基于聲子晶體的液體傳感器研究

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2、．二－：，今：；：：＇．，；；：：：．二ｆ＾．ｊ巧甘立獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導Ｔ進行的研究乍及取得的研究成果。扼我所知，除了文中特別加Ｗ標注和致謝的地方外，也不包含為，論文中不包含其他人己經(jīng)發(fā)朱或撰寫過的研究成果獲得化子科技大學或其它教巧機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。與我？同工作的同志對本硏究所做的任何貢獻均ｂ在論文中作了明確的說明并表示謝意。心Ｌ作者簽名：ｆＨ期：年６月Ｈ名論文使用授權(quán)本學位論文作者完全ｒ解化子科技大學有乂保留、使用學位論文的規(guī)定，有權(quán)化留并向閨家有關(guān)部口或化

3、構(gòu)送義論文的復巧件和磁盤，Ｌ余論。本人授權(quán)電乂將學位論文的文被杳閱和借閱子科技大學可允許—或，可縮約描入進行采用影印、巧部或部分內(nèi)容編荷關(guān)數(shù)踞庫檢索手段保、匯編學位論文。等復制巧此規(guī)定）密的學位論文在解密應遵守（保后、＾簽：名：導師名作者簽１Ａ衣巧Ｈ：月期＾分類號密級注1UDC學位論文基于聲子晶體的液體傳感器研究（題名和副題名）吳翔（作者姓名）指導教師徐利梅教授電子科技大學成都（姓名、職稱、單位名稱）申請學位級別碩士學科專業(yè)導航、制導與控制提交論文日期2016.3.1論文答辯日期2016.5.20學位授予單位和日期電子科技大學2016年6月答辯委員

4、會主席評閱人TheResearchforLiquidSensorBasedonPhononicCrystalAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:Navigation,GuidanceandControlAuthor:XiangWuSupervisor:Prof.LimeiXuSchool:SchoolofAeronautics&Astronautics注1：注明《國際十進分類法UDC》的類號。摘要摘要為了應對市面上層不出窮的銷售假汽油案件，獲取一種快速有效的檢

5、測手段勢在必行，由于不同溶液的混合會導致聲速的變化，通過檢測聲速即可知道汽油的真?zhèn)巍１疚囊月曌泳w這種新型功能超材料為載體，設(shè)計了一種對于聲速變化敏感的傳感器，可以用于液體濃度檢測，在聲子晶體樣本的空腔中注入被測溶液，測量傳輸特性峰值的位置變化，即可得到溶液的濃度。本文的主要研究內(nèi)容分為三部分。根據(jù)聲子晶體的基礎(chǔ)理論推導了平面波展開法的計算過程，并用matlab編程實現(xiàn)了理想聲子晶體帶隙的計算。利用有限元仿真軟件計算了聲子晶體的缺陷態(tài)、傳輸特性以及瞬態(tài)響應等，通過仿真說明了聲子晶體缺陷態(tài)色散曲線對傳輸函數(shù)的貢獻。聲子晶體組元材料的聲學參數(shù)發(fā)生變化時，其能帶結(jié)構(gòu)會發(fā)生相應的改變，在

6、材料參數(shù)變化較小時，可以將帶隙內(nèi)部缺陷態(tài)色散曲線的變化看做是一種頻移。根據(jù)這一性質(zhì)設(shè)計了對聲速變化敏感的聲子晶體液體傳感器原型。采用乙醇/水溶液對上述傳感器進行性能測試，結(jié)果顯示其靈敏度較低，濃度靈敏度約為90-190Hz/1%。對傳感器的幾何參數(shù)進行優(yōu)化。研究了改變聲子晶體波導的核心寬度對帶隙內(nèi)部色散曲線頻移的影響，使得第一帶隙的靈敏度有所提高。研究了在波導中心添加散射孔、優(yōu)化其幾何尺寸并同時改變波導核心寬度的優(yōu)化方法，在此情況下獲得了315~462Hz/1%的濃度靈敏度，使波導態(tài)的帶寬頻率范圍變得更窄，并且在較低濃度時良好的線性。在此基礎(chǔ)上調(diào)整波導內(nèi)部中央散射孔的位置，使得波

7、導態(tài)色散曲線變得更加平坦，第一帶隙波導態(tài)色散曲線的帶寬小于300Hz，第二帶隙小于900Hz。通過分析發(fā)現(xiàn)溶液聲速與對應濃度的色散曲線中心頻率之間的相關(guān)系數(shù)超過0.998，因此可以認為傳感器能夠表征溶液的聲速變化。關(guān)鍵詞：平面波展開法，有限元仿真，能帶結(jié)構(gòu)頻移，液體傳感器IABSTRACTABSTRACTInresponsetothecasesofsellingcounterfeitgasolineblending,seekingforadetectionmethodwhichi