基于MEMS悬臂梁的光学声压传感器

发布时间：2021-04-17 20:17

　　在声学系统的应用或开发过程中,声压的测量、声波波形的还原、声波频率的确定都具有重要的意义。目前,市面上的声压传感器大多是基于悬浮膜的电容式传感器。该类型传感器的问题在于,一方面,悬浮膜对声压的传感灵敏度较低;另一方面,电学传感器抗电磁干扰能力差、灵敏度有限。针对上述问题,本文对基于MEMS悬臂梁的光学声压传感器进行了研究。本文用一维谐振子模型分析了悬臂梁的动力学过程,给出一阶谐振频率的表达式,推导出频率响应函数,设计了悬臂梁的尺寸参数。随后,本文采用COMSOL软件仿真悬臂梁的谐振频率、谐振模态以及静压作用下的形变。基于上述理论,本文设计了悬臂梁F-P腔声压传感器。首先,分析了F-P腔测量悬臂梁形变的原理,制作了悬臂梁器件并用该器件搭建了F-P腔传感器,获得了12dB的条纹对比度。随后,本文对传感器进行了声压测试,在一阶本征频率下,传感器的灵敏度为3.404 V/Pa,最小可探测声压为1.6mPa/Hz。此外,本文还进行了振动测试,在一阶本征频率下,传感器的灵敏度为8.08V/g,,是参考加速度计的156倍。在测试过程中,F-P腔传感器出现了工作点飘动的问题,进而造成输出结果的不稳定。... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

MEMS结构示意图

在生物化领域的应用也得到了广泛的研究。1999 年，瑞士巴使用表面镀膜的悬臂梁阵列来测量水蒸气、氢气、天然香料间利用悬臂梁所产生的形变与化学物质的浓度成正相关这一特量悬臂梁的形变，成功实现了电子“鼻子”的制作如图 1-2tz 等人在 Science 上报道了一篇利用悬臂梁阵列检测核苷酸杂 所示，实验所用的悬臂梁长、宽、厚分别为 500 m、100 50 。图 1-4 是悬臂梁阵列测量 DNA 杂交的原理图。起始悬核苷酸（分别为红色和蓝色）的悬臂梁高度相同（如图 A 所酸（绿色，可与红色寡核苷酸杂交）时，其中一个悬臂梁（原致两个悬臂梁出现高度差（如图 B 所示）。而当注入另一种匹与蓝色寡核苷酸杂交）时，另一悬臂梁（原蓝色）也将发生形高度差消失（如图 C 所示）。通过测量两个悬臂梁的高度差即况。

用于DNA杂交检测的悬臂梁阵列SEM图

【参考文献】：
期刊论文
[1]变压器油中溶解气体光声光谱检测技术研究[J]. 毛知新,文劲宇.  电工技术学报. 2015(07)
[2]低频声波油井液面检测方法研究[J]. 刘迎新,杨亦春,韩宝坤,肖颖,郭泉.  应用声学. 2015(01)
[3]基于物联网的环境噪声监测系统研究[J]. 刘向举,李敬兆,刘丽娜.  传感器与微系统. 2014(09)
[4]输气管道泄漏音波传播特性及监测定位[J]. 孟令雅,李玉星,宋立群,赵方生,付俊涛.  天然气工业. 2010(11)
[5]输气管道声波泄漏监测试验装置的设计与构建[J]. 李玉星,唐建峰,王武昌,彭红伟,赵方生.  实验技术与管理. 2010(08)
[6]PZT厚膜及高频超声换能器的研究[J]. 温建强,刘美丽.  应用声学. 2010(01)
[7]基于PVDF压电薄膜的脉搏测量系统研究[J]. 舒方法,石俊.  压电与声光. 2008(01)
[8]国外医疗超声换能器的应用、研究和发展[J]. 袁建人.  中国医疗器械信息. 2004(05)
[9]幽灵的外衣 潜艇隐身技术的发展[J]. 焦方金.  舰载武器. 2003(01)
[10]次声波在油田开发中的应用[J]. 邵长金.  物理. 1997(10)

博士论文
[1]螺旋桨空泡性能及低噪声螺旋桨设计研究[D]. 胡健.哈尔滨工程大学 2006

硕士论文
[1]基于PZT厚膜的MEMS超声换能器[D]. 张晋弘.中国科学技术大学 2009



本文编号：3144077