收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

微质量传感器及其微带传输天线的结构设计

高仁璟  
【摘要】:压电式质量传感器通过测量附着在传感器探测区表面的质量引起的结构谐振频率的变化来检测物质成分,在细菌和病毒等微生物检测、微小颗粒探测、气/液体成分和浓度测量等方面具有广泛的应用。对于微质量传感器,由于待探测物的质量变化极其微小传感器必须具有很高的灵敏度,因此需要研究传感器的谐振结构以提高传感器灵敏度的结构设计方法和新型传感器。随着无线传输技术与传感器的不断融合,使得新型微质量传感器在危化品泄露监测、环境污染及生物病毒检测等无人远程探测领域具有广泛的应用需求。由于探测环境的限制和实时探测的需求,集成无线传输功能的微质量传感器的信息探测性能除与传感器的探测灵敏度有关外,还与信息传输系统和接收灵敏度密切相关。因此,为提高信息传输质量,需要研究无线定向传输技术,研究实现定向传输的材料和结构。电磁超材料(包括左手材料,电磁带隙材料等)具有特异的波传播性质,在改进天线的定向传输性能和增益方面具有重要的应用前景。研发具有特异电磁性质的材料的构造技术以及在改进天线定向性设计中的应用技术具有重要的研究意义。在这些需求的牵引下,本文开展高灵敏度微质量传感器设计与制备技术,通过研究微质量传感器谐振梁截面形式对结构刚度与质量分布的影响,研究提高传感器灵敏度的方法,提出并制备具有高灵敏度的新结构形式的微质量传感器;为提高传感器信号的传输质量,研究可用于定向传输天线的具有左手性质或带隙性质的电磁超材料微结构的构造机理,研究定向天线的设计方法和技术以获得高质量信息传输的天线结构。本文主要研究内容和成果如下: (1)压电谐振式微质量传感器的灵敏度分析。分析了影响悬臂梁结构振动特性的因素,研究了描述传感器灵敏度的性能指标,提出几种改进传感器灵敏度的设计方法。 (2)基于槽式悬臂梁结构的微质量传感器设计与分析。提出了一种基于槽式截面悬臂梁结构的微质量传感器新构型,设计并制备了该构型传感器的样品;采用理论分析和实验测试详细分析了传感器的灵敏度,讨论了槽型截面参数、压电层厚度和延伸段长度等结构几何参数对传感器灵敏度的影响规律。结果表明该传感器具有比常规矩形截面传感器更高的灵敏度。 (3)梯形变截面悬臂梁式微质量传感器的灵敏度分析。针对具有集中质量特性的被测物测量问题,提出一种变截面悬臂梁结构的微质量传感器,建立了梯形变截面梁的振动分析模型,采用有限元方法分析了影响变截面微质量传感器灵敏度的关键因素。实验和仿真结果表明,与等截面矩形悬臂梁式传感器相比,基于变截面的悬臂梁式传感器的灵敏度获得了显著提高,甚至达到263%,并且可以通过调整梁宽度沿轴向的变化率达到不同的灵敏度,充分验证了本文所提出的通过变截面实现提高传感器灵敏度设计方法的正确性和可行性。 (4)设计并制备了基于高阶模态的微质量传感器。通过设计合适的压电层和弹性层厚度比,设计并制备了一种可以采用高阶谐振频率的偏移实现微质量检测的新型传感器。基于该方法设计了一种基于三阶谐振频率的微质量传感器,使传感器检测时很容易激励起第三阶模态,从而可实现基于第三阶频率变化的质量检测。研究了基于MEMS技术的大厚度比、真三维槽型微悬臂梁的制备工艺,并成功的制备出厚度为50微米的槽型真三维悬臂梁微质量传感器,实验并验证了所提出的设计方法和制备工艺的正确性和可行性。 (5)基于传输线模型理论的左手材料微结构的构型设计与分析。提出了一种基于传输线比拟模型的左手材料微结构设计方法。首先根据已有的具有左、右手性质的基本传输线模型,通过类比构建了具有左手性质的新的传输线模型;进而采用微结构物理模型对每个元件进行等效,构造了一种可以在一定频段产生左手性质的微结构构型及其对应的传输线比拟模型;经过对设计的模型进行的数值仿真和实验测试,验证了模型的左手性质和其电磁性能;进一步提出了双频带左手材料的实现方法,并对双频带左手材料结构进行了设计,通过仿真验证了结构双频带确实存在。 (6)特定频段磁谐振左手材料的构造与设计优化。以经典“巨”字形谐振器与Rod组合结构为基结构,建立了在给定频率附近具有最大带宽、较小损耗的左手材料设计优化问题的数学模型,并给出了设计实例。