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(shí)際上處于多場(chǎng)耦合的工作環(huán)境中�？紤]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(chǎng)耦合動(dòng)力學(xué)方程,利用多尺度法求出諧振子固有頻率和瞬時(shí)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(duì)時(shí)域動(dòng)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(cè)試系統(tǒng),進(jìn)行了掃頻實(shí)驗(yàn),得到微傳感器的固有頻率,與分析結(jié)果接近,驗(yàn)證了理論分析的正確性。研究結(jié)果對(duì)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(chǎng)耦合結(jié)構(gòu)模型Fig．1Multi-fieldcoupledstructuralmodelofmicroresonator

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

可知:表1系統(tǒng)計(jì)算參數(shù)Tab．1Systemparameters長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)分析懸臂梁振動(dòng)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(shí)兩種情況的響應(yīng)差幅值變大，且隨著初始間隙變化時(shí)響應(yīng)差變化劇烈，因此對(duì)于初始間隙較小時(shí)，兩種分子力對(duì)懸臂梁多場(chǎng)耦合時(shí)的時(shí)域動(dòng)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(shí)響應(yīng)差變化劇烈，因此對(duì)于初始間隙較小時(shí)，兩種分子力對(duì)懸臂梁多場(chǎng)耦合時(shí)的時(shí)域動(dòng)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(shí)驗(yàn)分析懸臂梁振動(dòng)頻率....

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