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聚合物线石巴鲁夫位移传感器研究
石英音叉谐振器的谐振频率对音叉臂的质量和刚度的变化极其敏感,基于石英音叉谐振器结构,将敏感聚合物薄膜覆盖在石英音叉臂上或将敏感聚合物线横跨音叉臂两端,可以通过检测石英音叉谐振器的谐振频率变化来反映聚合物薄膜质量的变化或聚合物线刚度的变化,设计出质量敏感型或力敏感型石英音叉传感器,该传感器具有结构紧凑、体积小,分辨力高和稳定性好等特点。聚合物线石英音叉复合巴鲁夫位移传感器是将热敏感的聚合物线作为热敏元件附着在石英音叉谐振器的两个音叉臂上,将温度的变化通过聚合物线转变为力的变化施加到音叉臂上,导致石英音叉谐振器谐振频率的变化,属于热/力敏感型压电谐振式传感器。在保持压电谐振式传感器固有的输出信号信噪比高和抗*力强等优点的同时,通过热敏聚合物线提高传感器的灵敏度和响应速度,该传感器可以应用于快速精密测温领域,亦可作为热探测器应用到非接触红外测温领域。本以热敏聚合物线与石英音叉复合结构的巴鲁夫位移传感器为研究目标,研究了聚合物线石英音叉巴鲁夫位移传感器热敏机理;提出了聚合物线与石英音叉复合结构的巴鲁夫位移传感器设计方法和制备工艺;完成了传感器特性测试试验,并设计制作出相应的传感器阵列测温系统。主要完成以下工作:提出了聚合物线石英音叉复合巴鲁夫位移传感器的结构,确定了传感器研究的总体方案。阐述了聚合物线石英音叉复合巴鲁夫位移传感器的工作原理,设计了热敏聚合物线与石英音叉谐振器复合的传感器结构,分析了石英音叉谐振器频率温度特性对传感器性能的影响因素,确定了石英音叉谐振器石英晶体的新切型,通过实验比对方法筛选出高温度灵敏度的聚合物材料,设计了聚合物线石英音叉复合巴鲁夫位移传感器的制作工艺流程。结合弹性压电理论和有限元仿真分析方法,利用ANSYS有限元软件对聚合物线石英音叉复合谐振器的振动模态、谐响应和结构进行仿真分析。研究了聚合物线与石英音叉复合位置对传感器灵敏度的影响,确定了聚合物线与石英音叉理想的复合位置。建立了聚合物线石英音叉复合巴鲁夫位移传感器特性测试平台,在-10°C~80°C的温度范围内,对聚合物线石英音叉复合巴鲁夫位移传感器的特性进行测试,量化了石英音叉谐振频率偏移与温度变化的对应关系。

聚合物线石巴鲁夫位移传感器研究
测试结果表明:聚合物线石英音叉复合巴鲁夫位移传感器可以实现对环境温度变化的检测,其灵敏度为8.2Hz/°C,非线性误差为0.005%,分辨力为0.003°C,响应时间为1.5s,,置信概率为95%时的重复性为0.006%,同时具有很好的稳定性。5.设计制作出测温传感器阵列,研究了多传感器数据融合技术,研制了阵列传感器信号处理电路,开发了基于LabView平台的上位机应用软件,提高了温度测量的性。