数值设计结果验证了优化模型的适用性和正确性。 (7)基于电磁超材料的微带天线设计。为了提高信息传输的质量,提高微带天线的定向性和增益是天线设计中的关键问题。本文利用所提出的特定频率磁谐振材料的设计方法设计了一种二维负磁导率材料,并布置于微带天线的周边,构造了一种含负磁导率结构的微带天线。数值仿真分析表明,负磁导率材料的加入,大大提高了天线的增益和定向性。 本论文工作得到国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2011CB610304)和国家自然科学基金项目(11172052)的资助,在此表示感谢。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 孙良彦;;几种新型半导体气体传感器件[J];功能材料;1981年01期
2 严一岩;新型CMOS图像传感器件——OV5116[J];电子世界;2000年09期
3 赵红敏;陈少华;;级联LPG的原理与应用[J];光纤与电缆及其应用技术;2006年02期
4 孙吉勇;Thierry Hernoult;Scott Irving;吴宇虎;朱照梁;;光学仿真分析在光电传感器开发过程中的应用[J];激光与光电子学进展;2009年09期
5 刘锦德,敬万钧;关于虚拟现实——核心概念与工作定义[J];计算机应用;1997年03期
6 王邦勤;徐军明;秦会斌;郑梁;;基于虚拟仪器与总线技术的远程多点环境参数监测系统研究[J];电子器件;2009年04期
7 杨志强;吴江妙;翁孟超;;双轴磁通门传感器的仿真设计与制备[J];机械制造;2008年05期
8 黄晓琴,解希顺;电声传感聚合物驻极体发展的新动态[J];电声技术;2003年06期
9 ;技术[J];微纳电子技术;2008年03期
10 文鸣岐;;关于传感器定义的一点看法[J];工业仪表与自动化装置;1982年04期
11 黄西培;;关于发展我国传感器技术的几点看法[J];中国仪器仪表;1986年04期
12 黄福森;录像放像机内结露传感器件常见故障检修方法[J];电子世界;1997年09期
13 刘阳春,彭惠民;刀具设备的监测与诊断技术动向[J];中国设备工程;1999年06期
14 陶增华;光电传感器件[J];电子技术应用;1983年11期
15 ;雅美森VQ情人103[J];数字世界;2003年12期
16 ;《中国激光》“新型光纤传感器件及网络技术”专题征稿启事[J];中国激光;2010年02期
17 ;《中国激光》“新型光纤传感器件及网络技术”专题征稿启事[J];中国激光;2010年03期
18 ;发明与专利[J];传感器世界;2008年02期
19 ;《中国激光》“新型光纤传感器件及网络技术”专题征稿启事[J];激光与光电子学进展;2010年02期
20 闫安;;不同传感器件成像质量分析[J];印刷杂志;2009年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 侯秋飞;王世超;姜世梅;;以Gellan Gum为载体的复合传感体系的研究[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(上册)[C];2009年
2 周燕;;洞穴水滴传感技术[A];全国第十一届洞穴大会学术论文集[C];2005年
3 宋博琪;赵国光;;大型摩擦桩试验在海河综合开发改造大沽桥工程中的应用[A];天津市市政(公路)工程研究院院庆五十五周年论文选集(1950~2005)上册[C];2005年
4 林鸿溢;;纳米硅薄膜在场发射传感器件中纳米态结构潜力分析[A];第一届全国纳米技术与应用学术会议论文集[C];2000年
5 周兆英;王晓浩;熊沈蜀;朱荣;魏强;宋宇宁;王劲东;刘成;王立代;;MEMS传感技术和自主控制技术[A];2004中国空中机器人大赛论文汇编[C];2004年
6 吴荣;杜丕一;翁文剑;韩高荣;;低温烧结Ba_(0.80)Sr_(0.20)TiO_3/Pb_(0.82)La_(0.12)TiO_3复合厚膜的介电性能研究[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
