高溫偏載條件下的聲表面波壓力傳感器理論研究.pdf

1、論文從壓電晶體的本構(gòu)方程和波動方程入手,使用相對于參考狀態(tài)的Lagrangian坐標描述,建立了通用的偏載電彈波動方程,在詳細研究有效材料常數(shù)的物理意義和確定方法的基礎(chǔ)上,給出了偏載電彈波動方程的求解過程.針對Tiersten等人所建立的擾動理論不能適用于強壓電體和具有初始靜態(tài)偏載壓電介質(zhì)的局限性,論文從電彈波動方程的本征解出發(fā),推導出了包含電擾動項并能適用于預偏載壓電介質(zhì)的電彈擾動方程,研究了擾動方程的求解方法,并對常用的表面自由牽引

2、力學邊界條件和法向電位移矢量為零的電學邊界條件,推導出了擾動方程求解的解析表達式.最后從SAW壓力傳感器角度出發(fā),以周邊固支的圓形基片背面受法向均勻壓力作用的力學敏感結(jié)構(gòu)為對象,建立SAW壓力敏感的理論模型,定義了SAW壓力靈敏度的物理概念,形成了完整的SAW壓力敏感特性分析理論.在上述理論工作的基礎(chǔ)上,論文提出了研究SAW壓力傳感器需要綜合考慮的性能指標,詳細給出了這些指標的定義、物理意義及計算方法;針對SAW高溫壓力傳感器的實際應用

3、,提出了敏感基片優(yōu)化選擇的基本準則;利用Visual C++開發(fā)了高效的用于求解SAW一般問題及偏載擾動問題的完整軟件包,解決了SAW的快速求解問題,為SAW壓力傳感器及其它SAW器件設(shè)計提供了必要的計算工具;對新型硅酸鎵鑭壓電晶體在三維空間的性能指標進行了全面計算,優(yōu)化出了適合SAW電子器件及SAW高溫壓力傳感器使用的優(yōu)化切向,同時,對LGS晶體性能指標隨溫度偏載的變化關(guān)系也進行了理論計算與分析.論文提出了采用全LGS一體化封裝來減小

4、封裝熱應力,提高傳感器穩(wěn)定性的思路,給出全LGS一體化封裝的SAW高溫壓力傳感器的初步總體方案,并對基片結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計、SAW諧振器設(shè)計、兩個SAW諧振器位置確定等理論和方法進行了詳細討論,同時也對器件制作、直接鍵合封裝、引線及傳感器信號檢測與處理等關(guān)鍵技術(shù)進行了探索性的研究.論文設(shè)計制作了SAW高溫壓力傳感器敏感單元和專用實驗裝置,首次對LGS的壓力敏感特性進行了測試,取得理論與實驗相符合的研究結(jié)論.論文最后提出了有待進一步研究解決的問