串联式压电传感器的性能研究

串联式压电传感器具有压电传感器频带宽、灵敏度高、结构简单、信噪比高、价格便宜、可以实时在线检测等优点,在分析测试中得到广泛应用。但现有串联式压电传感器对电导的响应有一缺陷,即只有在低电导率(接近0.01S/m)的条件下,响应灵敏度才高,随着电导率的增加,其灵敏度变差(大于0.1S/m时,频移基本没变化),这一弊端限制了串联式压电传感器在高电导率条件下(如血培养中)的发展与应用。

因此探索影响压电传感器响应性能的因素,提高串联式压电传感器在高电导率条件下的灵敏度,具有十分重要的意义。电极形状的的变化以及电极表面的变化会对电极间的电参数产生影响,从而影响串联式压电传感器的性能。

本文研究了电导电极形状以及叉指金电极表面的改变对串联式压电传感器的影响,以期能够扩大串联式压电传感器的灵敏区间范围,为串联式压电传感器的进一步应用提供理论依据。论文主要的研究工作如下：1研究了串联有不同形状电导电极的串联式压电传感器的谐振频率ΔFS-电导率(以氯化钾溶液浓度表示)响应曲线,得出了电导电极形状的变化与串联式压电传感器响应灵敏区间范围之间的联系。

利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件,仿真模拟计算了不同形状的电导电极间的静电场分布。利用提出的等效电路模型推导了电场强度与谐振频率间的关系,从而成功的说明了因电极形状的变化引起的电极间电场强度的改变是导致压电传感器响应灵敏区间范围移动的原因。

2研究了在叉指金电极表面修饰具有生物相容性的纳米材料(纳米金、碳纳米管、石墨烯)后对压电传感器谐振频率ΔFS-电导率(以氯化钾溶液浓度表示)

响应曲线的影响。利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真模拟软件,模拟计算了叉指金电极表面修饰纳米材料后电场强度的变化。

利用提出的等效电路模型推导了叉指电极修饰纳米材料后对压电传感器灵敏区间范围的影响。3研究了在叉指金电极表面修饰导电高分子材料后对压电传感器谐振频率ΔFS-电导率(以氯化钾溶液浓度表示)响应曲线的影响。

利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真模拟软件,模拟计算了叉指金电极表面修饰导电高分子材料后电场强度的变化。利用提出的等效电路模型推导了叉指电极修饰导电高分子材料后对压电传感器灵敏区间范围的影响。