樂甫波液體粘度傳感研究.pdf

1、樂甫波粘度傳感器件因為符合傳感器微型化、集成化、高靈敏度的發(fā)展趨勢，因而有著廣闊的應用前景和研究價值。同時，由于其理論模型復雜，所以一直是樂甫波液體傳感領域的研究難點。論文從理論建模、機理分析、器件設計、外圍電路設計與測試系統(tǒng)搭建幾個方面，對樂甫波粘度傳感進行了深入而全面的研究。
　　首先，論文介紹了樂甫波傳感器的工作原理，叉指換能器的特性，重點闡述了壓電介質(zhì)的耦合波方程，引出分離求解壓電介質(zhì)中各振動分量的部分波理論及研究樂甫波激

2、發(fā)傳播特性常用的表面有效介電常數(shù)法。
　　在上述理論的基礎上，論文根據(jù)聲波在層狀介質(zhì)中的傳播規(guī)律，推導了不同介質(zhì)中樂甫波振動位移、法向應力及電位移矢量的部分波形式。針對“粘性液體/非壓電薄膜/壓電基底”的三層樂甫波器件，論文推導了其對應的邊界條件，解出各個部分波對應的加權系數(shù)。然后，通過表面有效介電常數(shù)法，以及加入衰減因子的二維搜索模型，結合樂甫波器件的實際制作條件，以“粘性液體/二氧化硅薄膜/36°鉭酸鋰”為例，分析了樂甫波的傳

3、播特性，并得出了一些有意義的結論。在負載粘性液體樂甫波的傳感特性中，分析了薄膜厚度增加時，樂甫波器件對液體密度、粘度的靈敏度變化；叉指換能器叉指周期增加時，樂甫波傳播損耗與粘度靈敏度變化；不同密度下，聲速相對于粘度的線性度。
　　基于上述對負載粘性液體樂甫波的機理分析和數(shù)值仿真，設計了一組用于液體粘度傳感的樂甫波器件，并測試了其對液體密度、粘度的靈敏度。為了提高器件性能，對樂甫波器件的叉指換能器進行了改進優(yōu)化，設計了三種方案的樂甫

4、波器件，并測試對比了其幅頻特性，表明了論文中對負載粘性液體的樂甫波器件理論建模及數(shù)值分析的正確性，以及樂甫波器件用于液體粘度傳感的有效性。
　　在測量電路部分，介紹了三種常用的測量方法及電路設計，對比了三種方法的測試效果，最終選擇幅值比與相位差結合的測量方法，并著重闡述了如何將兩種方法結合運用到樂甫波器件中心頻率的測量中。最后，在此基礎上，搭建了雙通道樂甫波粘度傳感系統(tǒng)，用以剔除環(huán)境變化對測量結果帶來的影響，并通過實驗表明了其用于