梯形变截面悬臂梁式微质量传感器设计与分析.pdf

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1、第25卷第l0期传感技术学报Vo1．25No．10CHINESEJOURNA[OFSENSORSANDACTUATORS2012年10月0ct．2012DesignandAnalysisofMicro-MassSensorBasedonTrapezoidalVariableCross—SectionCantileverGAOReng，ZHAOJian(StateKeyLaboratoryStructuralAnalysisforInduStrialEquipment，SchoolofAutomotiveEngineeringDalianU

2、niversityofTechnology，DalianLiaoning116024，China)Abstract：Atrapezoidalvariablecross—sectioncantileversensorwasdesignedandfabricatedformeasuringsmalllumpedmasses。andthedynamicvibrationmodentheformofsecondorderdifferentia1equationwithvariablecoef-ficientsisestablished．Theco

3、rrespondingmasssensitivitywasobtainedbyfiniteelementmethod(FEM)．Comparingwiththerectangularconstantcross—sectiontype，thesensitivitiesoftheproposedmasssensorswithsinglePZTlayeranddoublePZTlayersareimprovedby127．00％and263．00％，respectively．Byusingwirecuttingtechnology，atrape

4、zoidalvariablecross—sectioncantileversensorwasfabricatedwhichiscomprisedofonePZTlayerbondingtotheelasticcantileverforself-exciting，anditssensitivitywastested．Thefeasibilityofintroducingtrapezoidalvariablecross—sectioncantilevertoimprovethesensitivitywasvalidatedbythegooda

5、greementbetweentheexperimentsandthesimulationresults．Keywords：masssensor；trapezoidalvariablecross—sectioncantilever；sensitivity；resonantfrequencyEEACC：2575；2860doi：10．3969／j．issn．1004—1699．2012．010．005梯形变截面悬臂梁式微质量传感器设计与分析：l=高仁璨，赵剑(大连理工大学，工业装备与结构分析国家重点实验室，汽车工程学院，辽宁大连116024

6、)摘要：针对微小集中质量测量问题，提Ⅲ并制备了一种梯形变截面悬臂梁式微质量传感器，建立了梯形变截面悬臂梁式微质量传感器的振动分析模型。采用有限元方法求解其振动控制方程，获得了微质量传感器的灵敏度。仿真分析结果表明，相对于等截面矩形悬臂梁式微质量传感器，单层压电和双层压电结构的变截面悬臂梁传感器的灵敏度分别提高了127．00％和263．00％。采用线切割工艺，加T_N备了单压电层梯形变截面结构的微质量传感器并对传感器进行了实验测试，在误差允许范围内，仿真结果与实验结果基本一致，验证了采用梯形变截面悬臂梁式结构可以有效的提高传感器的灵敏度关键

7、词：微质量传感器；梯形变截面悬臂梁；灵敏度；谐振频率中图分类号：TP212．2文献标识码：A文章编号：1004—1699(2012)10—1349—05压电式微质量传感器主要通过测量由微小质量的质量吸附面积、结构刚度和质量等都是影响传感引起的结构谐振频率变化量来检测物质成分，具有器灵敏度的关键因素。对于等截面悬臂梁式微质量体积小、反应灵敏及自激励和自感应的特点，在细菌传感器，其谐振频率与结构尺寸相关，尺寸越小谐振和病毒等微生物检测、微小颗粒探测、气／液体成分频率越高，传感器的灵敏度越高。因此，利用先进的和浓度测量等方面具有广泛的应用前景。

8、由于待测工艺技术以制备更加微小尺度的传感器成为提高传物的质量变化极其微小，传感器必须具有很高的灵感器灵敏度的重要手段J。近年来随着微纳米制敏度才能满足高精度的测量要求。悬臂梁式微质量造技术、电