谐振式检测器指条厚度对质量型声表面波传感器灵敏度的影响

研究了谐振器指条厚度对质量型声表面波传感器灵敏度的影响.利用耦合模方程推导出耦合模参量与周期栅阵禁带边界频率的关系,结合有限元及P矩阵模型,获得了声表面波传感器灵敏度随指条厚度的变化关系。制备3种不同铝指条厚度(1600?,1900?,3100?)的声表面波谐振器,通过对其表面中心区域沉积SiO_2层验证了计算结果。结果表明:采用ST-X石英基底的声表面波谐振器对SiO_2负载检测时,传感器的灵敏度随铝指条厚度的增加先变大后减小,最优归一化指条厚度为1.9%。分析表明,指条厚度对传感器灵敏度的影响主要来自于传播速度和耦合系数的共同作用,通过优化指条厚度的方法可改善传感器的灵敏度.     

用于电流传感的声表面波磁致伸缩效应

利用声表面波(SAW)磁致伸缩效应可以实现一种快速、高灵敏度的电流检测方法,但磁致伸缩薄膜内部矫顽力导致了明显的磁滞误差。磁致伸缩薄膜的栅阵化设计可以减小磁致伸缩时薄膜内部矫顽力,抑制磁滞现象,从而实现高灵敏和低迟滞误差的SAW电流检测。结合有限元和耦合模理论对沉积铁钴(FeCo)薄膜栅阵的声表面波电流传感器中的磁致伸缩效应进行分析,对传感响应进行仿真,确定优化的传感结构参数。为验证理论分析,实验研制了频率为150 MHz的声表面波电流传感器件,并结合差分振荡电路及亥姆霍兹线圈,建立传感器测试系统.实验结果表明,磁致伸缩薄膜的栅阵设计大幅降低了迟滞误差,并显著提升了传感器灵敏度。     

分子束外延生长的ZnO压电薄膜及其声表面波器件特性

用RF-MBE在蓝宝石(0001)衬底上引入MgO和低温ZnO双缓冲层生长了ZnO薄膜,并制备了声表面波器件。在ZnO薄膜中,仅观测到(0002)面的XRD,且衍射峰增强,半高宽减小,表明ZnO薄膜c轴取向性更好,晶体结构更优。室温下自由激子吸收峰更尖锐和吸收边更陡峭以及仅观测到自由激子发光,且发光线宽变窄、发光强度变大,表明ZnO薄膜缺陷密度减小,薄膜质量提高。测得该ZnO压电薄膜的电阻率高达4×10⁷ Ω·cm,其声表面波的速度高达5 010 m/s。     

由于表面粗糙引起的激光声表面波色散的实验和理论研究

表面粗糙是材料制造过程中必有的副产物, 粗糙表面会引起其中传播的声表面波的速度发生变化. 在利用激光声表面波对材料性质进行评估时, 常用宽带的激光声表面波速度频散特性对材料性质进行反演. 为了研究表面粗糙度是否能作为反演的特征参数之一, 本文建立了激光在表面粗糙样品中激发声表面波、聚偏氟乙烯换能器宽带接收声表面波的实验装置来研究不同粗糙度表面对声表面波速度的影响; 理论上建立了激光在粗糙表面中激发声表面波的计算模型, 利用有限元法得到声表面波的时域特征, 并进一步得到声表面波的速度色散曲线, 理论结果和实验结果能很好地拟合. 这为利用激光声表面波对表面粗糙的评估提供理论和实验依据. 关键词： 表面粗糙 激光声表面波 速度色散 聚偏氟乙烯传感器 有限元法     

低频液体表面波衍射条纹正负级次的不应性

基于声光衍射原理,利用光学方法对低频液体表面波的光衍射特性进行了研究,给出了非对应级数的解析表达式并进行了数值模拟,解释了非对应分布的机理.实验观察到清晰、稳定的衍射图样,且条纹间距具有明显的不对称性;随入射角度增大,正负级衍射条纹具有明显的不对应分布,即正条纹级数多于负条纹级数.研究表明:衍射条纹级数的不对应程度与入射角有关,随入射角的增大,正负级数不对应程度加剧;负级衍射条纹级数存在最大值,超过该最大值的负级衍射条纹缺失;理论分析和实验结果吻合较好.     

