多电极集成式石英力敏谐振器集群敏感机理研究
发布时间：2021-10-23 10:51
石英谐振器在力作用下具有显著的力敏效应,可以作为传感器的敏感元件,应用于现代数字式测控领域。但由于温度变化等因素引起的频率漂移,以及石英晶体谐振器力灵敏度偏低,使这类谐振器在力（或应力）检测控制领域的应用受到限制。为了进一步提高石英谐振器的力频敏感特性、拓宽石英谐振器的应用领域,本文打破传统石英晶片上单对电极构成的谐振器的设计方法,提出并设计了一种新型的多电极集成式石英力敏谐振器集群。根据压电晶体理论及石英各向异性特点,在研究石英压电特性、振动特性、弹性波传播特性、电极质量效应、晶片内的应力分布等与谐振器谐振频率关系的基础上,对同一石英基片上的谐振器集群的力频敏感机理、频率稳定性、温度频率特性以及应用探索等方面进行了研究,对后期的应用开发奠定了基础。首先,根据晶体振动的能陷理论,推导了石英晶体厚度剪切振动能量的近似分布方程,得到了能量分布曲线,为同一圆形晶片上设计多个独立谐振器集群并消除相邻谐振器的谐振频率互锁效应提供了设计依据;其次,通过有限元分析（FEA）方法构建了石英晶体谐振器集群的三维有限元分析模型,对石英晶体谐振器集群的能陷效应和寄生振动干扰进行直观的分析,以此指导谐振器集群...
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１所示的三维直角坐标系中，ｘ轴称为石英晶体的电轴，因为在沿??
?（ｂ）人造石英??图Ｍ石英晶体外形??在图１－１所示的三维直角坐标系中，ｘ轴称为石英晶体的电轴，因为在沿??ｘ轴方向施加作用力时，在ｘ面上产生显著的压电效应。ｙ轴称为机械轴，沿??ｙ方向施加作用力时，只产生形变，不产生压电效应。ｚ轴称为石英晶体的光??轴，光线沿ｚ轴通过晶体时不产生双折射现象，沿ｚ轴施加作用力时也不产生??压电效应。石英晶体的压电效应具有方向性，因此需要选取一定的切割方向制??造石英谐振器，通常把这些特殊的方向称为不同的切型。常用的的切型有ＡＴ、??ＳＣ和ＳＴ等。如图１－２所示，在ｘｚ平面绕ｘ轴旋转角度０后的平面内切割称为??一次旋转切型，即旋转Ｙ切（如ＡＴ切ｅ＝?３５．２５°）；在一次旋转后的平面又绕ｆ??旋转角度ｃｐ所到达的平面内切割称为二次旋转切型（如ＳＣ切ｅ＝３３．８８°
?（ｂ）人造石英??图Ｍ石英晶体外形??在图１－１所示的三维直角坐标系中，ｘ轴称为石英晶体的电轴，因为在沿??ｘ轴方向施加作用力时，在ｘ面上产生显著的压电效应。ｙ轴称为机械轴，沿??ｙ方向施加作用力时，只产生形变，不产生压电效应。ｚ轴称为石英晶体的光??轴，光线沿ｚ轴通过晶体时不产生双折射现象，沿ｚ轴施加作用力时也不产生??压电效应。石英晶体的压电效应具有方向性，因此需要选取一定的切割方向制??造石英谐振器，通常把这些特殊的方向称为不同的切型。常用的的切型有ＡＴ、??ＳＣ和ＳＴ等。如图１－２所示，在ｘｚ平面绕ｘ轴旋转角度０后的平面内切割称为??一次旋转切型，即旋转Ｙ切（如ＡＴ切ｅ＝?３５．２５°）；在一次旋转后的平面又绕ｆ??旋转角度ｃｐ所到达的平面内切割称为二次旋转切型（如ＳＣ切ｅ＝３３．８８°
【参考文献】：
期刊论文
[1]圆盘式石英谐振器集群力频传感特性分析[J]. 陈福彬,田文杰,高锦春,葛毅. 中国惯性技术学报. 2018(04)
[2]石英挠性加速度计温度补偿算法[J]. 陈福彬,张科备. 中国惯性技术学报. 2016(01)
[3]Analysis of thickness-shear and thickness-twist modes of AT-cut quartz acoustic wave resonator and filter[J]. Zinan ZHAO,Zhenghua QIAN,Bin WANG,Jiashi YANG. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2015(12)
[4]基于FPGA的高精度硅微谐振加速度计数据采集与参数补偿系统设计与实现[J]. 王岩,张玲,邢朝洋,曾青林. 中国惯性技术学报. 2015(03)
[5]石英振梁加速度计谐振器的结构设计[J]. 冯丽爽,王文璞,周震,杨功流. 中国惯性技术学报. 2013(01)
[6]新颖等精度数字频率计设计[J]. 戈亮,杨柳涛. 上海船舶运输科学研究所学报. 2009(01)
[7]硅微谐振式加速度计数据采集系统设计[J]. 朱欣华,姜智能,裘安萍,苏岩,施芹. 中国惯性技术学报. 2009(01)
[8]同基共模抑制石英晶体谐振器研究[J]. 田文杰,李跃宏,霍静,田双,田强. 仪器仪表学报. 2008(08)
[9]石英晶振加力方位角的ANSYS分析与实验检验[J]. 宁永怀,田文杰. 压电与声光. 2007(05)
[10]压电石英加速度传感器稳定性研究[J]. 刘玲玲,田文杰,张福学. 压电与声光. 2007(01)
博士论文
[1]石英晶体谐振器的振动模态分析及环境电磁场影响研究[D]. 李辉.西南交通大学 2013
本文编号：3453055
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１所示的三维直角坐标系中，ｘ轴称为石英晶体的电轴，因为在沿??
