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音叉式石英晶体温度传感器的研究

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目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题的目的和意义

1.2石英晶体温度传感器的国际研究现状

1.2.1石英晶体温度传感器的振动理论

1.2.2石英晶体温度传感器的设计方法

1.2.3石英晶体温度传感器的机—电耦合分析

1.3石英晶体温度传感器的国内研究现状

1.4课题研究的主要内容

第2章石英晶体温度传感器的弯曲振动分析

2.1引言

2.2音叉式石英晶片的弯曲振动方程

2.2.1音叉式石英晶片弯曲振动的分析

2.2.2石英悬臂梁的弯曲振动方程

2.3石英悬臂梁的弯曲谐振频率

2.4本章小结

第3章石英晶体温度传感器的可视化设计

3.1引言

3.2石英晶体温度传感器热敏切型的设计

3.2.1石英晶体弹性性质与双转角切型的关系

3.2.2石英晶体压电性质与双转角切型的关系

3.2.3石英晶体频率—温度特性与双转角切型的关系

3.3石英晶体温度传感器切型的确定

3.4石英晶体温度传感器的制作

3.5本章小结

第4章石英晶体温度传感器的有限元分析

4.1引言

4.2石英晶体的本构方程

4.2.1石英晶体的力学性质

4.2.2石英晶体的电学性质

4.2.3石英晶体的压电效应

4.2.4石英晶体的压电方程

4.3石英晶体的基本方程

4.4石英晶体的动力学有限元分析

4.4.1压电石英晶体的动力学方程

4.4.2压电石英晶体有限元分析过程

4.5音叉式石英晶体的有限元数值计算

4.6本章小结

第5章石英晶体温度传感器的特性

5.1压电石英晶体温度传感器的电气特性

5.2石英晶体温度传感器的特性

5.2.1石英晶体温度传感器的静态频率—温度特性

5.2.2石英晶体温度传感器的动态频率—温度特性

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间所发表的论文

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书

致谢

个人简历

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摘要

本文旨在对音叉式石英晶体温度传感器的设计理论进行研究,结合可视化计算方法,建立石英晶体温度传感器的新的设计方法,并提出一种新的石英晶体温度传感器切型.本文的工作按如下四个方面展开:1.音叉式石英晶体温度传感器所要求的压电石英晶片尺寸较小,不满足欧拉-贝努利(Euler-Beroulli)梁长度与截面高度比的力学条件,本文在将石英音叉臂简化为悬臂梁的基础上,考虑剪切变形和转动惯量对压电石英悬臂梁弯曲振动的影响,对跨度短而截面高的压电石英悬臂梁的振动特性进行分析,对压电石英悬臂梁的弯曲振动方程进行推导,采用分离变量法对压电悬臂梁的宽度弯曲振动固有频率进行求解.2.通过对压电石英晶体的各向异性特性的分析,提出以ZYtw(θ/φ)双转角切型作为音叉式石英晶体温度传感器的新切型.根据压电谐振传感器的设计理论,以宽温度范围内最高的一阶频率-温度系数为目标,基于可视化计算方法对切型的双转角进行角度设计.首先,利用坐标旋转及其变换关系,推导ZYtw(θ/φ)切型的坐标变换矩阵,并依此计算石英晶体弹性柔顺常数矩阵与双转角θ和φ的关系,然后利用可视化计算方法对具有单一振动频率的双转角θ和φ的取值范围进行分析;其次,利用ZYtw(θ/φ)切型的坐标变换关系,对压电活力与双转角θ和φ的关系进行讨论;最后,由石英晶体弯曲振动固有频率公式对石英晶片的一阶频率-温度系数进行推导计算,讨论适合温度测量的切角范围,并对切角θ和φ的加工误差对一阶频率-温度系数的影响进行研究.3.结合压电石英晶体的本构方程,平衡方程,几何方程,以及相应的边界条件,利用弹性动力学和Hamilton原理,根据有限元的标准步骤,推导出压电石英晶体的有限元一般公式.并对新切型的音叉式石英晶片进行有限元仿真分析计算.4.基于理论计算和仿真结果,对音叉式石英温度传感器进行结构设计,进一步对ZYtw(115°/-12°)新切型音叉式石英晶体温度传感器进行加工试制.并测试该音叉式石英晶体温度传感器的电气参数,建立起传感器的等效电路,对其阻抗特性进行推导.在石英晶体温度传感器的静、动态频率-温度特性实验的基础上,建立起石英晶体温度传感器的静、动态数学模型.最后,测试新切型音叉式石英晶体温度传感器的各项性能指标.

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