Geology, geography and global energy
Scientific and Technical Journal
Особенности численного моделирования датчиков на основе поверхностных акустических датчиков на основе поверхностных акустических волн (ПАВ) методом конечных элементов
2011. №4, pp. 113-120
Лунин Леонид Сергеевич - доктор физико-математических наук, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт), Lunin_ls@yandex.ru
Катаев Владимир Федорович - аспирант, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт), kvf@volgodonsk.ru
Крейс Иван Викторович - аспирант, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт), ikreuz@yandex.ru
Датчики на поверхностных акустических волнах служат для измерения физических и химических величин: давления, температуры, химического состава, магнитного поля и др. Принцип их работы основан на двух физических явлениях: ПАВ и пьезоэлектричестве. Рассмотренные в данной статье датчики на поверхностных акустических волнах резонаторного типа. Описываемая конечно-элементная математическая модель и анализ частотной характеристики устройств на ПАВ отличаются от ранее разработанных тем, что моделирование электромеханических свойств датчика производится с минимальным числом допущений и приближений. Распространение ПАВ в пьезоэлектрических материалах описывается двумя системами уравнений: механическими уравнениями движения и уравнениями Максвелла для описания электрических явлений. Так как акустические волны в типичном пьезоэлектрическом материале приблизительно на пять порядков величины медленнее, чем электромагнитные волны, поле пьезоэлектрической связи можно считать квазистатичным. Опрос датчиков может производиться по радиоканалу. При этом сигнал опросного устройства поступает на антенну сенсора, центральная частота которого изменилась под действием приложенного параметра внешней среды (деформации, температуры и т.д.). Ответный сигнал датчика будет нести в себе значение измененной центральной частоты.
Key words: метод конечных элементов, поверхностные акустические волны, датчик, чувствительный элемент, уравнения Максвелла, метод Галеркина, «скайлайн-метод», термостабильный кварц, встречно-штырьевой преобразователь, резонансная частота, деформация
 |
Read |