基于声子晶体的液体传感器研究

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2、．二－：，今：；：：＇．，；；：：：．二ｆ＾．ｊ巧甘立独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导Ｔ进行的研究乍及取得的研究成果。扼我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外，也不包含为，论文中不包含其他人己经发朱或撰写过的研究成果获得化子科技大学或其它教巧机构的学位或证书而使用过的材料。与我？同工作的同志对本硏究所做的任何贡献均ｂ在论文中作了明确的说明并表示谢意。心Ｌ作者签名：ｆＨ期：年６月Ｈ名论文使用授权本学位论文作者完全ｒ解化子科技大学有乂保留、使用学位论文的规定，有权化留并向閨家有关部口或化

3、构送义论文的复巧件和磁盘，Ｌ余论。本人授权电乂将学位论文的文被杳阅和借阅子科技大学可允许—或，可缩約描入进行采用影印、巧部或部分内容编荷关数踞库檢索手段保、汇编学位论文。等复制巧此规定）密的学位论文在解密应遵守（保后、＾签：名：导师名作者签１Ａ衣巧Ｈ：月期＾分类号密级注1UDC学位论文基于声子晶体的液体传感器研究（题名和副题名）吴翔（作者姓名）指导教师徐利梅教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业导航、制导与控制提交论文日期2016.3.1论文答辩日期2016.5.20学位授予单位和日期电子科技大学2016年6月答辩委员

4、会主席评阅人TheResearchforLiquidSensorBasedonPhononicCrystalAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:Navigation,GuidanceandControlAuthor:XiangWuSupervisor:Prof.LimeiXuSchool:SchoolofAeronautics&Astronautics注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。摘要摘要为了应对市面上层不出穷的销售假汽油案件，获取一种快速有效的检

5、测手段势在必行，由于不同溶液的混合会导致声速的变化，通过检测声速即可知道汽油的真伪。本文以声子晶体这种新型功能超材料为载体，设计了一种对于声速变化敏感的传感器，可以用于液体浓度检测，在声子晶体样本的空腔中注入被测溶液，测量传输特性峰值的位置变化，即可得到溶液的浓度。本文的主要研究内容分为三部分。根据声子晶体的基础理论推导了平面波展开法的计算过程，并用matlab编程实现了理想声子晶体带隙的计算。利用有限元仿真软件计算了声子晶体的缺陷态、传输特性以及瞬态响应等，通过仿真说明了声子晶体缺陷态色散曲线对传输函数的贡献。声子晶体组元材料的声学参数发生变化时，其能带结构会发生相应的改变，在

6、材料参数变化较小时，可以将带隙内部缺陷态色散曲线的变化看做是一种频移。根据这一性质设计了对声速变化敏感的声子晶体液体传感器原型。采用乙醇/水溶液对上述传感器进行性能测试，结果显示其灵敏度较低，浓度灵敏度约为90-190Hz/1%。对传感器的几何参数进行优化。研究了改变声子晶体波导的核心宽度对带隙内部色散曲线频移的影响，使得第一带隙的灵敏度有所提高。研究了在波导中心添加散射孔、优化其几何尺寸并同时改变波导核心宽度的优化方法，在此情况下获得了315~462Hz/1%的浓度灵敏度，使波导态的带宽频率范围变得更窄，并且在较低浓度时良好的线性。在此基础上调整波导内部中央散射孔的位置，使得波

7、导态色散曲线变得更加平坦，第一带隙波导态色散曲线的带宽小于300Hz，第二带隙小于900Hz。通过分析发现溶液声速与对应浓度的色散曲线中心频率之间的相关系数超过0.998，因此可以认为传感器能够表征溶液的声速变化。关键词：平面波展开法，有限元仿真，能带结构频移，液体传感器IABSTRACTABSTRACTInresponsetothecasesofsellingcounterfeitgasolineblending,seekingforadetectionmethodwhichi