Rayleigh波与Love波双模式声波产生器件的建模及特性研究

发布时间：2020-05-30 22:08

【摘要】：Rayleigh波是一种沿着压电基底表面传播的声波,其能量主要集中在压电晶体表面附近一个波长范围之内,并且Rayleigh波的质点运动轨迹为一个椭圆,所以Rayleigh波器件在微流控制器件和气体传感器等领域有着广泛的研究及应用。Love波是一种在压电基底表面上的波导层中传播的剪切横波,由于Love波的能量主要集中在波导层中,所以对表面干扰非常灵敏。因此,Love波器件在生物传感器、电子器件及分析芯片等领域得到了广泛研究和应用。针对目前改变Rayleigh波器件中波的传播方向和强度较为复杂的问题,设计了一种多叉指换能器Rayleigh波产生器件结构和三维建模方案。在多叉指换能器Rayleigh波产生器件的三维建模中,选取压电基底材料为128°YX-LiNbO_3,叉指换能器为Al电极,分别对叉指换能器数目为4、6、8的多叉指换能器Rayleigh波产生器件进行三维模型实验,验证了该器件的可行性。实验结果表明,多叉指换能器Rayleigh波产生器件可以在不同角度激发Rayleigh波,该器件中的声波只有X和Y方向的质点位移分量,且质点的最大位移主要集中在器件表面的中心位置。此外,器件的模态频率和质点最大位移随着叉指换能器数目的增加而增大,因此,产生的Rayleigh波强度和器件的混合性能也会增强。针对Rayleigh波和Love波两种声波不能在同一声波器件中产生的不足,设计了一种Rayleigh波与Love波双模式声波产生器件结构和三维建模方案。在双模式声波产生器件的三维建模中,通过一个压电基底材料为128°YX-LiNbO_3,波导层材料为ZnO,叉指换能器材料为Al电极的双模式声波产生器件三维模型实验,验证了该双模式声波产生器件的可行性。实验结果表明,在49MHz～60MHz的频率范围内,该双模式声波产生器件有一个Rayleigh波模态解和一个Love波模态解,其频率分别为49.5MHz和49.7MHz。在49.5MHz频率处的Rayleigh波只存在Y方向和Z方向质点位移分量的周期性变化,而X方向的质点位移分量为0,并且Y方向位移分量与Z方向位移分量相位相差90°。在49.7MHz处的Love波只存在Y方向质点位移分量的周期性变化,X和Z方向的质点位移分量都为0,此时X方向为Love波的纯模方向。
【图文】：

Rayleigh波器件三维模型图

Rayleigh波与Love波双模式声波产生器件的建模及特性研究

Rayleigh波器件模型网格划分图
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN65

【参考文献】