7 李晓凡;陈岳瑞;孔宇菲;任久春;缪健;陈良尧;;新型三维高密度光存储方法的研究[A];上海市激光学会2005年学术年会论文集[C];2005年
8 徐福泽;段中华;蒋本和;;基于DSP技术的红外光学成像质量检测系统[A];第十一届全国红外加热暨红外医学发展研讨会论文及论文摘要集[C];2007年
9 叶邦策;张闽;尹斌成;刘玉强;;生物分子与纳米粒子界面性质研究及功能传感器件设计[A];中国化学会第28届学术年会第9分会场摘要集[C];2012年
10 张在宣;李晨霞;余向东;张文生;金尚忠;张淑琴;董新永;赵春柳;孙忠周;王剑锋;龚华平;刘红林;李裔;;基于光纤非线性效应融合原理的全分布式光纤传感技术研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴春生;仿生嗅觉细胞及受体传感器的研究[D];浙江大学;2009年
2 王先锋;静电纺纤维膜的结构调控及其在甲醛传感器中的应用研究[D];东华大学;2012年
3 苗圃;Love波传感器及其参数研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
4 张海娟;基于离子液体与纳米多孔材料的VOCs传感器及阵列技术[D];浙江大学;2013年
5 雷永明;碳化硅薄膜材料及其在高温传感器件中的应用[D];中国科学院上海冶金研究所;2000年
6 于勤勤;SnO_2基多孔纳米固体CO传感器的研究[D];山东大学;2011年
7 殷燕子;耐温光纤布拉格光栅传感器涂层的研究[D];武汉理工大学;2012年
8 张增福;基于微型表面等离子体共振系统的牛奶中抗生素残留检测研究[D];天津大学;2010年
9 周新磊;高精度光纤传感系统及其在油田测井中的应用[D];大连理工大学;2012年
10 高仁璟;微质量传感器及其微带传输天线的结构设计[D];大连理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王常亮;桥梁结构健康监测传感器比选及优化配置研究[D];武汉理工大学;2010年
2 杨世琦;用于汽车尾气监控的稳定氧化锆基混成电位型NOx传感器的研究[D];吉林大学;2012年
3 濮建龙;印制式的天线及无线传感器件的研究[D];上海师范大学;2013年
4 古铖;新型压力传感器件及基于薄膜晶体管集成的研究[D];上海交通大学;2013年
5 魏冠男;倾斜光纤光栅及其表面等离子共振传感器的机理与实验研究[D];山东大学;2012年
6 熊文超;桥梁结构监测系统挠度传感器自适应修正方法研究[D];重庆理工大学;2013年
7 张少华;表面等离子体波传感器数值仿真及其检测应用研究[D];南京航空航天大学;2012年
8 李寿洛;三维电容式微加速度传感器的设计与相关特性研究[D];杭州电子科技大学;2011年
9 杜剑宇;货车超偏载检测系统关键技术的研究[D];中南大学;2012年
10 刘素娟;微梁器件动力学特性研究[D];上海交通大学;2013年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 刘晓;新传感器,用科技“感知”未来[N];江阴日报;2010年
2 江苏 顾荣业;能探测“微动”状况的新型传感器WT-1及其应用[N];电子报;2007年
3 林宗辉;手机照相传感器技术概观[N];电子资讯时报;2007年
4 王蔚;我国无线传感技术研制获重大进展[N];中国质量报;2006年
5 电子科技大学教育部传感器技术重点实验室 杨邦朝 将亚东;传感器应用“感知世博”[N];中国电子报;2010年
6 编译 牛五;英特尔——光速计算先锋[N];中国电脑教育报;2005年
7 记者张明;全方位安全监控不是梦[N];中国煤炭报;2010年
8 ;追寻电子白板背后的“故事”[N];中国电脑教育报;2007年
9 硅谷客 摘译;利用可见光监视的门卫[N];电子报;2008年
10 罗静 龚俊 程守勤;查肿瘤只要20分钟[N];健康报;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978