本文關(guān)鍵詞：基于亞波長狹縫聲子晶體的流體傳感器研究

  更多相關(guān)文章： 亞波長 聲子晶體 傳感器 品質(zhì)因子 靈敏度 透射譜

【摘要】：快速、精確分析微量流體中的成分和參數(shù)在生化檢測、臨床醫(yī)學(xué)診斷、環(huán)境監(jiān)測、食品安全監(jiān)控等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值,是當(dāng)前及未來傳感器領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。聲學(xué)傳感器的基本原理是利用聲場中的物體參量(密度、聲速、粘度等)變化引起聲波的輸出信號頻率、振幅、相位變化,從而實現(xiàn)對物體的探測。其中基于人工結(jié)構(gòu)(聲子晶體、聲超常材料等)的局域強(qiáng)場能夠增強(qiáng)聲波與物質(zhì)的相互作用,是檢測微量流體微小變化的新機(jī)制。本論文研究了基于亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)作為流體傳感器的檢測機(jī)理,并探討了相應(yīng)傳感的關(guān)鍵參量,進(jìn)而為高品質(zhì)因子和高靈敏度的傳感器研制提供基礎(chǔ)的物理支持。主要研究工作如下:一、探究了含雙板結(jié)構(gòu)的亞波長狹縫系統(tǒng)的聲學(xué)特性,并討論了周圍流體對該系統(tǒng)的聲學(xué)性能影響。研究結(jié)果表明,該系統(tǒng)具有亞波長尺寸、強(qiáng)局域聲場、增強(qiáng)聲波與物質(zhì)的相互作用等優(yōu)點。同時,該系統(tǒng)對流體比較敏感,特別是對密度與聲速度變化相反的流體比較敏感。二、基于亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)對流體傳感器不同流體的傳感開展了研究,結(jié)果表明,該系統(tǒng)具有較高的品質(zhì)因子,Q值為6095;亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)對流體比較敏感,尤其是密度與聲速度變化相反的流體。仿真計算了亞波長狹縫聲子晶體固體材料分別為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、單質(zhì)鋁、高硼硅(BF33)玻璃及單晶硅材質(zhì)和系統(tǒng)共振頻率的偏移關(guān)系,分析了四種固體材料的共振頻率偏移量,得到了亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)的最優(yōu)固體材料為單晶硅的結(jié)論。最后,仿真計算了不同狹縫寬度對系統(tǒng)共振頻率偏移的影響。仿真結(jié)果表明,亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)最優(yōu)的狹縫寬度為0.050 mm。三、探究了基于Ba0.7Sr0.3TiO3(BST)鐵電陶瓷材料的亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)對溫度傳感器的影響。研究結(jié)果表明,該系統(tǒng)的透射譜具有較尖銳的透射峰,從而使該系統(tǒng)具有高品質(zhì)因子,Q值為12906。隨著流體溫度從293 K、303 K增加到313 K的過程中,亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)的共振頻率偏移比較明顯,因而系統(tǒng)具有較高的靈敏度,S值為3.02 kHz/K。仿真計算了在不同溫度條件下,不同狹縫寬度的亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)對共振頻率變化的影響。研究結(jié)果表明,亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)共振頻率的變化不僅取決于BST鐵電陶瓷材料和呋喃甲醛流體,而且還取決于狹縫寬度�；趤啿ㄩL狹縫聲子晶體系統(tǒng)的流體傳感器具有尺寸小、高品質(zhì)因子和高靈敏度等優(yōu)點,未來這種系統(tǒng)的傳感器可以很好地應(yīng)用于芯片技術(shù)以及小型化醫(yī)療技術(shù)等方面。
【關(guān)鍵詞】：亞波長 聲子晶體 傳感器 品質(zhì)因子 靈敏度 透射譜
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O735
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 傳感器概述9-11
• 1.2 聲學(xué)流體傳感器概述11-14
• 1.3 聲子晶體流體傳感器概述14-16
• 1.4 本文研究內(nèi)容16-18
• 第2章 亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)及其性質(zhì)18-28
• 2.1 亞波長狹縫系統(tǒng)概述18-22
• 2.2 亞波長狹縫聲子晶體的聲學(xué)性質(zhì)22-27
• 2.2.1 亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)色散曲線22-24
• 2.2.2 亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)位移場分布24-25
• 2.2.3 亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)透射譜25-27
• 2.3 小結(jié)27-28
• 第3章 基于亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)的流體性質(zhì)研究28-34
• 3.1 亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)仿真計算28-31
• 3.1.1 亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和流體參數(shù)28-29
• 3.1.2 亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)透射譜29-31
• 3.2 亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)流體參數(shù)31-33
• 3.3 小結(jié)33-34
• 第4章 基于亞波長狹縫聲子晶體流體傳感器的研究34-45
• 4.1 亞波長狹縫聲子晶體流體傳感器系統(tǒng)34-35
• 4.2 基于亞波長狹縫聲子晶體和三氯甲烷和 1-辛醇系統(tǒng)仿真計算35-38
• 4.2.1 三氯甲烷和 1-辛醇流體性質(zhì)35
• 4.2.2 亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)的透射譜35-36
• 4.2.3 亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)的流體參數(shù)仿真36-38
• 4.3 基于亞波長狹縫聲子晶體和二乙基己基磷酸和四氯化碳系統(tǒng)仿真計算38-41
• 4.3.1 二乙基己基磷酸和四氯化碳流體性質(zhì)38
• 4.3.2 亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)的透射譜38-39
• 4.3.3 基于亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)的流體參數(shù)仿真39-41
• 4.4 亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)最優(yōu)固體材料參數(shù)41-43
• 4.5 亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)最優(yōu)狹縫寬度43-44
• 4.6 小結(jié)44-45
• 第5章 基于BST陶瓷材料的亞波長狹縫聲子晶體的溫度流體傳感器研究45-51
• 5.1 亞波長狹縫聲子晶體系統(tǒng)材料溫度特性45-47
• 5.2 亞波長狹縫聲子晶體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)透射譜圖47-49
• 5.3 亞波長狹縫聲子晶體的溫度流體傳感器最優(yōu)狹縫寬度49-50
• 5.4 小結(jié)50-51
• 第6章 總結(jié)與展望51-53
• 6.1 論文總結(jié)51
• 6.2 工作展望51-53
• 參考文獻(xiàn)53-58
• 致謝58-59
• 附錄A: 個人簡歷、攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文59

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