Page 97 - 《应用声学》2022年第3期

第 41 卷 第 3 期 邹亮桃等： 基于指条厚度优化的冷凝式声表面波气体传感器灵敏度提升方法 419

极厚度变化趋势是先升高后下降，最优电极厚度在 3.0
6.4%∼7.6% 之间；当 C7、C8 为实验样品时，灵敏度 2.0
随电极厚度变化趋势是先升高后下降，再小幅度的 C8ळᡑᄊ־ऄϙ/kHz
升高，最优电极厚度在 6.4%∼7.6% 之间。从中可以 1.0
看出实验和理论中器件灵敏度随叉指厚度的变化 0
200 250 300 350 400 450 500 550
趋势吻合良好，这也验证了前面的理论分析。 AlႃౝԒए/nm

图 15 1.5 × 10 −6 C8 引起的响应值随电极厚度变
化实验图
Fig. 15 The experimental graph of the response
caused by 1.5 × 10 −6 of C8 with electrode thick-
ness

4"8ೝ฾٨ 4 结论

本文分析了当负载为液态时，谐振器指条厚
度对 SAW 传感器灵敏度的影响。利用有限元商业
软件建立流固耦合理论和压电耦合相结合的有液
膜负载的仿真模型，结合 COM 模型及 P 矩阵级
图 12 实验平台 联技术，理论计算了 SAW 器件灵敏度随指条厚度
Fig. 12 Experimental platform 的变化曲线；开展了 DMMP、C7、C8 作为实验样
品的响应实验测试，发现实验获得的变化曲线与
理论分析得到的变化曲线大致相符合，最优归一
2.0
0.0016 mg/mlไएᄊDMMP ळᡑᄊᮠဋ־ऄϙ/kHz 1.6 化电极厚度为 6.4%∼7.6% 之间。以 0.0016 mg/mL
DMMP 液膜负载为例，根据实验结果，指条厚度
1.2
h = 461.9 nm 时灵敏度最高 (取均值为 1685 Hz)，
0.8
指条厚度 h = 253.7 nm 时灵敏度最低 (取均值为
0.4
0
系统中SAW检测器的优化设计提供了依据。
200 250 300 350 400 450 500 550 648 Hz)，灵敏度提升了 1.6 倍。该研究为 GC/SAW
AlႃౝԒए/nm
图 13 0.0016 mg/mL DMMP 引起的响应值随电
参 考 文 献
极厚度变化实验图
Fig. 13 The experimental graph of the response [1] Ballantine R D S, White R M, Matin S J, et al. Acoustic
caused by 0.0016 mg/mL of DMMP with electrode wave sensors[M]. San Diego: Academic Press, 1997.
thickness [2] 何世堂, 王文, 刘久玲, 等. 声表面波气体传感器研究进展 [J].
应用声学, 2013, 32(3): 252–262.
He Shitang, Wang Wen, Liu Jiuling, et al. Research
C7ळᡑᄊ־ऄϙ/kHz 0.8 [3] Watson G, Staples E, Horton W. Gas chromatography
1.0
progress of surface acoustic wave based gas sensors[J].
Journal of Applied Acoustics, 2013, 32(3): 252–262.
0.6
0.4
utilizing SAW sensors[C]// IEEE Ultrasonics Symposium.
0.2
IEEE, 1991.
0
200 250 300 350 400 450 500 550 [4] McGill R A, Nguyen V K, Chung R, et al. The ‘NRL-
AlႃౝԒए/nm SAWRHINO’: a nose for toxic gases[J]. Sensors & Actua-
tors B Chemical, 2000, 65(1): 10–13.
图 14 3 × 10 −6 C7 引起的响应值随电极厚度变化
[5] 郭希山, 吴坚, 王立人. 基于气液相转变效应的 SAW 气体传
实验图
感器 [J]. 浙江大学学报 (工学版), 2007, 41(3): 673–678.
Fig. 14 The experimental graph of the response Guo Xishan, Wu Jian, Wang Liren. Surface acoustic
caused by 3 × 10 −6 of C7 with electrode thickness wave gas sensors based on gas-liquid phase transition ef-