工作在粘弹性液相的强耦合压电体声波器件高频振动分析

作     者：王明飞 

作者单位：宁波大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马廷锋

授予年度：2020年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：横向场激励 粘性液体 粘弹性液体 LiTaO3 高频振动 有限元 

摘      要：压电液相传感器被广泛应用于生物化学研究领域。目前液相传感器的振动分析主要针对石英晶体的厚度场激励,而电极位于晶体板同一表面上的横向场激励相比于厚度场激励具有很多优势,如品质因数值高、频率稳定性好、晶体老化率低等。此外强耦合3M晶系压电晶体LiTaO压电耦合系数高,基于LiTaO的横向场器件应用于液相传感器具有较高的Q值,可以克服较大的液体阻尼,具有独特的优势。然而基于LiTaO的横向场激励器件工作在粘性或粘弹性液相中时,电场和位移分布更复杂,振动特性不明确,有待深入研究。本文分别以工作在粘性和粘弹性液体负载下横向场激励的LiTaO压电体声波器件为研究对象,从理论和有限元两方面深入研究了该器件的振动特性,研究内容包括:基于Mindlin一阶板理论和流体力学理论,分别建立了粘性液体和粘弹性液体负载下横向场激励的LiTaO压电体声波器件的理论模型。通过粘性液体和粘弹性液体负载下受迫振动的耦合分析,分别确定了各自符合能陷特性的谐振模态。通过粘性液体和粘弹性液体负载下的受迫振动分析,理论分析了液体密度,液体粘度,液体层厚度等液体参数对器件高频振动的影响;理论分析了电极宽度,电极间隙等器件尺寸参数对器件灵敏度的影响;并进行了有限元验证。本文的研究意义在于:给出了一套工作在粘性和粘弹性液体负载下横向场激励LiTaO压电体声波器件高频振动的分析方法,为液相负载下的强耦合3M晶系横向场激励器件提供了有效的振动分析模型和器件参数优化准则,对促进利用强耦合横向场压电器件研制高性能液相传感器具有重要意义。