聲子晶體點(diǎn)缺陷模式及其高分辨?zhèn)鞲刑匦匝芯?/H1>
發(fā)布時(shí)間：2018-05-24 23:01
本文選題：聲子晶體 + 點(diǎn)缺陷��； 參考：《中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所》2016年博士論文
【摘要】：聲子晶體缺陷態(tài)模式由于能量局域化效應(yīng)可形成高品質(zhì)因數(shù)(Q值)聲波諧振器,為高分辨率聲波質(zhì)量傳感器的實(shí)現(xiàn)提供了新的途徑。本論文圍繞聲子晶體點(diǎn)缺陷模式的關(guān)鍵損耗因素、質(zhì)量傳感特性以及面向應(yīng)用的聲子晶體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等問題展開了理論和實(shí)驗(yàn)研究。主要內(nèi)容及結(jié)論如下:1.在點(diǎn)缺陷模式仿真分析的基礎(chǔ)上,給出了基于激光外差干涉測(cè)振儀的模式振型精確測(cè)試和識(shí)別的方法,為點(diǎn)缺陷模式損耗分析和質(zhì)量靈敏度分析奠定了基礎(chǔ);2.基于相干共振的模型分析了模式頻率響應(yīng)曲線非對(duì)稱現(xiàn)象,提出了一種精確擬合模式響應(yīng)曲線而獲得各模式準(zhǔn)確的Q值的方法,解決了在非對(duì)稱條件下采用3d B法獲得模式Q值較大誤差的問題;3.分析了各點(diǎn)缺陷模式的振型與模式Q值之間的關(guān)系,建立了模式主要損耗模型,得出諧振器表面壓電薄膜Al N材料損耗為主要損耗源;4.基于DDS(直接數(shù)字頻率合成)與幅相檢測(cè)集成芯片設(shè)計(jì)制作了小型化、數(shù)字化的實(shí)時(shí)質(zhì)量傳感檢測(cè)系統(tǒng)。采用雙模式測(cè)量法實(shí)現(xiàn)了傳感器溫度補(bǔ)償,該方法利用各點(diǎn)缺陷模式質(zhì)量靈敏度差異,在檢測(cè)過程中同時(shí)測(cè)量兩各模式的頻率偏移,實(shí)現(xiàn)溫度質(zhì)量解耦。補(bǔ)償后模式頻率分辨率達(dá)到0.25 Hz,對(duì)應(yīng)的質(zhì)量分辨率為46 pg;5.針對(duì)傳感實(shí)驗(yàn)中孔式聲子晶體結(jié)構(gòu)質(zhì)量加載和液相處理較困難的問題,提出了管柱式平板聲子晶體結(jié)構(gòu)�；跀�(shù)值仿真分析了其禁帶產(chǎn)生的機(jī)理以及禁帶隨結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。結(jié)果顯示,管柱式結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了聲波的多重散射,使得其產(chǎn)生禁帶所需的柱高僅為傳統(tǒng)圓柱式結(jié)構(gòu)柱高的50%,從而增強(qiáng)了聲子晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,降低加工成本。此外,雙管柱式結(jié)構(gòu)有利于禁帶拓寬,在相同填充率下其禁帶寬度是單管柱式結(jié)構(gòu)的2倍以上。本論文為聲子晶體點(diǎn)缺陷模式應(yīng)用于高分辨率聲波質(zhì)量傳感提供了理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
[Abstract]:Due to the energy localization effect, the phonon crystal defect mode can form a high quality factor / Q) acoustic resonator, which provides a new way for the realization of high resolution acoustic mass sensor. In this paper, theoretical and experimental studies have been carried out on the key loss factors of the point defect mode of phonon crystals, the characteristics of mass sensing and the structure design of phonon crystals for application. The main contents and conclusions are as follows: 1. On the basis of the simulation analysis of point defect mode, the method of accurate mode measurement and identification based on laser heterodyne interferometer is presented, which lays a foundation for point defect mode loss analysis and mass sensitivity analysis. Based on the coherent resonance model, the asymmetric phenomenon of the frequency response curve of the mode is analyzed, and a method of accurately fitting the response curve of the mode to obtain the accurate Q value of each mode is proposed. The problem of large error of mode Q value obtained by 3D B method under asymmetric condition is solved. The relationship between mode and mode Q is analyzed. The main loss model of mode is established, and the loss of Al N film on the surface of resonator is obtained as the main loss source. Based on DDS (Direct Digital Frequency Synthesis) and amplitude-phase detection integrated chip, a