液體環(huán)境中的表面結(jié)構(gòu)-石英晶體板的耦聯(lián)振動(dòng)分析及頻率特征.pdf

1、石英晶體諧振器（Quartz crystal resonator,QCR）是一種由石英晶體板構(gòu)成的具有力電轉(zhuǎn)化功能的電子元器件，它被廣泛用于提供頻率標(biāo)準(zhǔn)和執(zhí)行頻率功能，如計(jì)時(shí)，通訊和控制等。同時(shí)，QCR對(duì)表面變化也非常敏感。通過(guò)檢測(cè)表面耦聯(lián)物質(zhì)或結(jié)構(gòu)介入后，QCR的動(dòng)力學(xué)參數(shù)和電路參數(shù)的改變，可以辨識(shí)和表征它們的物理和幾何參數(shù)。與傳統(tǒng)的基于Sauerbrey方程和一維傳輸線模型的QCR傳感器相比，新型復(fù)合QCR系統(tǒng)呈現(xiàn)出許多新特征：如表

2、面物質(zhì)或結(jié)構(gòu)的非均勻質(zhì)量分布、特定的幾何構(gòu)型、特定的力學(xué)性質(zhì)與振動(dòng)狀態(tài)、流固耦合、尺度效應(yīng)以及環(huán)境偏場(chǎng)等。針對(duì)這些問(wèn)題，本文建立了液體環(huán)境中的表面結(jié)構(gòu)/QCR復(fù)合系統(tǒng)的耦合動(dòng)力學(xué)模型，深入研究了表面微結(jié)構(gòu)的流固耦合振動(dòng)、材料/結(jié)構(gòu)的尺度效應(yīng)以及材料/結(jié)構(gòu)的內(nèi)部分層對(duì)復(fù)合QCR系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特征的影響，取得了如下主要成果：
　　1.建立了受QCR激勵(lì)的液體環(huán)境中的微梁的流固耦合振動(dòng)模型。分別推導(dǎo)并求解了單根微梁和雙梁的流固耦合振動(dòng)方程。

3、分析對(duì)比了單根微梁和不同間距的雙梁周圍的液體動(dòng)壓力和流場(chǎng)速度分布。計(jì)算結(jié)果表明：對(duì)于稀疏微梁陣列，如果假定每根梁的振動(dòng)狀態(tài)都一致，那么可以把單根梁的結(jié)果應(yīng)用于所有的梁。
　　2.建立了液體環(huán)境中的微梁陣列/QCR復(fù)合系統(tǒng)的耦合動(dòng)力學(xué)模型。分析了不同液面高度對(duì)微梁的振動(dòng)和對(duì)復(fù)合QCR系統(tǒng)諧振頻率的影響。找到了液體對(duì)微梁振動(dòng)和系統(tǒng)諧振頻率的影響達(dá)到極限的最大液面高度。
　　3.考慮石英板和微梁的尺度效應(yīng)，基于修正偶應(yīng)力理論建立了

4、液體環(huán)境中的微梁陣列/QCR復(fù)合系統(tǒng)的耦合動(dòng)力學(xué)模型。運(yùn)用哈密頓原理推導(dǎo)了復(fù)合QCR系統(tǒng)的控制方程和邊界條件。研究了石英板和微梁的尺度效應(yīng)對(duì)復(fù)合QCR系統(tǒng)諧振頻率的影響。
　　4.建立了液體環(huán)境中的半球體單元陣列/QCR復(fù)合系統(tǒng)的耦合動(dòng)力學(xué)模型。研究了半球體的流固耦合振動(dòng)對(duì)復(fù)合QCR系統(tǒng)諧振頻率的影響。
　　5.建立了帶內(nèi)核的半球體單元陣列/QCR復(fù)合系統(tǒng)的耦合振動(dòng)模型。研究了材料/結(jié)構(gòu)的內(nèi)部分層對(duì)復(fù)合QCR系統(tǒng)諧振頻率的影