隨著諧振子尺寸的不斷減小,分子力等因素的影響越來越顯著,微型諧振氣體傳感器的諧振子實際上處于多場耦合的工作環(huán)境中。考慮分子力、熱應(yīng)力和吸附氣體濃度的影響,建立了諧振子的多場耦合動力學(xué)方程,利用多尺度法求出諧振子固有頻率和瞬時頻率,研究了諧振子固有頻率隨分子力、吸附氣體濃度以及溫度的變化規(guī)律,分析了系統(tǒng)參數(shù)對時域動態(tài)響應(yīng)的影響。利用制造出的微型諧振氣體傳感器及測試系統(tǒng),進(jìn)行了掃頻實驗,得到微傳感器的固有頻率,與分析結(jié)果接近,驗證了理論分析的正確性。研究結(jié)果對于傳感器進(jìn)一步微型化具有指導(dǎo)意義。

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圖1微諧振子多場耦合結(jié)構(gòu)模型Fig．1Multi-fieldcoupledstructuralmodelofmicroresonator

圖2瞬時頻率響應(yīng)曲線Fig．2Instantaneousfrequencyresponsecurve

可知:表1系統(tǒng)計算參數(shù)Tab．1Systemparameters長度l/μm寬度b/μm硅厚度/nm銅厚度/nm敏感層厚度/nm間隙/μm1454573652002000．2表2各階固有頻率Tab．2ThenaturalfrequencyofeachorderHz階數(shù)1234ω1....

圖5響應(yīng)差隨懸臂梁間隙變化Fig．5Differenceofthevibratingamplitudesasgap2．3實驗分析懸臂梁振動頻率是諧振式氣體傳感器的關(guān)鍵參

(3)隨著懸臂梁與基體的間隙變小時兩種情況的響應(yīng)差幅值變大，且隨著初始間隙變化時響應(yīng)差變化劇烈，因此對于初始間隙較小時，兩種分子力對懸臂梁多場耦合時的時域動態(tài)響應(yīng)影響較大，不可忽略。圖5響應(yīng)差隨懸臂梁間隙變化Fig．5Differenceofthevibratingamplitu....

圖6微型諧振子及氣體傳感器Fig．6Microresonatorandgassensor

響應(yīng)差幅值變大，且隨著初始間隙變化時響應(yīng)差變化劇烈，因此對于初始間隙較小時，兩種分子力對懸臂梁多場耦合時的時域動態(tài)響應(yīng)影響較大，不可忽略。圖5響應(yīng)差隨懸臂梁間隙變化Fig．5Differenceofthevibratingamplitudesasgap2．3實驗分析懸臂梁振動頻率....

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