非線性微質(zhì)量傳感器設(shè)計(jì).pdf

1、壓電諧振式微質(zhì)量傳感器可以根據(jù)諧振頻率變化稱重微小質(zhì)量，在生物分子、微小顆粒、環(huán)境污染和液體成分識(shí)別與檢測(cè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。借助尺寸微型化方法可以極大的提升懸臂梁式微傳感器的靈敏度，但隨著尺寸的不斷減小，傳感器的使用環(huán)境要求（如真空環(huán)境）也極為苛刻。為此，需要展開新型微質(zhì)量傳感器設(shè)計(jì)方面的研究。本文利用雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的參激振動(dòng)分岔現(xiàn)象設(shè)計(jì)具有稱重和閾值質(zhì)量監(jiān)測(cè)功能的新型微質(zhì)量傳感器，具體包括:
　　(1)設(shè)計(jì)了具有稱重和閾值質(zhì)

2、量感應(yīng)功能的新型微質(zhì)量傳感器，利用激勵(lì)載荷（幅值、位置和頻率）對(duì)余弦梁結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的影響關(guān)系，提出基于載荷變換的微質(zhì)量傳感器工作模式切換方法，實(shí)現(xiàn)了微質(zhì)量稱重與閾值質(zhì)量感應(yīng)功能的轉(zhuǎn)換。研究了質(zhì)量吸附位置、激勵(lì)載荷對(duì)傳感器靈敏度和最小檢測(cè)閾值的影響關(guān)系，建立了多參數(shù)耦合作用的傳感器最小檢測(cè)閾值優(yōu)化模型，得到了具有最高檢測(cè)靈敏度的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)和激勵(lì)載荷參數(shù)。研究結(jié)果表明，在質(zhì)量稱重工作區(qū)域，所提出的傳感器較兩端固支梁式傳感器靈敏度提升了4

3、.25倍;在閾值質(zhì)量檢測(cè)區(qū)域，借助吸附質(zhì)量變化引起的響應(yīng)幅值突變特性，無需阻抗分析儀即可實(shí)現(xiàn)微質(zhì)量的快速檢測(cè)。同時(shí)，利用雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的閾值跳躍特性，提出基于配重法的極微閾值質(zhì)量檢測(cè)方法。
　　(2)提出了基于組合梁結(jié)構(gòu)的非線性傳感器設(shè)計(jì)方法，利用線性懸臂梁和非線性余弦梁組合結(jié)構(gòu)，提出了基于幅值突變的跳躍頻率檢測(cè)方法，借助吸附質(zhì)量前后跳躍頻率的變化量來確定被測(cè)質(zhì)量，不僅有效減小了環(huán)境阻尼的影響，并且簡(jiǎn)化測(cè)量過程無需復(fù)雜的檢測(cè)電路即可實(shí)