乐甫波器件的幅频特性研究

乐甫波器件的设计制作过程中,幅频特性是其关键性能指标.本文基于部分波理论和表面有效介电常数方法建立乐甫波谐振频率的理论分析模型,计算乐甫波的传播速度、谐振频率及机电耦合系数;在此基础上通过在梅森等效电路中加入波导元件,得到乐甫波器件的等效电路模型,仿真出器件的幅频特性曲线;通过实际器件测试结果与数值仿真对比,验证了理论模型的有效性.仿真分析薄膜厚度变化对乐甫波器件幅频特性的影响,指导器件的设计制作和测试系统的搭建.     

用于液体介电常数检测的乐甫波器件测试系统

与声表面波器件和兰姆波器件相比,乐甫波器件用于液体检测时有其独特的优势.从液体的波动特性入手,建立了“压电基片-非压电薄膜-液体”3层结构的乐甫波理论模型;基于上述模型,以钽酸锂作为压电基片材料,SU-8光刻胶作为薄膜材料,实际制作了乐甫波器件;基于相位差测量方法和幅频特性测量方法搭建了测试电路,并针对不同比例的纯水和酒精混合溶液进行了测试,实验结果表明了乐甫波器件测试系统应用于液体介电常数检测的有效性.     

乐甫波的液体粘度传感研究

利用部分波理论和边界条件精确推导,对“粘性液体/非压电薄膜/压电基底”3层乐甫波结构建模,分析得出随叉指周期变小,液体粘度灵敏度提高,传播衰减增大;随“薄膜厚度与波长之比”增大,液体的粘度灵敏度随之先减小再增大,液体密度灵敏度几乎为零。优化设计了以36°钽酸锂和SiO₂为基底和薄膜的乐甫波器件,制作并测试实物,实验结果与数值仿真基本一致,表明了理论模型的正确性。     

基于COMSOL的声表面波器件仿真

声表面波器件在通信、传感、射频识别等领域有着广泛的应用.以有限元方法为基础,利用有限元软件COMSOL对声表面波器件进行了仿真.从器件的模型建立入手,按由浅入深的顺序对无电极压电基片、压电基片表面沉积叉指换能器、叉指换能器表面溅射薄膜、薄膜上负载液体的4种结构进行了仿真分析.仿真研究表明:叉指换能器的电极效应会产生正、反特征频率,并且两种频率都随着叉指电极的敷金比与高度增加而向低频偏移;薄膜厚度的增加同样会导致器件频率向低频变化;当器件负载液体用于液体密度检测时,可通过器件频率变化对液体密度的灵敏程度来对薄膜厚度进行优化.其研究结果可以为声表面波器件的设计制作提供依据.     

瑞利型声板波的液体传感研究

以瑞利型声板波为例,在有限元软件COMSOL中建立了声板波二维模型,仿真分析了声板波在自由空间中和负载液体时的特征频率。仿真研究表明：无论基片背面为自由边界还是金属边界,负载液体时都会导致声板波A0和S0模态特征频率发生变化,从而可用于液体的特征参数检测;由于S0模态负载液体时会产生一定的衰减,因此声板波的A0模态比S0模态更适于液体传感。实际制作了两组声板波器件,采用网络分析仪测量了器件的幅频特性,实验结果与数值仿真结果基本一致,证明了理论模型的正确性和数值仿真的有效性。