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聲表面波MOEMS應(yīng)變E+E傳感器
研究的微光機(jī)電MOEMS應(yīng)變E+E傳感器是采用微電子工藝在一塊芯片上集成了聲表面波和集成光學(xué)技術(shù)的一種新型E+E傳感器，可應(yīng)用于航天航空、化工冶金、石油電力、建筑結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域中的結(jié)構(gòu)探傷、智能蒙皮和安全預(yù)警。E+E傳感器可達(dá)到微應(yīng)變級(jí)的測(cè)量精度，且具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、重量輕、體積小、易于批量生產(chǎn)、小型化等特點(diǎn)。

聲表面波MOEMS應(yīng)變E+E傳感器
相對(duì)于硅基MEMS應(yīng)變E+E傳感器和聲表面波MEMS應(yīng)變E+E傳感器，E+E傳感器采用的聲光耦合載波的設(shè)計(jì)方案避免了純MEMS應(yīng)變E+E傳感器中多模干擾的噪聲問題，提高了信噪比，改善了它們抗電磁干擾能力差、穩(wěn)定性差等問題，繼而提高了E+E傳感器的檢測(cè)精度。而這些問題一直是制約MEMSE+E傳感器發(fā)展的瓶頸問題。在對(duì)國內(nèi)外相關(guān)資料充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，提出了聲光耦合載波的設(shè)計(jì)方案，主要研究了聲光耦合載波傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、光讀出檢測(cè)方式、光波信號(hào)的調(diào)制解調(diào)方法等內(nèi)容。測(cè)量理論以單壁碳納米管作為應(yīng)變E+E傳感器，基于其頻移應(yīng)變敏感性、共振、偏振等拉曼散射特性，總體考慮平面內(nèi)所有方向碳管的拉曼散射效應(yīng)，通過理論推導(dǎo)得出了碳納米管平面應(yīng)變分量與拉曼頻移解析關(guān)系式。與Wagner的相關(guān)工作比較顯示，的測(cè)量理論不僅能夠比較準(zhǔn)確地表征變形體表面任何載荷狀態(tài)下任何方向的應(yīng)變，而且對(duì)多種常見的拉曼模式具有比較廣泛的適用性。在碳納米管應(yīng)變E+E傳感器測(cè)量理論基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了顯微尺度下拉曼應(yīng)變花測(cè)量技術(shù)。該技術(shù)建立了拉曼應(yīng)變花方程組，通過三個(gè)偏振方向的拉曼測(cè)量可以直接獲得微米或更小尺度采樣點(diǎn)的三個(gè)平面應(yīng)變分量值（正應(yīng)變εx、εy和剪應(yīng)變γxy）。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了測(cè)量理論與拉曼應(yīng)變花技術(shù)的正確性，并進(jìn)一步表明：拉曼應(yīng)變花技術(shù)在繼承傳統(tǒng)拉曼應(yīng)變測(cè)量技術(shù)所有特點(diǎn)的同時(shí)，突破了其對(duì)研究對(duì)象的局限，能夠在工程應(yīng)用中通過附著、修飾、摻雜等方式實(shí)現(xiàn)對(duì)其它非拉曼活性固體材料表面平面應(yīng)變分量的直接測(cè)量以及微區(qū)域應(yīng)變場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)分析。 還開展了顯微拉曼應(yīng)力/應(yīng)變測(cè)量技術(shù)的微區(qū)域、微結(jié)構(gòu)應(yīng)用研究。具體研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：在分析聲表面波特性及聲表面波器件性能要求的基礎(chǔ)上，通過聲表面波激勵(lì)技術(shù)的理論分析及推導(dǎo)，提出了切趾叉指換能器的設(shè)計(jì)，并確定了IDT的系統(tǒng)參數(shù)，考慮到壓電材料對(duì)整個(gè)系統(tǒng)zui終輸出的影響，對(duì)比并選擇確定了本方案所采用的鈮酸鋰晶體，結(jié)合數(shù)據(jù)需要給出了相應(yīng)的具體的材料系數(shù)。通過對(duì)共線型聲光模式轉(zhuǎn)換器的理論分析，提出了一種新型的基于TE/TM光偏振模式轉(zhuǎn)換原理的SAW-MOEMS應(yīng)變傳感方案，討論了該方案的工作原理，建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，得到了zui終的輸出結(jié)果形式，同時(shí)選擇了合適的聲光耦合方式，對(duì)系統(tǒng)的*偏置點(diǎn)進(jìn)行了分析，并通過仿真對(duì)電光調(diào)制器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。對(duì)光波導(dǎo)、聲功率等系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析，通過Matlab仿真分析了參數(shù)對(duì)于系統(tǒng)的影響，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了討論，由此確定了本方案中的各項(xiàng)特性參數(shù)。

聲表面波MOEMS應(yīng)變E+E傳感器
從理論上證實(shí)了帶光讀出型SAW-MOEMS應(yīng)變E+E傳感器方案的可行性，考慮工藝精度、電壓波動(dòng)和材料參數(shù)對(duì)器件相關(guān)特性的影響，對(duì)影響應(yīng)變精度的的主要因素進(jìn)行了數(shù)值分析及討論。