【摘要】：電化學(xué)振動傳感器在地球物理測量領(lǐng)域中有著較為廣泛的應(yīng)用前景,因其具有低頻性好、靈敏度高、體積小等優(yōu)點,能夠?qū)Φ卣�、海嘯等自然災(zāi)害進行及時有效的檢測及預(yù)報,還能夠?qū)业氖�、天然氣等資源進行勘察探索。盡管在市面上已經(jīng)有大量的電化學(xué)振動傳感器,在新的應(yīng)用領(lǐng)域中選擇和設(shè)計合適的傳感器仍是一個艱巨的任務(wù)。針對多物理場電化學(xué)振動傳感器的仿真展開研究,本文主要進行了以下幾方面研究:首先闡述其主要組成部分及其工作原理,在此基礎(chǔ)上建立基于多物理場電化學(xué)振動傳感器的數(shù)學(xué)模型,推導(dǎo)電化學(xué)振動傳感器傳遞函數(shù),并確定了影響傳感器性能的各項參數(shù)。其次,通過COMSOL Multiphysics有限元分析軟件建立電化學(xué)振動傳感器的多物理場理論模型,并利用軟件中的電化學(xué)模塊、流體動力學(xué)模塊和熱力學(xué)模塊進行耦合研究傳感器中電極與絕緣層孔數(shù)、電極與絕緣層厚度、電極排列方式等因素對電極電流的影響。再次,研究傳感器靜止和運動狀態(tài)下,在溫度、結(jié)構(gòu)參數(shù)、振動強度的影響下兩種電極的電流輸出情況。對影響熱噪聲、自然對流噪聲等因素進行了多方面分析從而優(yōu)化傳感器敏感元件的電極結(jié)構(gòu)。還通過改變流道出入口結(jié)構(gòu)參數(shù),對流道進行優(yōu)化�？偨Y(jié)并提出理想的電極與流道的結(jié)構(gòu)。最后,在吉林大學(xué)儀器與電氣工程學(xué)院的振動測量實驗室超低頻振動基準(zhǔn)裝置上進行了頻響與動態(tài)范圍校準(zhǔn),采用正交零差激光干涉測振儀,對被測檢波器作垂直向的標(biāo)定,測試出傳感器的靈敏度,并與仿真結(jié)果進行對比,分析誤差產(chǎn)生的原因。
[Abstract]:Electrochemical vibration sensor is widely used in the field of geophysical measurement, because of its advantages of good low frequency, high sensitivity and small volume, it can detect and predict natural disasters such as earthquake and tsunami in a timely and effective manner. Also able to explore the country's oil, natural gas and other resources. Although there are a large number of electrochemical vibration sensors in the market, it is still a difficult task to select and design suitable sensors in new applications. In this paper, the simulation of the multi-physical field electrochemical vibration sensor is studied in the following aspects: firstly, the main components and working principle of the sensor are described. On this basis, the mathematical model of the electrochemical vibration sensor based on multi-physical field is established, the transfer function of the electrochemical vibration sensor is derived, and the parameters that affect the performance of the sensor are determined. Secondly, the multi-physical field theory model of electrochemical vibration sensor is established by COMSOL Multiphysics finite element analysis software, and the electrochemical module in the software is used. The influence of the number of holes in the electrode and the insulating layer, the thickness of the electrode and the insulating layer, and the electrode arrangement on the electrode current were studied by coupling the hydrodynamic module and the thermodynamics module. Thirdly, the current output of the two kinds of electrodes under the influence of temperature, structural parameters and vibration intensity in the static and moving state of the sensor is studied. Various factors affecting thermal noise and natural convection noise are analyzed in order to optimize the electrode structure of sensor. The flow channel is optimized by changing the inlet and outlet structure parameters. The ideal structure of electrode and channel is summarized and put forward. Finally, the calibration of frequency response and dynamic range is carried out in the vibration measurement laboratory of Jilin University School of instrument and Electrical Engineering. The vertical calibration of the geophone is carried out by using the orthogonal homodyne laser interferometer. The sensitivity of the sensor is tested and compared with the simulation results to analyze the cause of the error.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP212

【參考文獻】

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本文編號：2181396