Optimization Design of a Lamb Wave Device for Density Sensing of Nonviscous Liquid

Zhijun Chen; Lianger Li; Wenkang Shi; Huawei Guo

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Optimization Design of a Lamb Wave Device for Density Sensing of Nonviscous Liquid

机译：用于非粘性液体密度传感的兰姆波装置的优化设计

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A Lamb wave device composed of a piezoelectric plate loaded with a nonviscous liquid layer is presented. The relation between the Lamb wave phase velocity and the liquid density can be used for liquid density sensing. In this paper, utilizing the partial wave theory, the concept of effective permittivity is introduced to analyze the Lamb wave's excitation and the phase velocity calculation under a certain liquid density. The interface between the Lamb wave device and the liquid layer is metallized to eliminate the influence of liquid electrical properties when sensing liquid density. Based on the theory model, the phase difference measurement method is adopted to study the device's sensitivity to liquid density. In order to achieve high sensitivity to liquid density with sufficient excitation efficiency of Lamb wave, the optimal parameters of the Lamb wave device including plate thickness and cut orientation are obtained by numerical calculation. The experimental results are found to be in agreement with the theoretical simulations, verifying the validity of the theory model and the practicability of the optimization design.

机译：提出了一种由装有非粘性液体层的压电板组成的兰姆波装置。兰姆波相速度和液体密度之间的关系可以用于液体密度感测。本文利用偏波理论，引入有效介电常数的概念，分析了一定液体密度下兰姆波的激发和相速度的计算。兰姆波器件和液体层之间的界面被金属化，以消除在感测液体密度时液体电性能的影响。在理论模型的基础上，采用相差测量方法研究了器件对液体密度的敏感性。为了以足够的兰姆波激发效率实现对液体密度的高灵敏度，通过数值计算获得了兰姆波器件的最佳参数，包括板厚和切割方向。实验结果与理论仿真吻合，验证了理论模型的有效性和优化设计的实用性。

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来源
《IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control》 |2007年第10期|p.1949-1959|共11页
作者
Zhijun Chen; Lianger Li; Wenkang Shi; Huawei Guo;
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作者单位

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收录信息
原文格式 PDF
正文语种 eng
中图分类声学工程;计量学;
关键词
density measurement; permittivity; piezoelectric materials; surface acoustic wave devices; Lamb wave device; effective permittivity; excitation efficiency; liquid density sensing; liquid electrical properties; nonviscous liquid; partial wave theory; phase differenc;

机译：密度测量介电常数压电材料表面声波器件兰姆波器件有效介电常数激励效率液体密度传感液体电特性非粘性液体分波理论相差;

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