柔性聲表面波溫度傳感技術研究.pdf

1、為了實現(xiàn)旋轉類或曲面類溫控點表面溫度的高精度測量與監(jiān)測，本文設計了一種基于柔性材料的無源無線聲表面波溫度傳感器，重點研究了柔性SAW溫度傳感關鍵技術。采用在聚酰亞胺柔性襯底上濺射ZnO薄膜的方法來制備傳感器的壓電基底，通過建模仿真驗證設計方案的可行性，并由仿真結果分析柔性SAW傳感器的結構及性能。
　　論文首先論述聲表面波激勵和傳播的相關理論和叉指換能器的工作原理。對比傳統(tǒng)的SAW溫度傳感器，通過研究壓電多層膜結構SAW器件的設計

2、方法以及單端口諧振器的設計理論，確定傳感器的結構參數(shù)。為了驗證柔性SAW器件設計方案的可行性，采用有限元分析軟件COMSOL建立了柔性SAW傳感器簡化模型，對模型進行特征頻率分析、模態(tài)特性分析以及電學特性分析，提取出符合聲表面波振型的對稱模態(tài)振型圖和反對稱模態(tài)振型圖，通過諧振頻率分析，計算出SAW在ZnO壓電薄膜中傳播的相速度為2440.75m/s;得到ZnO薄膜中電勢的分布，以及諧振器的聲輻射電導和聲輻射電納與諧振頻率之間的關系。分析

3、了單端口諧振器的結構參數(shù)變化對傳感器性能的影響，得出ZnO薄膜厚度為SAW波長的一半時，激勵產生的SAW能量集中在基底表面，能量損失很小;傳感器的輸出響應與IDT叉指對數(shù)呈正比，叉指對數(shù)越多，輸出的損耗越小，頻響特性越好;此外，IDT的聲孔徑越大，聲-電轉換效率越高，轉換輸出的電能越大。
　　最后，在不同溫度條件下對柔性SAW溫度傳感器的頻率響應進行仿真研究，仿真結果通過一次曲線擬合可以得出傳感器諧振頻率隨溫度升高線性增大，表現(xiàn)出