多层结构声表面波温度传感器的研究与设计

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1、分类号学号M201172930学校代码10487密级硕士学位论文多层结构声表面波温度传感器的研究与设计学位申请人：吴展翔学科专业：光学工程指导教师：刘文教授答辩日期：2014.01.11万方数据ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchandDesignofSAWTemperatureSensorwithMultilayerStructureCandidate:WuZhanxiangMajor

2、:OpticalEngineeringSupervisor:Prof.LiuWenHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJanuary,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文

3、版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要声表面波技术是一门结合声学、压电材料以及微电子技术等为一体的新技术。基于声表面波技术的传感器在实

4、际应用中，具有无源无线、安全稳定、灵敏性高等优点，已经在诸如高压电气开关柜温度实时监测等方面得到了初步应用。与传统声表面波器件仅有单一的基底材料相比，多层结构声表面波器件在基底材料上镀了不同材料的薄膜，这样可以有针对性的改善传统声表面波器件机电耦合系数较低等的一些缺陷，提高器件的性能，并增加了许多其他特性。目前多层结构声表面波器件主要用于通信和信号处理领域。本文将其应用于传感领域，研究其性能特性，并制作和测试ZnO/石英结构的多层结构声表面波温度传感器。本文的主要内容分为三部分：第一部分为多层结构器件中声表面波的传播特性的研究。从质点的受力分析出发

5、，结合力学与电磁学定律，我们推导了压电材料中声表面波的传播速度求解方法，并以此为基础得到多层结构器件中描述声表面波传播特性的状态方程以及其求解方法。接着利用以上理论得到了表面有效介电常数、频散曲线以及机电耦合系数等的表达式，并计算了ZnO/石英结构的声表面波器件中的上述特性。第二部分是对多层结构声表面波温度传感器进行仿真与设计。使用有限元（FEM）软件对以上结构器件进行了建模和仿真，以研究叉指换能器结构参数的变化对器件性能的影响。接着根据多层结构器件的频散特性改进了传统δ函数模型，利用改进后的模型对器件进行了仿真和设计。最后对制作出的多层结构声表面

6、波温度传感器进行了测试，然后分析了测试中出现问题的可能原因。第三部分是对无源无线声表面波温度传感系统的组成进行了研究，研究了系统中各部分的工作原理以及运作机制。关键词：声表面波多层结构温度传感器频散特性I万方数据华中科技大学硕士学位论文ABSTRACTSurfaceacousticwave(SAW)technologyisacombinationofacoustic,piezoelectricmaterialsandmicroelectronicstechnologies.ThesensorsbasedonSAWtechnologyhasthead

7、vantagesofpassivewireless,securityandhighstability,goodsensitivityandhavebeenwidelyusedintheareassuchastemperaturereal-timemonitoringofelectricalswitchgearwithhigh-voltage.ComparedwithconventionalSAWdeviceswhichhasonlyasinglesubstratematerial,multilayerstructureSAWdevicesareco

8、atedwithdifferentfilmsonthebasematerial,soitcanbetargetedtoim