横向场压电液相传感器测量方法的研究

研究了横向场压电液相传感器的串联谐振频率、动态电阻、机械品质因数等特性参数的测量方法.采用自动调制电容补偿技术对静态电容进行了有效补偿,保证了串联臂特性的检测;同时结合直接数字式频率合成器(DDS)技术,实现了半功率点法对机械品质因数的测试.实验结果表明,该方法测量的动态电阻范围大(达到5 kΩ),稳定性较高.     

双旋Y切石英振子厚度模式的频温特性的研究

本文利用描述固体中弹性声波的克里斯托费尔方程,建立了双旋Y切石英振子厚度模式的频温特性分析方法,并编制了相应的计算机程序。该程序可给出双旋Y切石英振子在任意切角(ф_3ф_1)下的厚度模(a、b、c模)的频率温度特性曲线。文中给出了单旋AT切、BT切(b模)、双旋SC切(b、c模)、FC切、IT切、LC切、NL_1切、NL_2切、AK切等各已知切型的频温特性曲线。对石英谐振器的切角灵敏度和切角误差进行了分析。     

液体介质中厚度切变石英晶体传感器的特征阻尼研究

本文提出一个新概念：特征阻尼系数ｋｃ。用来区分液体中振荡的厚度切变石英晶体传感器由质量负载和液体阻尼分别引起的频率偏移。理论推导表明，当石英晶体表面附着的质量没有变化时，特征阻尼系数Ｋｃ０的大小与附着的液体或固体性质无关，只取决于晶体谐振器自身的参数，如基频、电极面积和谐波次数等。     

基于石英基片的应变灵敏度分析

给出了一种声表面波(SAW)应变传感器石英基片各切向灵敏度的分析方法,以微扰理论为基础构建有限元模型计算应变量,并以此计算出SAW频率相对偏移量,分析计算不同切向下石英基片的应变灵敏度,并选取了应变灵敏度较高且温度灵敏度较低的ST-X切石英进行实验。实验测得应变灵敏度为0.382kHz/με,与理论计算结果(0.590kHz/με)基本一致,验证了理论分析方法的正确性。     

双旋Y切石英振子“T”模分析及SC切双模同时振荡的研究

本文推导了石英晶体基本物理参数的双旋变换关系,并利用克里斯托费尔方程,对其厚度模式的a、b、c三个模作了分析。文中也论证了SC切中b、c模的正交性,并用一块SC切晶体同时激励了b、c模振荡,给出了双模振荡器的测试结果,它表明利用b模频率信息来对C模实行最佳温度补偿是可能的。     

AT切型石英晶圆抛光工艺对材料去除速率及厚度非均匀性的影响

通过双面抛光工艺研究了抛光盘转速、抛光盘压力及抛光垫材质与厚度等对AT切型石英晶圆材料去除速率(MRR)与厚度非均匀性(TNU)的影响。实验结果表明,抛光盘压力越大、转速越高,材料去除速率越高;晶圆厚度非均匀性随抛光盘压力增加先减小后增加,随抛光盘转速增加而增加;杨氏模量越大、厚度越薄的抛光垫在晶圆表面产生的压力分布越均匀,有助于提高抛光均匀性。最后基于上述实验结果对抛光工艺参数进行了优化,优化后晶圆的材料去除速率为0.9μm/h、单片晶圆厚度非均匀性小于1.5‰、表面粗糙度为0.6 nm。该研究结果适用于石英晶圆的批量抛光工艺,对石英晶圆加工企业的抛光工艺优化有较高的参考价值。     

横向电场激励的LiNbO_3压电谐振器的仿真分析

该文对横向电场激励下的(yxl)-58°LiNbO_3压电谐振器的高频振动进行了研究。首先,基于Mindlin一阶板理论,计算了压电谐振器的模态频谱关系,得到晶体基板长厚比;然后,利用有限元分析软件COMSOL Multiphysics建立了谐振器的三维有限元模型,通过增加厚度方向网格扫掠层数的方法,验证了仿真模型的网格无关性;其次,通过特征频率计算与频域计算得到了谐振器一阶厚度剪切模态频率值;最后,通过改变电极与晶体板质量比以及电极间距的大小,获得了不同尺寸参数对谐振器高频振动特性的影响规律。仿真分析结果表明,电极与晶体板的质量比同谐振器谐振频率成负相关,质量比越大,谐振频率越小;电极间距值与谐振频率成负相关,间距值越大,谐振频率越小。     

基于倾斜光纤Bragg光栅的横向压力传感器研究

设计了一种基于4°倾斜光纤Bragg光栅(TFBG)和弹 性 材料的横向压力传感器。利用TFBG光谱对周围介质折射率响应的特性,实现了 对较低压力范围(0~7N)的线性测量。采 用快速傅里叶变换(FFT)方法对光谱进行解调,测量灵敏度可达1920 a.u./(N/mm),线性拟 合度为0.998。研究了不同弹性材料对测量灵敏度的影响,实现对测 量范围和测量灵 敏度的调谐。本文传感器工作在反射光谱方式,易于集成(光栅区长度仅5mm),可以植入弹 性材料内部用于协调接触压力的测量。     

基于长周期光纤光栅和蝶形锥的光纤横向压力传感器

提出一种基于长周期光纤光栅(LPG)和蝶形锥(BTT)的光纤横向压力传感器。传感器是由LPG 和一 段单模光纤(SMF)熔接而成,其特点是在熔接处会形成一个BTT。实验中,横向压力作 用在LPG上, 干涉谱共振波长强度随横向压力的变化而变化。当横向压力从0.000 增加到1.225N/mm时,传感器的灵敏度 达到－10.476dB/(N/mm),是目前类似传感器灵敏度的2倍左右。本 文传感器具有灵敏度高、成本低和结构简单的优点,具有广阔的应用前景。     

基于横向滤波器理论的小型超宽带差分带通滤波器

 本文提出了一种基于横向滤波器理论的小型超宽带差分滤波器结构.由于输入/输出端口之间具有两条不同电长度的传输路径,使得差模信号的通带两端具有两个传输零点并且具有良好的谐波抑制特性.四条1/4波长的短路线被用来改善差模信号的通带特性.另外,共模信号可以很容易在整个频段上得到抑制.加工结构模型的测试结果表明:差模信号的相对带宽为102%,带内的回波损耗大于15dB.实验测试结果与理论仿真结果吻合较好.     

