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国内外对谐振式液位传感器的研究成果

文章来源:吉创仪表 作者:小艾 发布时间:2019-04-09 10:13:09 浏览量:
谐振式石英晶体传感器被广泛应用于科技的各个领域,具有很高的灵敏度和精度、结构简单、寿命长、功耗低、环境适应能力强等优点,是一种低成本的检测器件365体育投注app。
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国外研究现状

对于石英晶体微天平(QCM)的研究,国外的学者主要集中在气相、液相、固相的测量中,广泛涉及生物测量、化学检测等各个领域,对物质的鉴定、检测以及监控起到很大的作用365体育网址。

自 1959 年,Sauerbrey 发现了谐振频率的变化与石英晶体表面接触的质量的变化关系以后,石英晶体微天平开始的到了基础的研究和发展365体育开户。

60 年代中期,用于气相检测的传感器被系统的研究,最主要的应用方面是对化学性质的分析,最主要的代表有 King与 J.F.Alde365体育开户。

70 年代初期,Shons 等人第一个压电免疫传感器被研究出来,为免疫传感器的成长奠定了坚固的基础,对于后续的研究工作提供了理论依据365体育官网app下载。

80 年代,压电石英晶体微天平(QCM)原理得到了广泛的应用于研究,Guilbault 研制出甲醛检测的压电传感器;Nomura 等将压电石英晶体微天平原理与液相测量进行有效的结合,分析出关键参数之间的关系;Konash 等在严格控制液体测试环境与条件的前提下,得到谐振频率与电极表面质量之间的关系,石英晶体微天平在液体测量应用更为广泛365体育开户。

近年来国外利用压电材料作为传感器的研究有很多365体育导航。Alava 和 Mathieu 等人在液体媒质中利用压电驱动和压阻探测做硅基微薄膜传感器365体育官网app下载。第一次实现了物理上压电驱动和压阻探测在谐振微薄膜上的结合,可以用做微重力生物传感器365体育开户。这种振动是由 PbZrxTi1−xO3 46 / 54 薄层利用逆压电效应提供给微薄膜的365体育导航。振动的振幅通过测量压阻元件的精确变化而读出,压阻元件被紧紧固定在为薄膜的边缘365体育官网app下载。

该研究记录了空气和结冰的水中微薄膜共振频率的测试365体育开户。并且描述了专用的闭环电特性365体育导航。当提高响应品质因数等参数时,在液体中可以利用四个微薄膜来解决共振问题365体育官网app下载。并研究了(0,1)振动模式下加至 11 层微薄膜在液体中的品质因素365体育开户。

Shuvo Roy, Alain Izad 等人做出了相关基于压电谐振传感器的智能冰探测系统的研究365体育导航。冰探测系统是由一个谐振压电敏感元件和一个微控制处理器组成的365体育官网app下载。能自动的感受到水和冰面的厚度为 0.5mm365体育充值。传感器表面和水面冰面的接触改变了有效质量和传感器振动的刚度365体育竞猜。这些振动通过测量传感器的共振频率来获得365体育官方中文版。在冰逐渐结冰层时传感器的共振频率平稳增加365体育充值。冰层 0.06mm 厚时共振频率 14kHz,达到 0.45mm 时共振频率达到 28kHz365体育竞猜。相反地,水层 0.06mm 时共振频率为 10kHz 而达到 0.45mm 时共振频率减小到 9.5kHz365体育官方中文版。方便、低能耗微控制处理电路用来测量共振频率决定了水或冰面在传感器表面的现实状态365体育充值。

Thomas Voglhuber–Brunnmaier, Bernhard Jakoby 对于应用光谱方法侧面激励压电陶瓷流体传感器的建模的研究365体育竞猜。侧面激励 LFE 和厚度方向激励 TFE 的压电陶瓷传感器在振动上是不同的,特别是在液体传感器方面365体育官方中文版。着重描述了在光谱中薄层结构的 LFE 振动模式的模型365体育充值。尤其是压电片与液体相互作用时,利用有限元分析以及其他分析方法太过复杂365体育竞猜。可以利用模拟设置计算频率和电学、机械特性365体育官方中文版。做出了测量液体粘度和电导率等特性的模拟对比结果365体育充值。

为提高灵敏度,Schmit 采用变分近似法分析了 AT 切割最佳温度系数,得到最优角度,用来测量液体的机械变化365体育竞猜。Kanazawa 建立了电-机模型,研究出既适用于稳态情况,也适用于暂态情景的模型,分析了机械性质与频率响应之间的关系365体育官方中文版。

国外的研究团队主要是针对 QCM 的结构设计以及应用进行研究,主要的研究中心有德国马德堡大学、瑞典哥德堡大学以及由美国能源部支持的美国圣地亚国家实验室365体育开户。QCM 在生物化学领域主要的研究方向有免疫传感器、基因传感器、蛋白质传感器、灰尘传感器、流体传感器、电化学传感器、气体传感器365体育导航。


国内研究现状

国内对于液体测量方面也有相应的研究,对于液位测量方面,主要采用了超声波系统检测,对于新型的液位监测系统,主要集中在某些特定的型号上,整个监测系统的灵敏度也是很高的,可以达到规定的某些量级365体育官网app下载。在液位检测中,主要应用到油箱液位检测和某些大型的工业生产中,对于检测对象的质量大部分采用的是较大质量的检测365体育开户。

对于液体密度、粘度,以及微生物检测、气体液体成分检测也有相应的研究365体育导航。利用压电元件的逆压电效应365体育官网app下载。通过对共振频率以及阻抗特性的变化来测量365体育开户。

我国对于液位传感器以及谐振式压电传感器的研究也极为重视,很多研究所与研究院对这些方面做了详细的研究365体育导航。

1、北京航空航天大学与中国科技研究院等研究中心对谐振式压力传感器进行了研究,设计出精度可达到 0.37%的传感器365体育官网app下载。采用电阻热激励、压阻电桥检测的原理,在微加速度传感器方面得到了重大的突破365体育开户。

2、清华大学微电子所对谐振式微加速度传感器进行研发,设计出了新型的结构365体育导航。

3、西安交通大学研究利用厚度剪切原理制作了一种微谐振式温度传感器365体育官网app下载。

4、清华大学研究所的研究内容还有力敏微传感器的研究365体育开户。

5、王骥等人利用 Mindlin 板理论对 AT 切型石英晶体压电材料进行了系统的设计,计算出液体性质和石英晶体设计的关系365体育导航。

6、河海大学徐群等人主要应用矩阵键盘扫描的方式,设计了干簧管液位传感器,设计出价值高,结构简单的液位传感器365体育官网app下载。

7、在液位传感器系统的检测方面,谢红等老师对系统进行了设计与分析,作出了根本上的实验对比,从根本上解决了传感器的检测问题,提出了新型的方案365体育开户。

 

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