串联式压电传感器的性能研究

发布时间：2017-03-30 15:03

  本文关键词：串联式压电传感器的性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：串联式压电传感器具有压电传感器频带宽、灵敏度高、结构简单、信噪比高、价格便宜、可以实时在线检测等优点,在分析测试中得到广泛应用。但现有串联式压电传感器对电导的响应有一缺陷,即只有在低电导率(接近0.01S/m)的条件下,响应灵敏度才高,随着电导率的增加,其灵敏度变差(大于0.1S/m时,频移基本没变化),这一弊端限制了串联式压电传感器在高电导率条件下(如血培养中)的发展与应用。因此探索影响压电传感器响应性能的因素,提高串联式压电传感器在高电导率条件下的灵敏度,具有十分重要的意义。电极形状的的变化以及电极表面的变化会对电极间的电参数产生影响,从而影响串联式压电传感器的性能。本文研究了电导电极形状以及叉指金电极表面的改变对串联式压电传感器的影响,以期能够扩大串联式压电传感器的灵敏区间范围,为串联式压电传感器的进一步应用提供理论依据。论文主要的研究工作如下：1研究了串联有不同形状电导电极的串联式压电传感器的谐振频率ΔFS-电导率(以氯化钾溶液浓度表示)响应曲线,得出了电导电极形状的变化与串联式压电传感器响应灵敏区间范围之间的联系。利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件,仿真模拟计算了不同形状的电导电极间的静电场分布。利用提出的等效电路模型推导了电场强度与谐振频率间的关系,从而成功的说明了因电极形状的变化引起的电极间电场强度的改变是导致压电传感器响应灵敏区间范围移动的原因。2研究了在叉指金电极表面修饰具有生物相容性的纳米材料(纳米金、碳纳米管、石墨烯)后对压电传感器谐振频率ΔFS-电导率(以氯化钾溶液浓度表示)响应曲线的影响。利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真模拟软件,模拟计算了叉指金电极表面修饰纳米材料后电场强度的变化。利用提出的等效电路模型推导了叉指电极修饰纳米材料后对压电传感器灵敏区间范围的影响。3研究了在叉指金电极表面修饰导电高分子材料后对压电传感器谐振频率ΔFS-电导率(以氯化钾溶液浓度表示)响应曲线的影响。利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真模拟软件,模拟计算了叉指金电极表面修饰导电高分子材料后电场强度的变化。利用提出的等效电路模型推导了叉指电极修饰导电高分子材料后对压电传感器灵敏区间范围的影响。
【关键词】：串联式压电传感器 电场强度 多物理场仿真软件 响应性能 纳米材料 导电高分子
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.1;TP212
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 传感器概述10-12
• 1.2 压电传感器12-18
• 1.2.1 压电传感器的发展12-13
• 1.2.2 质量型响应传感器-石英晶体微天平13-15
• 1.2.3 串联式压电传感器15-17
• 1.2.3.1 串联式压电传感器响应原理15-17
• 1.2.4 串联式压电传感器的应用17-18
• 1.3 多物理场仿真软件18
• 1.4 论文研究背景与构思18-20
• 第2章 电导电极形状对串联式压电传感器的性能研究和多物理场仿真20-36
• 2.1 引言20-21
• 2.2 实验部分21-23
• 2.2.1 实验试剂与仪器21
• 2.2.2 谐振频移ΔF_S-电导率响应曲线的测量21-22
• 2.2.3 不同形状电极对电极间电场分布的仿真模拟22-23
• 2.3 结果与讨论23-35
• 2.3.1 电导电极形状对压电传感器性能的研究23-25
• 2.3.1.1 电极长度对ΔF_S-电导率响应曲线灵敏区间的影响23-24
• 2.3.1.2 电极直径对ΔF_S-电导率响应曲线灵敏区间的影响24
• 2.3.1.3 电极间距对ΔF_S-电导率响应曲线灵敏区间的影响24-25
• 2.3.2 电导电极尺寸变化对电导响应灵敏范围影响的电场仿真计算25-32
• 2.3.2.1 圆盘电极间距离变化对电极间强度影响的电场仿真模拟25-27
• 2.3.2.2 圆盘电极直径变化对电极间场强度影响的电场仿真模拟27-30
• 2.3.2.3 圆柱电极长度变化对电极间场强度影响的电场仿真模拟30-32
• 2.3.3 电极形状对ΔF_S-电导率响应理论探讨32-35
• 2.4 小结35-36
• 第3章 纳米材料修饰叉指电极对压电传感器响应性能研究和多物理场仿真36-47
• 3.1 前言36-37
• 3.2 实验部分37-39
• 3.2.1 实验试剂与仪器37-38
• 3.2.2 叉指金电极的前处理38
• 3.2.3 叉指金电极修饰纳米材料38-39
• 3.2.3.1 溶液的配制38
• 3.2.3.2 碳纳米管、纳米金、巯基石墨烯修饰叉指金电极38-39
• 3.3 结果与讨论39-46
• 3.3.1. 叉指金电极修饰纳米材料的阻抗表征39-41
• 3.3.2 叉指金电极修饰纳米材料对ΔF_S-电导率响应性能研究41-42
• 3.3.3 叉指金电极修饰纳米材料对电极间场强影响的电场仿真模拟42-45
• 3.3.4 叉指金电极修饰纳米材料对ΔF_S-电导率响应理论探讨45-46
• 3.4 小结46-47
• 第4章 高分子材料修饰叉指电极对压电传感器响应性能研究和多物理场仿真47-54
• 4.1 前言47
• 4.2 实验部分47-48
• 4.2.1 实验试剂与仪器47-48
• 4.2.2 叉指金电极修饰导电高分子膜48
• 4.3 结果与讨论48-53
• 4.3.1. 导电高分子膜修饰叉指金电极阻抗表征48-49
• 4.3.2 导电高分子膜修饰叉指金电极对ΔF_S-电导率响应性能研究49-50
• 4.3.3 导电高分子膜修饰叉指金电极对电极间场强影响的仿真模拟50-51
• 4.3.4 导电高分子膜修饰叉指金电极对ΔF_S-电导率响应理论探讨51-53
• 4.4 小结53-54
• 结论54-55
• 参考文献55-62
• 致谢62

  本文关键词：串联式压电传感器的性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：277389