强磁场对石英谐振器的影响

基于磁-弹性耦合理论以及预应力模态分析理论,结合实验方法解释石英晶体谐振器在强磁场影响下频率变化的原因.结果表明,石英晶体谐振器的磁性支架在受到磁场的影响产生相应的应力沿石英晶片的边缘作用于石英晶体导致其谐振频率发生变化.该结果对如何减小磁场对石英晶体谐振器的影响有一定的参考价值.     

石英力传感器的弹性机芯结构

提出了一种新型的双平行四连杆柔性铰链弹性导向结构，用作石英力传感器的力导向元件。这种采用柔性铰链连接双平行四连杆形成单方向位移的弹性导向机构，有着优良的机械性能：无机械摩擦，无间隙，运动灵敏度高，导向精度高，能自动消除偏载影响。文中对其在正常载荷及偏载下的响应进行了详细讨论，给出了导向位移及偏移误差和采用这种结构的石英力传感器的应用结果。     

数学式压电石英姿态传感器的研究

叙述了数学式压电石英姿态传感器的结构原理与性能。介绍了敏感元件的设计方案 ,设计制作了弹性敏感质量体 ,有效地提高了石英晶体的抗过载能力和抗冲击能力 ;设计制作了结构简单 ,密封效果良好的双劈形挤压密封腔。试验表明 ,采用这种结构形式的姿态传感器 ,其分辨率优于 0 .0 0 14°,非线性度为 0 .13% ,密封腔漏气率小于 2× 10 - 1 1 Pa· m3/ s     

不同表面处理对石英晶体传感器频移响应的影响

液相环境下振荡的压电石英晶体传感器的谐振频移主要受液体性质和表面质量负载的影响。通过压电石英晶体传感器在液体粘度测量中，对不同表面粗糙度和亲和性的晶体谐振频移的实验。结果表明，晶体的不同表面性质对传感器的频移响应存在较大的影响。就液体粘度测量的灵敏度和准确性而言，经紫外照射处理的聚苯乙烯涂层石英晶体的传感器性能最佳。     

一种高电场激励效率的石英谐振元件设计

设计了一种谐振梁为双"W"截面形状的石英音叉谐振元件,通过在梁表面凹槽的两端设置深凹槽,有效提高了凹槽侧壁的陡直性,进而提高了电场的激励效率。经仿真对比,相对于"H"形截面的谐振元件,双"W"形截面的谐振元件的压电激励力提高约58%。设计了元件芯片工艺方案,并在直径50cm的晶片上制作出两种截面形状的谐振元件。测试结果表明,双"W"形截面的谐振元件的品质因数(Q)值和导纳分别由2 387、2 143ns提高至2 648、2 346ns,动态阻抗值由548kΩ降至417kΩ。     

压电石英加速度传感器稳定性研究

分析了加速度传感器的量程、分辨率及晶体相关参数与传感器输出稳定性的关系,测试了不同环境状态下石英晶体谐振器的频率稳定性和加速度传感器的稳定性。试验结果表明,环境因素对石英晶体频率稳定性和石英加速度传感器稳定性有不同程度的影响,传感器稳定性的理论计算值与实测结果一致。     

电荷放大器对石英传感器动态特性的影响

用控制理论对压电石英传感器的等效电路、电压放大器、电荷放大器对压电式传感器动态特性的影响等进行了深入的分析与研究。通过对电压放大器与电荷放大器的系统传递函数的分析指出,压电电压测量系统可等效为1阶环节和2阶惯性环节。由于1阶系统的存在,导致系统不能测量直流信号和变化比较缓慢的信号。该电压测量系统的缺点可通过加电荷放大器来改善,此时压电电荷测量系统的稳态灵敏度为d/CF,它只依赖于电荷放大器的反馈电容,与石英晶体和连接导线的电容无关。从而指出为了充分利用石英传感器,应用时最好连接电荷放大器。     

一种具有自然偏置点的集成光学电场传感器

讨论了一种通过在铌酸锂衬底上制备非对称Mach-Zehnder干涉仪结构的光波导,得到具有自然偏置点的电场传感器.讨论了该器件主要参数的理论设计方案和工艺设计方案,并对试验结果进行了分析.     

ST-石英的湿法腐蚀工艺研究

对影响ST-切向石英表面湿法腐蚀质量的因素进行了试验研究,并对结果进行了详细分析。试验基片材料为双面抛光的ST-切向石英晶体,掩蔽膜材料为Cr/Au双层金属膜,腐蚀液为HF和NH4F的混合溶液;主要研究了基片清洗、腐蚀液成分配比及腐蚀温度等工艺参数对基片表面腐蚀质量的影响,并通过选择最佳的试验参数,以约0.7μm/min的适中腐蚀速率加工出了满足要求的晶体表面。