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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)變級的測量精度，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。

聲表面波MOEMS應(yīng)變E+E傳感器
相對于硅基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、光讀出檢測方式、光波信號的調(diào)制解調(diào)方法等內(nèi)容。測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)變花測量技術(shù)。該技術(shù)建立了拉曼應(yīng)變花方程組，通過三個偏振方向的拉曼測量可以直接獲得微米或更小尺度采樣點的三個平面應(yīng)變分量值（正應(yīng)變εx、εy和剪應(yīng)變γxy）。實驗驗證了測量理論與拉曼應(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)變測量技術(shù)所有特點的同時，突破了其對研究對象的局限，能夠在工程應(yīng)用中通過附著、修飾、摻雜等方式實現(xiàn)對其它非拉曼活性固體材料表面平面應(yīng)變分量的直接測量以及微區(qū)域應(yīng)變場的實驗分析。 還開展了顯微拉曼應(yīng)力/應(yīng)變測量技術(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，并確定了IDT的系統(tǒng)參數(shù)，考慮到壓電材料對整個系統(tǒng)zui終輸出的影響，對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，同時選擇了合適的聲光耦合方式，對系統(tǒng)的*偏置點進(jìn)行了分析，并通過仿真對電光調(diào)制器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計。對光波導(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)對于系統(tǒng)的影響，并對仿真結(jié)果進(jìn)行了討論，由此確定了本方案中的各項特性參數(shù)。

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