应用耦合模理论分析S型声表面波器件特性

报道了在128°旋转Y切割X传播方向的LiNbO3基片上研制的结构新型的S型声表面波器件, 它将输入换能器激发的声表面波中心对称分成两路,分别由各自输出换能器检测输出.应用耦合模理论详细分析了该声表面波器件的特性,并应用网络分析仪测量该声表面波器件的特性以验证分析结果的正确性.结果表明,理论计算值与实验结果相近.     

声表面波扭矩传感器的原理及应用综述

阐述了声表面波(SAW)及其器件的分析理论、模型、工作模式;论述了声表面波扭矩传感器的工作原理;结合目前声表面波扭矩传感器的应用情况,论述了声表面波扭矩传感器在航空发动机、种植义齿稳定性检测、载运工具领域中的应用;分析了制约声表面波扭矩传感器发展所存在的问题并提出了改进方向.     

基于磁致伸缩效应的声表面波电流传感器敏感机理分析

为实现高灵敏度、低温漂的高性能电流传感器,提出将声表面波技术与磁致伸缩效应相结合的电流检测方法,分析了其敏感机理并改善其温度特性.这种声表面波电流传感器采用128°YX-LiNbO3作为压电基片,表面覆盖SiO2薄膜来改善器件温度稳定性,并溅射超磁致伸缩TbDyFe薄膜以响应电流.在电流作用下,TbDyFe薄膜会发生磁致伸缩效应和ΔE效应,引起声表面波相速度的改变.结合层状介质中声传播理论,分析了给定电流下层状结构中声表面波的传播特性,特别分析了TbDyFe和SiO2膜厚对传感器响应的影响.计算结果表明,TbDyFe和SiO2薄膜厚度分别为0.5μm、2μm时,该声表面波电流传感器具有最大检测灵敏度58.2 kHz/A,有良好温度稳定性和较高的灵敏度,从而为高性能声表面波电流传感器的研制奠定理论基础.     

天空散射光偏振成像噪声建模与分析

仿生偏振导航是近年来兴起的一种新原理导航方式,对天空光进行成像可以获得更为丰富的天空散射光的偏振信息以及分布特征,有利于提高偏振导航传感器的精度和抗干扰能力.根据现有的Stokes参量测量偏振光的原理以及成像装置的噪声模型,对基于Stokes参量法的偏振角度测量噪声进行了建模,并根据模型进行了仿真分析.仿真结果表明:提高相机的信噪比(SNR)能够显著提高偏振成像的质量,当相机的SNR大于44 dB时,天空偏振角度的测量标准差将优于1°/像素;得到了0°,60°,120°和0°,45°,90°检偏器分布模式下对不同偏振角度的入射光测量噪声的统计分布特征.尽管0°,60°,120°的检偏器布置方案相对于0°,45°,90°的检偏器布置方案有着更大的计算复杂度,但在使用相同信噪比相机的情况下,该布置方案的噪声更小.该结论将对天空偏振光成像装置的构建及其误差分析与补偿技术提供参考.     

基于两相向声表面波快速富集悬液中微粒

为提高生化分析灵敏度,提出了一种快速富集悬液中微粒的新方法.它在127.68°旋转Y切割X传播方向的LiNbO3基片上采用微电子工艺制作了2×2叉指换能器阵列,在该叉指换能器阵列的一对对角叉指换能器上同时加经功率放大器放大后的RF信号,以激发两相向声表面波,采用微量进样器将待富集的微流体(微液滴)进样到两相向传播的声路径上,微液滴中的微粒在该两相向的声表面波作用下快速向心富集.淀粉溶液微液滴富集实验结果表明,两相向声表面波作用下,10秒内实现微液滴中淀粉微粒的快速富集.     

基于声表面波延迟线和谐振器的无源无线阵列传感器

本文介绍了延迟线型无源无线声表面波传感器的结构、传感器系统的组成、工作原理和传输特性.在分析延迟线型无源无线声表面波传感器缺点的基础上,提出了一种全新的谐振延迟型无源无线声表面波传感器的模型,并用延迟线和谐振器构造了这种传感器.它既有谐振型传感器传感距离远的优点,又有延迟线型传感器容易编码的优势.本文还分析了该传感器的信号响应特性和传感器系统的构造.     

