电化学振动传感器的静态动态噪声模型研究

发布时间：2018-06-23 13:02

本文选题：电化学振动传感器 + 噪声特性　；参考：《吉林大学》2016年硕士论文

【摘要】：加速度传感器作为一种非常重要的传感器,广泛应用于地震监测、物探等众多领域当中。对于目前国际市场上主流的加速度传感器而言,配备固体质量块的加速度传感器在所有种类的加速度传感器中占据着非常大的比例。但是对于低频和超低频加速度信号的测量应用当中,带有固体质量块的加速度传感器具有结构复杂、抗干扰性低以及造价昂贵等缺点。与配备固体质量块的加速度传感器相比,一种以电解液作为液体质量块的电化学振动传感器(Electrochemical Seismic Sensor)在低频信号的测量过程中有着非常大的优势。本文将主要对电化学振动传感器的噪声特性进行研究,按照传感器各类噪声的产生机理将电化学振动传感器的噪声分为静态噪声和动态噪声这两种类别。为了能够更好地抑制各类噪声并提高电化学振动传感器输出信号的信噪比,有必要对各类噪声及其对传感器的影响因素进行进一步地研究。因此,本文的核心内容如下所示:(1)本文所需研究的电化学振动传感器有着较为复杂的电化学过程,所以在对传感器噪声特性进行探究的过程中,需要将电化学振动传感器的输出信号和噪声信号进行解耦。为此,本文建立了等效电路模型对电化学振动传感器中的一系列复杂过程进行抽象。本文在提出电化学振动传感器低频信号等效电路模型的同时,也会通过三维多物理场的数字仿真对模型中的各个参数进行确定,由此可以将电化学振动传感器中的电化学参数、各部分结构的设计参数与等效电路模型中的各部分参数进行对应,从而更好地完成电化学振动传感器向等效电路的抽象处理。(2)对电化学振动传感器腔体内的静态噪声进行了分析。通过构建传感器静态噪声模型能够将流体动态模型和电解液自然对流噪声模型进行结合,由此来对电化学振动传感器敏感芯片内的单通道模型进行研究。通过观察单个微通道内电解液的流速分布情况可以发现,由自然对流现象引发的传感器静态噪声和传感器敏感芯片的几何尺寸设计非常相关。对于不同的几何尺寸设计方案,都会对传感器中的自然对流现象有着一定程度上的影响。通过实验以及相应的对比分析,本文发现圆形敏感芯片微通道截面设计要比矩形敏感芯片微通道截面设计具有更低的对流噪声,该结果能够为静态噪声的抑制提供有效的方法。(3)本文不仅要对传感器处于静态时产生的噪声进行研究,还要对传感器处于运动状态时产生的动态噪声进行研究。本文主要从反应腔电解液在运动状态下不断冲击敏感芯片最外侧绝缘层产生的入口/出口效应入手,通过对电解液的湍流-层流混叠现象的建模,将这一现象导致的动态噪声进行深入研究。通过不断地实验,本文提出了对该类噪声的有效抑制方法。最后,本文研究了电化学振动传感器两侧的弹性膜结构在运动过程中对整个传感器动态特性的影响,从而指导整个传感器在制备过程中能够更好地对动态噪声进行有效抑制。
[Abstract]:This paper studies the noise characteristics of the electrochemical vibration sensor . In order to better restrain the noise and improve the signal - to - noise ratio of the output signal of the electrochemical vibration sensor , it is necessary to study the noise characteristics of the electrochemical vibration sensor .
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212

【参考文献】