Love波传感器及其参数研究

来源 :中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:whlibb2
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作为一种声波传感器,Love波传感器以能够在液相环境下检测、质量灵敏度较高、结构稳固、工艺简单等优点得到了众多研究人员的青睐。本文以该类型传感器为研究对象,主要开展了以下几点工作:1)对Love波传感器的结构进行了理论计算。对以石英为基底,二氧化硅薄膜为波导层的分层结构进行了推导,得到了该结构中的Love波位移场、应力场和电场的表达式,绘制了以上物理场振幅沿深度方向变化的曲线。推导了分层结构中的色散关系,进而分别计算了Love波器件的机电耦合系数、频率温度系数、质量灵敏度和群速度等器件的重要参数随着波导层归一化厚度变化的相关规律。2)根据理论计算的结果可知Love波传感器的最大质量灵敏度和最大机电耦合系数无法同时获得。本文创新性地提出一种计算方法,较好地平衡了质量灵敏度和机电耦合系数这两个重要的Love波器件性能参数,使得机电耦合系数为最大值的91.759%,质量灵敏度为最大值的89.407%,分别比对应最大机电耦合系数和最大质量灵敏度时的质量灵敏度和机电耦合系数提高了19.297%和27.549%。3)综合比较了制作工艺中的各种方法之后,本文采用剥离工艺制作了石英基底上的叉指换能器,应用等离子增强化学气相沉积(PECVD)制作了器件的二氧化硅波导层,最后使用划片机对器件完成了后封装工序。4)通过使用设计的电路板,完成了Love波传感器的电学测试,对其电学性能进行了表征,测试得到器件的插入损耗为37dB,Q值约为670。在台式干燥箱中对Love波器件进行了温度灵敏度实验,得到传感器的频率温度灵敏度为14.348ppm/K,标准差为0.1861ppm/K。5)采用循环伏安法对Love波器件的质量灵敏度进行了实验测试,结果表明器件的灵敏度为100cm~2/g。对于液相环境中影响质量灵敏度的因素进行了分析,首次得到了波导层厚度、密度和电铸铜厚度对于质量灵敏度的定量分析,并进一步说明了液体加载和电铸铜表面粗糙度对于器件灵敏度的影响。
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