基于统计法的纹理矢量周期描述

本文提出了纹理矢量周期的描述方法:T{θ,Tθ,Vθ},分别从八个方向上(即0°,45°,90°,135°,180°,225°,270°,315°)讨论纹理的周期性、方向性以及周期成分所占的比例等方面。提出了分析纹理周期的d-θ分析方法,比较全面地实现了对纹理周期描述和分析。针对纺织布的纹理特征,经过大量实验,筛选出能反映周期方向的5个特征参量和周期大小的4个特征参量。最后,在本文提出的纹理周期矢量描述方法和分析方法基础上,采用二值共生矩阵及其纹理特征实现对纺织布的纹理周期描述。结果表明,对于含有一定周期的纹理图像,采用本文纹理周期描述和分析方法,实现了比较全面的描述。和直接采用灰度共生矩阵进行分析相比,本文分析方法极大降低了计算量。     

解耦的声表面波波动方程的求解􀀂

由于压电材料对称性的存在,当一些压电材料取某些特殊切型时,声表面波存在着解耦现象,解耦波常有几种固定的模式.本文对解耦的声表面波波动方程的求解进行了研究.并以PZT-5H材料为例,用编制的程序对解耦的纯Rayleigh波和B-G波进行了计算机数值求解,其结果与文献[3]的值一致.说明这一求解原理和方法普遍适用于对各种解耦的声表面波波动方程的求解.对于全面分析SAW的传播特性具有一定的参考价值.     

声表面波串联谐振器传感系统构建及初步应用研究

本文探索了一种声表面波串联谐振器传感系统及其初步应用。该传感器的敏感部件由丝网印刷碳电极和一个433MHz声表面波谐振器串联组成。采用真空包装的声表面波谐振器工作在较高的频率下,这有利于提高检测系统的稳定性和灵敏度。我们制备了不同浓度的小鼠肠道内分泌肿瘤细胞STC-1悬液用于检测实验,每种样品取100微升滴在丝网印刷碳电极上,实验记录了每种浓度细胞悬液的传感器响应。实验结果表明该传感器可以检测不同浓度的细胞悬液,并且具有较好的灵敏度。     

小波变换用于钢丝绳断丝检测的研究

本文采用漏磁场探伤方法对钢丝绳断丝进行检测,该方法的原理是利用励磁磁场和缺陷(即钢丝断丝处)相互作用产生的漏磁场来检测钢丝绳断丝,并且利用霍尔元件能够准确地获取漏磁场信号.首次把声表面波式小波变换的重构器件应用于钢丝绳断丝检测中.发现声表面波器件的发射叉指换能器和接收叉指换能器的指条重叠包络均按照小波函数(如Morlet小波)包络设计时,从而得到声表面波器件的发射叉指换能器和接收叉指换能器的脉冲响应函数均等于小波函数,所以制作出了声表面波式小波变换的重构器件.该器件是一带通滤波器,其相对带宽是1.1%,所以该器件可有效滤除干扰信号.     

基于SAW表面气液相效应和GC分离柱的气敏传感器的研究

限于传统涂敷敏感膜的声表面波（SAW）气敏传感器存在成膜困难和选择性差、重复性差以及再生性差等问题，本研究提出一种基于压电基底表面气体气液相转换效应机理的瑞利波传感器。首先建立了挥发性有机气体(VOCs)液相凝聚体薄层负载下的SAW波传模型，并仿真计算了其波传频散和波传衰减。然后在此基础上开发了一种基于瑞利声表面波传感器和气相色谱（GC）分离柱的便携式气体检测系统。最后实验论证了方案的可行性，初步的实验结果表明该系统具有分析时间短、选择性好、灵敏度高（可检测ppb浓度的混合VOCs）以及成本低等优势，因此其在痕量挥发性有机气体检测和分析应用上有良好的潜力和前景。     

Development of temperature-control system for liquid droplet using surface Acoustic wave devices

In this paper, we present a liquid-droplet-heating system using a surface acoustic wave (SAW) device. When liquid is placed on a Rayleigh-SAW-propagating surface, a longitudinal wave is radiated into the liquid. If the SAW amplitude increases, the liquid shows non-linear dynamics, such as vibrating, streaming, small droplet flying, and atomizing. This phenomenon is well known as SAW streaming. The liquid temperature is measured during the longitudinal wave radiation and found to increase. First, the mechanism of the liquid-heating effect is discussed on the basis of experimental results. The surface electrical condition is changed to investigate the effect of dielectric heating. The obtained results indicate that the radiated longitudinal wave causes liquid heating and the dielectric heating effect does not. Second, the fundamental properties of the liquid temperature are measured by varying the applied voltage, duty factor, and liquid viscosity. The liquid temperature is found to be proportional to the duty factor and the square of the applied voltage. Therefore, the liquid temperature can be controlled by these applied signals. Also, by using highly viscous solutions, the liquid temperature is increased to more than 100 °C. Moreover, for chemical applications, the possibility of periodic temperature control is tested by varying the duty factor. The obtained results strongly suggest that an efficient thermal cycler is realized. A novel application of the SAW device is proposed on the basis of SAW streaming.     

