基于聲子晶體的液體傳感器研究.pdf

1、為了應(yīng)對(duì)市面上層不出窮的銷(xiāo)售假汽油案件，獲取一種快速有效的檢測(cè)手段勢(shì)在必行，由于不同溶液的混合會(huì)導(dǎo)致聲速的變化，通過(guò)檢測(cè)聲速即可知道汽油的真?zhèn)?。本文以聲子晶體這種新型功能超材料為載體，設(shè)計(jì)了一種對(duì)于聲速變化敏感的傳感器，可以用于液體濃度檢測(cè)，在聲子晶體樣本的空腔中注入被測(cè)溶液，測(cè)量傳輸特性峰值的位置變化，即可得到溶液的濃度。本文的主要研究?jī)?nèi)容分為三部分。
　　根據(jù)聲子晶體的基礎(chǔ)理論推導(dǎo)了平面波展開(kāi)法的計(jì)算過(guò)程，并用 matlab編

2、程實(shí)現(xiàn)了理想聲子晶體帶隙的計(jì)算。利用有限元仿真軟件計(jì)算了聲子晶體的缺陷態(tài)、傳輸特性以及瞬態(tài)響應(yīng)等，通過(guò)仿真說(shuō)明了聲子晶體缺陷態(tài)色散曲線對(duì)傳輸函數(shù)的貢獻(xiàn)。
　　聲子晶體組元材料的聲學(xué)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，其能帶結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，在材料參數(shù)變化較小時(shí)，可以將帶隙內(nèi)部缺陷態(tài)色散曲線的變化看做是一種頻移。根據(jù)這一性質(zhì)設(shè)計(jì)了對(duì)聲速變化敏感的聲子晶體液體傳感器原型。采用乙醇/水溶液對(duì)上述傳感器進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果顯示其靈敏度較低，濃度靈敏度約為9

3、0-190Hz/1％。
　　對(duì)傳感器的幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。研究了改變聲子晶體波導(dǎo)的核心寬度對(duì)帶隙內(nèi)部色散曲線頻移的影響，使得第一帶隙的靈敏度有所提高。研究了在波導(dǎo)中心添加散射孔、優(yōu)化其幾何尺寸并同時(shí)改變波導(dǎo)核心寬度的優(yōu)化方法，在此情況下獲得了315~462Hz/1%的濃度靈敏度，使波導(dǎo)態(tài)的帶寬頻率范圍變得更窄，并且在較低濃度時(shí)良好的線性。在此基礎(chǔ)上調(diào)整波導(dǎo)內(nèi)部中央散射孔的位置，使得波導(dǎo)態(tài)色散曲線變得更加平坦，第一帶隙波導(dǎo)態(tài)色散曲線的