基于声表面波谐振器的多参数集成传感技术研究

发布时间：2021-07-12 09:42

　　在医疗健康、航空航天、农业生产和能源产业等领域,对温度、湿度、振动和压力等参数的实时监测具有重要意义。声表面波（SAW）传感器利用机械波-电磁波的相互转化实现无线传输、无源测量的特性,使其成为实现多种环境参数同时监测的理想选择。尽管目前已有相关报道了声表面波集成传感器,但这些文献多采用延迟线型声表面波传感器,通过反射栅的设置进行编码和提取信息。谐振型声表面波传感器采用反射栅构成声学谐振腔,声表面波在谐振腔内传播时损耗更小,因此无线读取距离也更远。据此,本文提出了谐振型声表面波多参数集成传感器。本文针对多种环境参量的实时测量需求,提出了声表面波多参数集成传感器的设计方法。针对温度、湿度和压力的测试需求,通过仿真和理论分析完成了传感器的设计,制备了谐振型声表面波温-湿-压（T,H,P）集成传感器并对其进行了测试和分析。针对高温测试需求,对利用LGS作为基底材料的声表面波传感器进行了仿真,建立了密封空腔、悬臂梁和加速度计的有限元模型并进行了分析优化;研究了LGS湿法刻蚀和热压键合工艺,相关成果为下一步实验研究铺垫了基础。本文的研究工作为:1、提出了谐振型声表面波温-湿-压集成传感器的设计方法... 

【文章来源】：中北大学山西省

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 课题研究的目的及意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 声表面波温度传感器研究现状
        1.3.2 声表面波湿度传感器研究现状
        1.3.3 声表面波压力传感器研究现状
        1.3.4 声表面波集成传感器研究现状
    1.4 论文主要研究内容
    1.5 论文创新点
2 谐振型声表面波多参数集成传感器相关理论
    2.1 概述
    2.2 声表面波求解理论
    2.3 谐振型声表面波温-湿-压集成传感器原理
        2.3.1 谐振型声表面波集成传感器
        2.3.2 谐振型声表面波温度传感器
        2.3.3 谐振型声表面波湿度传感器
        2.3.4 谐振型声表面波压力传感器
    2.4 声表面波传感器类型
        2.4.1 谐振型声表面波传感器
        2.4.2 延迟线型声表面波传感器
    2.5 本章小结
3 谐振型声表面波温-湿-压集成传感器的设计和制备
    3.1 概述
    3.2 谐振型声表面波温-湿-压集成传感器仿真设计
        3.2.1 各传感单元谐振频率和带宽分布
        3.2.2 温度传感单元的频移
        3.2.3 湿度传感单元的频移
        3.2.4 压力传感单元的力学分析和频移
    3.3 谐振型声表面波温-湿-压集成传感器的制造工艺
        3.3.1 LiNbO_3基片的预处理
        3.3.2 匀胶和光刻
        3.3.3 金属电极的制备
        3.3.4 GO敏感薄膜的制备
    3.4 本章小结
4 声表面波温-湿-压集成传感器的测试与分析
    4.1 概述
    4.2 声表面波温-湿-压集成传感器的湿度测试及分析
    4.3 声表面波温-湿-压集成传感器的压力测试及分析
    4.4 声表面波温-湿-压集成传感器的温度测试及分析
    4.5 声表面波温-湿-压集成传感器的温度补偿
    4.6 湿度的稳定性和重复性测试结果
    4.7 本章小结
5 硅酸镓镧基声表面波传感器的仿真优化和工艺研究
    5.1 概述
    5.2 硅酸镓镧基声表面波传感器的仿真优化
        5.2.1 硅酸镓镧密封空腔的仿真优化
        5.2.2 硅酸镓镧悬臂梁的仿真优化
        5.2.3 硅酸镓镧三轴加速度计的设计仿真
    5.3 硅酸镓镧的加工工艺研究
        5.3.1 硅酸镓镧晶片的湿法刻蚀
        5.3.2 硅酸镓镧晶片的热压键合
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 工作展望
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于COMSOL的声表面波器件三维结构仿真[J]. 张永威,郭涛,谭秋林,张利威.  压电与声光. 2019(04)
[2]面向“中国制造2025”的高职技能人才培养质量提升路径探析[J]. 汪翀.  无线互联科技. 2019(07)
[3]1200℃高温环境下部件受热前表面应变的光学测量[J]. 吴大方,王怀涛,朱芳卉.  应用数学和力学. 2018(06)
[4]MEMS高温温度传感器的研制与测量精度研究[J]. 邵靖,段力,王强,郑芳芳,谢开成,王云生,陶闻钟,高均超,胡铭楷,张丛春,汪红,丁桂甫.  传感技术学报. 2017(09)
[5]“中国制造2025”背景下高职人才培养研究[J]. 段向军,舒平生.  继续教育研究. 2017(06)
[6]一种采用穴番-A敏感膜的新型声表面波瓦斯传感器的研究[J]. 胡浩亮,王文,何世堂,潘勇,张彩红,董川.  传感技术学报. 2016(02)
[7]基于声表面波技术的高压开关柜温度监测系统[J]. 胡建学,赵俊,何利松,贝伟斌,林毅.  压电与声光. 2014(02)
[8]高超声速飞行器热防护结构参数优化及对比分析[J]. 叶红,王志瑾.  航天器环境工程. 2013(05)
[9]新型航空发动机测试传感器的发展趋势[J]. 康占祥,黄漫国,戴嫣青,李宇飞,王燕山.  测控技术. 2012(12)
[10]不同氧化程度氧化石墨烯的制备及湿敏性能研究[J]. 万臣,彭同江,孙红娟,黄桥.  无机化学学报. 2012(05)

博士论文
[1]新型声波谐振器及其传感应用研究[D]. 何兴理.浙江大学 2015

硕士论文
[1]基于铌酸锂的无线无源温度/压力集成声表面波传感器研究[D]. 张利威.中北大学 2019



本文编号：3279673