SAW陀螺效应声光衍射角度及其微小变化的CCD检测系统

声表面波(SAW)陀螺效应表现为SAW介质旋转角速度Ω对SAW波速的调制作用,以及对布拉格衍射角的调制作用.因此,通过测量声光布拉格衍射光的偏转角度,可以反推被测SAW介质的旋转角速度Ω.理论计算表明布拉格衍射角及其变化十分微小(弧分、秒数量级),所以能否在实践中成功地检测受Ω调制的布拉格衍射角,关系到SAW陀螺效应声光探测和检测方案的成败.在扼要说明了Ω调制布拉格衍射角的物理原理后,初步设计了布拉格衍射角的CCD测量系统并讨论了影响其测角精度的若干关键技术.     

FEM modeling of SAW organic vapor sensors

A finite element method (FEM) simulation approach of surface acoustic wave (SAW) organic vapor sensors was investigated. The effects of the polymer coating on the propagation characteristics of the SAW were studied by FEM modeling in the absence and presence of vapor. The sensitivities for each vapor-coating combination can be obtained from the simulation frequency shift in different vapor concentration. Comparisons of the simulation sensitivities of SAW vapor sensors with the experimental values reported by Edward T. Zellers and co-workers confirm the general validity of the approach. The approach is expected to select polymer, which offers the best sensitivity for particular vapor.     

含陀螺效应的声表面波波动方程的求解

含陀螺效应的声表面波(SAW)波动方程的求解是分析旋转压电基体SAW传播特性和设计SAW角速度传感器的理论基础.以旋转条件下压电基体声表面波方程的建立和求解为研究内容,推导了含陀螺效应的Christoffel方程的一般表达式,提出了在求解中必须注意对解耦波的判别及进行相应的处理,设计了计算机数值求解的软件,并给出了流程.以新型压电材料硅酸镓镧作为求解的实例,验证了算法的可行性.理论与算法可为与陀螺效应有关的SAW器件的设计提供参考.     

结合金属膜的YZ-LiNbO3压电基片上声表面波陀螺效应分析

在声表面波陀螺效应作用过程中,由于哥氏力的作用比较微弱,导致现有的声表面波陀螺仪的检测灵敏度极低。为了改善哥氏力作用,在声表面波传播路径上分布金属点阵以增加质量负载,将有可能获得良好的灵敏度性能。本文结合研究层状介质中声波传输特性的方法对YZ-LiNbO3压电基片上的金属膜层对陀螺效应的影响做了理论计算。对比分析有无金属膜层的压电基片中陀螺效应的大小,以及不同金属材料对陀螺效应的影响作用,验证了用布置重金属点阵的方法来提高行波模式声表面波陀螺仪检测灵敏度的可行性,从而为高性能行波模式声表面波陀螺仪的研制奠定理论基础。     

High-resolution high-voltage sensor based on SAW

A surface acoustic wave (SAW)-based high-voltage sensor is described. The sensor consists of a SAW oscillator fabricated on a 10 mm × 10 mm 128° rotated Y-cut, X-propagating LiNbO₃ substrate. The voltage is applied to electrodes on the substrate, and the resulting electric field changes the propagation time of the SAW. The propagation time is directly related to the output frequency of the SAW oscillator. The high-voltage sensor offers a small-sized high-voltage measurement device with several attractive features: a high resolution (better than 0.2 V up to 2.4 kV, better than 0.4 V for higher voltages), a large range (−10 to +10 kV), a high input impedance (> 10¹³ ω) and a low input capacitance (< 10 pF). The sensitivity amounts to 16 Hz V⁻¹.     

基于ZnO/Glass声表面波器件的高速紫外传感特性研究

基于氧化锌/玻璃(ZnO/Glass)结构的声表面波(SAW)器件可以用来制作性能优良的紫外探测器。使用有限元分析软件COMSOL Multiphysics仿真了该种结构的声表面波器件,并得到其S11参数。基于仿真结果,制备了相应的SAW器件,实验所用ZnO薄膜采用直流反应磁控溅射方法沉积,所制备的ZnO薄膜呈(0002)取向。基于该种结构的SAW紫外探测器对紫外光的反应时间仅3 s,其紫外探测的灵敏度高达36.4×10-6/mW/cm2。     

一种声表面波液体密度传感器的实验研究

介绍了一种新型的表面波(SAW)液体密度传感器的结构,并对其进行了理论分析和初步实验。结果表明:与传统的液体密度传感器相比,这种传感器具有结构简单、测量精度高、需用试样少等特点,具有广泛的应用前景。