基于ANSYS的声表面波氢气传感器压电分析.pdf

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1、第24卷第7期传感技术学报Vo1．24No．7CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSJuly20112011年7月ThePiezoelectricAnalysisofSAWHydrogenSensorBasedonANSYSDONGNingning，YINChenbo，ZHANGZili，ZHUBin(SchoolofMechanicalandPowerEngin，NanjingUniversityofTechnology，Nanfing210009，China)Abstract：Thestructureofthesurfaceacousticwave(

2、SAW)sensorwasdesigned．ThefiniteelementmodelofSAWhydrogensensorwasdevelopedandsimulatedusingANSYSplatform．Asthesensorwasexposedto1000×10一。hydrogen，thethickness，thedensityandtheelasticmodulusofthePdfilmhavechangedcorrespondingly，whichleadtothechangeofoutputvoltageandfrequency．WhenthethicknessofPdf

3、ilmincreased，transmissionofSAWinthepiezoelectricsubstratesloweddown，thefrequencybecamesmallerandtheamplitudeoftheoutputvoltageincreased；whenthedensitydecreased，theamplitudeoftheoutputvoltagebecamesmaller；whentheelasticdecreased，theamplitudeofoutputvoltageincreasedandhaveaslightdelay．Keywords：sur

4、faceacousticwave(SAW)；Hydrogensensor；ANSYS；piezoelectricanalysisEEACC：B50doi：10．3969／j．issn．1004-1699．2011．07．004基于ANSYS的声表面波氢气传感器压电分析术董宁宁，殷晨波，张子立，朱斌(南京工业大学机械与动力工程学院，南京210009)摘要：设计了声表面波氢气传感器的结构，利用ANSYS软件建立了声表面波传感器的有限元模型，并对SAW氢气传感器进行了仿真，最后用数据处理软件Origin分析了敏感薄膜的材料参数对传感器输出的影响。传感器通入1000×10的氢气后，钯膜的厚度、

5、密度、弹性模量等发生了相应改变，进而导致输出电压、频率等发生改变。分析表明：钯膜的厚度增大时，声表面波在压电基底上的传播速度减慢，频率变小，输出端电压的幅值增大；钯膜的密度变小时，输出端电压的幅值变小；钯膜的弹性模量变小时，输出端电压的幅值增大，时间上略有延迟。·关键词：声表面波；氢气传感器；ANSYS；压电分析中图分类号：TP212．2文献标识码：A文章编号：1004-1699(2011)07-0950-04声表面波(SurfaceAcousticWave，SAW)是一种成为进行SAW器件仿真的一个热点。本文采用能在压电衬底表面产生并传播的机械波(或称弹性ANSYS仿真中的稀疏矩阵法

6、分别分析了钯膜的厚波)，在介质表面进行换能和传播，其振幅随深入压度、密度和弹性模量等材料参数对输出结果的影响。电衬底的深度按指数规律衰减。SAW传感器具有1SAW氢气传感器的压电分析体积小、分辨率高、成本低、灵敏度高，易实现微型化、集成化和智能化，易与计算机接口并能实现远距1．1SAW氢气传感器的结构及原理离检测等多种优点。经过数十年的研究，H、NO、建模过程中，我们设传感器的高度为138txm，长CO等SAW气体传感器被越来越广泛地应用在有害度和宽度都为523．2um。钯膜放置在压电材料的中气体检测、临床分析等领域，在面向产业化方面取得央，尺寸为65／．zmx138Ixmx1m。输人

7、和输出端的了实质性的进展⋯。目前常用的SAW气体传感器叉指形电极分布在钯膜的两侧，叉指电极的周期为有两种：谐振器型与延迟线型J。46m，等于声表面波在压电材料PZr4中传播的波ANSYS作为一种商业有限元分析软件由于它具长，声表面波在两端电极间的传播距离等于三个波长有良好的用户界面，强大的求解器和通用性等优点而的长度138m。声波在PZrr4中的传播速度为4600项目来源：国家自然科学基金项目(50875122)；江苏省自然科学基金(BK200