微型谐振气体传感器多场耦合非线性振动特性分析

发布时间：2025-06-26 00:41

　　 随着谐振子尺寸的不断减小,分子力等因素的影响越来越显著,微型谐振气体传感器的谐振子实际上处于多场耦合的工作环境中。考虑分子力、热应力和吸附气体浓度的影响,建立了谐振子的多场耦合动力学方程,利用多尺度法求出谐振子固有频率和瞬时频率,研究了谐振子固有频率随分子力、吸附气体浓度以及温度的变化规律,分析了系统参数对时域动态响应的影响。利用制造出的微型谐振气体传感器及测试系统,进行了扫频实验,得到微传感器的固有频率,与分析结果接近,验证了理论分析的正确性。研究结果对于传感器进一步微型化具有指导意义。

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【部分图文】：

图1微谐振子多场耦合结构模型Fig．1Multi-fieldcoupledstructuralmodelofmicroresonator

图2瞬时频率响应曲线Fig．2Instantaneousfrequencyresponsecurve

可知:表1系统计算参数Tab．1Systemparameters长度l/μm宽度b/μm硅厚度/nm铜厚度/nm敏感层厚度/nm间隙/μm1454573652002000．2表2各阶固有频率Tab．2ThenaturalfrequencyofeachorderHz阶数1234ω1....

图5响应差随悬臂梁间隙变化Fig．5Differenceofthevibratingamplitudesasgap2．3实验分析悬臂梁振动频率是谐振式气体传感器的关键参

(3)随着悬臂梁与基体的间隙变小时两种情况的响应差幅值变大，且随着初始间隙变化时响应差变化剧烈，因此对于初始间隙较小时，两种分子力对悬臂梁多场耦合时的时域动态响应影响较大，不可忽略。图5响应差随悬臂梁间隙变化Fig．5Differenceofthevibratingamplitu....

图6微型谐振子及气体传感器Fig．6Microresonatorandgassensor

响应差幅值变大，且随着初始间隙变化时响应差变化剧烈，因此对于初始间隙较小时，两种分子力对悬臂梁多场耦合时的时域动态响应影响较大，不可忽略。图5响应差随悬臂梁间隙变化Fig．5Differenceofthevibratingamplitudesasgap2．3实验分析悬臂梁振动频率....

本文编号：4052878