miniaturized and digitized real-time quality sensing system is designed. The temperature compensation of the sensor is realized by using the dual-mode measurement method. In this method, the frequency offset of the two modes is measured simultaneously in the detection process, and the temperature quality decoupling is realized by using the difference in the quality sensitivity of each defect mode. The frequency resolution of the compensated mode is 0.25 Hz, and the corresponding quality resolution is 46 PG / m 5. Aiming at the difficulty of mass loading and liquid phase processing of the porous phonon crystal structure in the sensing experiment, a tubular flat plate phonon crystal structure is proposed. Based on numerical simulation, the mechanism of band gap and its variation with structure are analyzed. The results show that the multi-scattering of acoustic waves is enhanced by the tubular structure, and the column height required to produce the band gap is only 50 the height of the column height of the traditional cylindrical structure. Thus, the stability of the phonon crystal structure is enhanced and the processing cost is reduced. In addition, the band-gap width of the double-tube column structure is more than 2 times that of the single-tube column structure under the same filling ratio. This paper provides a theoretical and experimental basis for the application of point defect mode of phonon crystals to high resolution acoustic mass sensing.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O735;TP212
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本文編號(hào)：1930943
本文鏈接：http://sikaile.net/shoufeilunwen/xxkjbs/1930943.html
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5 黃洋;周期結(jié)構(gòu)中波傳播行為的主動(dòng)和被動(dòng)調(diào)控[D];浙江大學(xué);2015年
6 張洪波;聲子晶體板的帶隙調(diào)控及減振性能的研究[D];湖南大學(xué);2016年
7 趙浩江;聲子晶體薄板結(jié)構(gòu)及材料參數(shù)對(duì)振動(dòng)帶隙特性的影響分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年
8 張婷;基于聲學(xué)人工材料的聲功能器件研究[D];南京大學(xué);2016年
9 舒風(fēng)風(fēng);聲子晶體點(diǎn)缺陷模式及其高分辨?zhèn)鞲刑匦匝芯縖D];中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所;2016年
10 肖偉;聲子晶體型周期復(fù)合結(jié)構(gòu)禁帶特性研究[D];華中科技大學(xué);2007年
相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條
1 王海洋;二維組合聲子晶體薄板振動(dòng)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年
2 沈耀輝;二維三組元局域共振型聲子晶體穩(wěn)態(tài)響應(yīng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年
3 邱春印;二維聲子晶體的層間多重散射理論及聲子晶體相關(guān)的應(yīng)用設(shè)計(jì)[D];武漢大學(xué);2005年
4 馮昆;二維三組元聲子晶體低頻穩(wěn)態(tài)響應(yīng)探究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年
5 王連坤;用于聲子晶體檢測(cè)的光外差測(cè)量技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2010年
6 武維維;一維聲子晶體透射譜的理論研究[D];華中科技大學(xué);2011年
7 徐永剛;周期與非周期性一維聲子晶體能帶特性研究[D];陜西師范大學(xué);2013年
8 胡愛珍;聲子晶體缺陷態(tài)的溫度控制及蘭姆波禁帶的低頻調(diào)節(jié)[D];廣東工業(yè)大學(xué);2015年
9 曹惠嫻;幾個(gè)二維聲子晶體中的類狄拉克點(diǎn)色散關(guān)系研究[D];華南理工大學(xué);2015年
10 潘旭東;周期桿中高頻縱波的頻帶分析[D];蘭州大學(xué);2015年
，本文編號(hào)：1930943
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