球形复合柱表面波声子晶体的带隙特性仿真

设计了一种由镍球与环氧树脂垫层组成的复合柱沉积在铌酸锂基体上构成的表面波声子晶体结构,采用有限元法计算了其能带结构和位移矢量场.结果表明:与具有相同晶格常数的倒圆锥形表面波声子晶体结构相比,研究结构可以在更低的频率范围打开更宽的声表面波完全带隙,且随着复合柱半径增大,镍球体与压电基体的硬边界之间形成限制腔模,相邻高阶带隙间存在能量的耦合以及振动模式的继承;此外,温度场的引入可以实现带隙的主动调控,带隙频率范围随着温度升高向低频移动;通过增加复合柱体的层数,多振子结构与行波发生多极共振耦合,可在高阶能带间打开完全带隙.本文的研究结果为微米级表面波声子晶体结构在100 MHz以下频率范围的带隙特性优化提供了理论支持.     

随时间变化的非平整壁面对液膜表面波演化特性的影响

本文对非平整壁面上的液膜表面波演化过程进行了研究. 针对非平整壁面随时间变化的特性, 采用小参数摄动法对控制方程和边界条件进行求解, 推导出波动壁面上液膜表面波的扰动方程, 采用导数展开法对其进行求解, 并选取简谐波形状的壁面进行数值研究. 对波动壁面下不同参数的影响规律研究可得, 当壁面频率较小时, 静态波与行进波的波长比较相近, 促进表面波之间的合并, 且壁面频率、壁面振幅及Re数的增加, 均会使表面波的振幅明显增大; 对比波动壁面与非平整壁面可得, 在相同位置处, 随着时间的演化, 非平整壁面上表面波呈周期变化, 而波动壁面上表面波呈波长更大的近周期变化; 壁面振幅和壁面频率的降低, 均会使两种壁面结构下的表面波振幅减小, 但所形成的表面波形有所不同, 即波动壁面引起的表面波可看作波动壁面结构与非平整壁面引起的表面波叠加而成.     

基于声表面波-气相色谱联用技术快速分析 麝香中的麝香酮*

目的:建立声表面波气相色谱仪现场快速检测麝香中主要成分麝香酮的方法。方法:取麝香样品经过超声、过滤后,使用声表面波气相色谱仪进行检测,DB-5毛细管色谱柱,初始温度45℃,10℃/s程序升温至180℃,检测器温度40℃。结果: 麝香酮在7s内出峰,最低检测限为15.8 pg,精密度RSD值为2.89%~3.24%,重复性RSD值为4.69 %,稳定性RSD值为4.4%,麝香酮溶液在0.2~3.2 μg/mL浓度范围内线性良好。测试16组麝香样品,麝香酮含量在2.08%-3.83%范围内。麝香酮含量最高的为四川圭兴林麝,含量最低的为陕西凤县林麝。三年生的林麝和马麝中麝香酮含量均大于一年生。结论: 声表面波气相色谱仪检测麝香酮具有较好的响应特性、精密度、重复性和稳定性,建立的声表面波气相色谱方法能够实现麝香中主要成分麝香酮快速、准确的定量检测。     

一种新的超声表面波测温方法研究

在材料科学和材料工程领域,对受热材料温度分布测量的需求一直在持续增长。这主要是因为对于材料的各种特性和行为,温度都是其重要参量。本文设计一种新的声表面波测量方法测量在加热或冷却过程中的材料表面的温度梯度。这种方法涉及到超声波回波测量和导热反问题的分析方法来得到材料中沿超声传播方向的一维温度场分布。为了证明方法的可行性,文章使用铝板进行了实验并得到了准确的材料表面温度场分布图像。超声测温技术将作为一种新型的热点技术,将有很大潜力被用在工业材料高温操作过程中的表面温度场成像。