測量理論20-31
• 2.1 超聲波的聲學(xué)理論20-23
• 2.1.1 聲波的分類20-21
• 2.1.2 聲壓21
• 2.1.3 聲速21-22
• 2.1.4 聲阻抗22-23
• 2.1.5 聲衰減23
• 2.2 垂直入射的聲波在分界面處的傳播23-24
• 2.3 聲波在三層介質(zhì)結(jié)構(gòu)中的反射系數(shù)24-30
• 2.3.1 諧振模型26-28
• 2.3.2 彈簧模型28-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第三章 制備AlN薄膜的方法研究31-39
• 3.1 反應(yīng)磁控濺射原理31-33
• 3.1.1 直流磁控濺射法的原理31-32
• 3.1.2 直流磁控濺射法的優(yōu)缺點(diǎn)32
• 3.1.3 射頻磁控濺射的特點(diǎn)32-33
• 3.2 AlN薄膜的生長33-35
• 3.2.1 臨界核的形成34
• 3.2.2 島的長大34
• 3.2.3 連續(xù)膜的形成34-35
• 3.3 AlN薄膜的表征35-38
• 3.3.1 AlN薄膜結(jié)構(gòu)的表征35-37
• 3.3.2 AlN壓電薄膜厚度的測量37-38
• 3.3.3 AlN薄膜成分的分析38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第四章 (002)擇優(yōu)取向的氮化鋁薄膜的制備39-62
• 4.1 氮化鋁的晶體結(jié)構(gòu)39-40
• 4.2 氮化鋁薄膜的制備方法40-41
• 4.3 制備技術(shù)路線41-42
• 4.4 濺射裝置42
• 4.5 氮化鋁薄膜的制備過程42-45
• 4.6 工藝參數(shù)對氮化鋁薄膜取向性的影響45-59
• 4.6.1 濺射功率對氮化鋁薄膜取向性的影響45-49
• 4.6.2 氮?dú)饬髁勘葘ΦX薄膜取向性的影響49-51
• 4.6.3 緩沖層材料對氮化鋁薄膜取向性的影響51-59
• 4.7 電極的制備59-60
• 4.8 本章小結(jié)60-62
• 第五章 超聲測量油膜厚度的電路設(shè)計62-73
• 5.1 超聲波發(fā)射電路62-70
• 5.1.1 脈沖發(fā)生電路62-66
• 5.1.2 放大電路66-68
• 5.1.3 場效應(yīng)管驅(qū)動電路68
• 5.1.4 超聲波激發(fā)電路68-70
• 5.2 超聲波接收電路70-71
• 5.2.1 超聲回波限幅電路70-71
• 5.2.2 超聲回波放大電路71
• 5.3 高頻超聲激勵電路71-72
• 5.4 本章小結(jié)72-73
• 第六章 總結(jié)與展望73-75
• 6.1 總結(jié)73-74
• 6.2 展望74-75
• 參考文獻(xiàn)75-79
• 致謝79-80
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文80

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 蘇公雨,劉文利;用來激勵高頻超聲換能器的電激勵源[J];應(yīng)用聲學(xué);1996年04期

2 金長善,李小舟;超聲波油膜厚度測量法研究[J];計量學(xué)報;1988年03期

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本文編號：1013262