?（ｂ）人造石英??图Ｍ石英晶体外形??在图１－１所示的三维直角坐标系中，ｘ轴称为石英晶体的电轴，因为在沿??ｘ轴方向施加作用力时，在ｘ面上产生显著的压电效应。ｙ轴称为机械轴，沿??ｙ方向施加作用力时，只产生形变，不产生压电效应。ｚ轴称为石英晶体的光??轴，光线沿ｚ轴通过晶体时不产生双折射现象，沿ｚ轴施加作用力时也不产生??压电效应。石英晶体的压电效应具有方向性，因此需要选取一定的切割方向制??造石英谐振器，通常把这些特殊的方向称为不同的切型。常用的的切型有ＡＴ、??ＳＣ和ＳＴ等。如图１－２所示，在ｘｚ平面绕ｘ轴旋转角度０后的平面内切割称为??一次旋转切型，即旋转Ｙ切（如ＡＴ切ｅ＝?３５．２５°）；在一次旋转后的平面又绕ｆ??旋转角度ｃｐ所到达的平面内切割称为二次旋转切型（如ＳＣ切ｅ＝３３．８８°
?（ｂ）人造石英??图Ｍ石英晶体外形??在图１－１所示的三维直角坐标系中，ｘ轴称为石英晶体的电轴，因为在沿??ｘ轴方向施加作用力时，在ｘ面上产生显著的压电效应。ｙ轴称为机械轴，沿??ｙ方向施加作用力时，只产生形变，不产生压电效应。ｚ轴称为石英晶体的光??轴，光线沿ｚ轴通过晶体时不产生双折射现象，沿ｚ轴施加作用力时也不产生??压电效应。石英晶体的压电效应具有方向性，因此需要选取一定的切割方向制??造石英谐振器，通常把这些特殊的方向称为不同的切型。常用的的切型有ＡＴ、??ＳＣ和ＳＴ等。如图１－２所示，在ｘｚ平面绕ｘ轴旋转角度０后的平面内切割称为??一次旋转切型，即旋转Ｙ切（如ＡＴ切ｅ＝?３５．２５°）；在一次旋转后的平面又绕ｆ??旋转角度ｃｐ所到达的平面内切割称为二次旋转切型（如ＳＣ切ｅ＝３３．８８°
【参考文献】：
期刊论文
[1]圆盘式石英谐振器集群力频传感特性分析[J]. 陈福彬,田文杰,高锦春,葛毅. 中国惯性技术学报. 2018(04)
[2]石英挠性加速度计温度补偿算法[J]. 陈福彬,张科备. 中国惯性技术学报. 2016(01)
[3]Analysis of thickness-shear and thickness-twist modes of AT-cut quartz acoustic wave resonator and filter[J]. Zinan ZHAO,Zhenghua QIAN,Bin WANG,Jiashi YANG. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2015(12)
[4]基于FPGA的高精度硅微谐振加速度计数据采集与参数补偿系统设计与实现[J]. 王岩,张玲,邢朝洋,曾青林. 中国惯性技术学报. 2015(03)
[5]石英振梁加速度计谐振器的结构设计[J]. 冯丽爽,王文璞,周震,杨功流. 中国惯性技术学报. 2013(01)
[6]新颖等精度数字频率计设计[J]. 戈亮,杨柳涛. 上海船舶运输科学研究所学报. 2009(01)
[7]硅微谐振式加速度计数据采集系统设计[J]. 朱欣华,姜智能,裘安萍,苏岩,施芹. 中国惯性技术学报. 2009(01)
[8]同基共模抑制石英晶体谐振器研究[J]. 田文杰,李跃宏,霍静,田双,田强. 仪器仪表学报. 2008(08)
[9]石英晶振加力方位角的ANSYS分析与实验检验[J]. 宁永怀,田文杰. 压电与声光. 2007(05)
[10]压电石英加速度传感器稳定性研究[J]. 刘玲玲,田文杰,张福学. 压电与声光. 2007(01)
博士论文
[1]石英晶体谐振器的振动模态分析及环境电磁场影响研究[D]. 李辉.西南交通大学 2013
本文编号：3453055
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3453055.html
