王南飞等：基于ANSYS的新型聚合物石英压电传感器振动性能分析 ·305· 表3新型聚合物石英压电传感器前10阶阵型分析结果 (1)r∈[0.2,0.5]：频率值较稳定，即此范围内聚 Table 3 Vibration model of the sensor under different orders 合物薄膜缺陷半径的变化对传感器频率稳定性影响 阶数 振型 较小； 1 沿与双边支撑线垂直方向存在较大辐度来回振动 (2)r∈[0.5,3.0]：频率变化率稳定，即此范围内 2 中心等幅上下振动 随着聚合物薄膜缺陷半径的增大，频率稳定下降趋势， 3 沿与双边支撑线垂直方向振动 此时聚合物薄膜缺陷半径的变化对传感器工作性能影 4 沿与双边支撑线45双，135边方向对称振动 响较大； 5 沿与双边支撑线45双，135边方向同向振动 (3)r∈[3.0,3.5]：频率变化率不稳定，传感器的 6 沿与双边支撑线垂直方向小幅反向振动 工作频率随缺陷半径值的增大呈阶跃变化，传感器工 7 沿与双边支撑线45双、90双，135边方向同向振动 作性能不稳定 沿与双边支撑线方向二次回摆，周边同向振动 上述分析结果说明，新型聚合物石英压电传感 沿与双边支撑线垂直方向二次回摆，周边同向振动 器的制备中应严格控制中心缺陷半径在0.5mm范 10 沿与双边支撑线45双，135边方向反向振动 围内 表4不同缺陷尺寸下1~10阶振动颜率值 Table 4 Vibration frequeney values of the sensor with different defect sizes 缺陷半径 阶数 r/mm 2 3 J 6 7 9 10 0.2 203.46 230.59 614.15 648.21 652.14 1264.70 1347.0 1383.6 1454.3 2116.20 0.4 203.19 229.98 610.21 646.71 651.39 1263.10 1344.4 1381.8 1452.4 2111.50 0.5 203.11 229.56 607.38 645.76 650.97 1262.05 1343.0 1380.0 1450.7 2113.85 0.6 202.92 229.15 604.55 644.80 650.55 1261.00 1341.6 1378.2 1449.0 2106.20 0.8 202.61 228.11 597.73 642.50 649.45 1257.70 1338.5 1371.4 1442.8 2100.40 1.0 202.26 226.93 590.38 639.92 647.99 1252.50 1335.3 1360.6 1433.0 2094.40 1.2 201.81 225.62 582.85 637.06 645.99 1244.70 1331.9 1345.2 1419.3 2087.70 1.4 201.25 224.23 575.52 633.98 643.35 1233.90 1326.2 1328.1 1403.0 2079.40 1.6 200.53 222.73 568.45 630.61 639.92 1219.90 1304.5 1323.3 1385.4 2068.10 1.8 199.61 221.16 561.74 626.91 635.66 1203.00 1282.2 1317.2 1368.0 2052.70 2.0 198.49 219.57 555.50 622.79 630.66 1184.20 1261.4 1309.3 1351.6 2032.40 2.2 197.10 217.90 549.49 618.11 624.89 1164.40 1242.7 1299.2 1335.8 2007.00 2.4 195.42 216.10 543.54 612.68 618.35 1144.90 1226.7 1286.8 1320.2 1977.20 2.6 193.45 214.24 537.73 606.48 611.30 1126.50 1214.3 1272.4 1304.4 1945.60 2.8 191.05 212.05 531.46 599.07 603.26 1108.40 1202.9 1255.1 1286.6 1911.50 3.0 188.37 209.66 525.25 590.95 594.77 1092.10 1193.3 1236.0 1267.9 1878.70 3.2 188.40 210.93 523.04 582.16 618.31 1091.30 1190.7 1229.0 1318.1 1868.10 3.4 192.31 212.73 521.34 606.75 610.36 1090.80 1190.5 1278.3 1301.3 1873.70 3.5 193.73 212.40 516.36 611.12 611.81 1083.00 1182.2 1269.8 1295.3 1870.90 3.2含缺陷的薄膜厚度对新型传感器振动频率的影 振型频率值如图6所示 响分析 根据新型聚合物石英压电传感器在缺陷半径为 利用ANSYS模态分析提取得到的在缺陷半径为 0.5mm、薄膜厚度为[1,15]um情况下的1~10阶固 0.5mm、不同薄膜厚度尺寸([1,15]um)条件下1~ 有频率值可知，随着薄膜厚度的增加，其固有频率值成 10阶振型所对应的频率值如表5所示. 线性增加的趋势 不同薄膜厚度尺寸([1,15]m)条件下1~10阶 上述结果说明，新型聚合物石英压电传感器的表王南飞等: 基于 ANSYS 的新型聚合物石英压电传感器振动性能分析 表 3 新型聚合物石英压电传感器前 10 阶阵型分析结果 Table 3 Vibration model of the sensor under different orders 阶数 振型 1 沿与双边支撑线垂直方向存在较大幅度来回振动 2 中心等幅上下振动 3 沿与双边支撑线垂直方向振动 4 沿与双边支撑线 45 双、135 边方向对称振动 5 沿与双边支撑线 45 双、135 边方向同向振动 6 沿与双边支撑线垂直方向小幅反向振动 7 沿与双边支撑线 45 双、90 双、135 边方向同向振动 8 沿与双边支撑线方向二次回摆,周边同向振动 9 沿与双边支撑线垂直方向二次回摆,周边同向振动 10 沿与双边支撑线 45 双、135 边方向反向振动 (1)r沂[0郾 2,0郾 5]:频率值较稳定,即此范围内聚 合物薄膜缺陷半径的变化对传感器频率稳定性影响 较小; (2)r沂[0郾 5,3郾 0]:频率变化率稳定,即此范围内 随着聚合物薄膜缺陷半径的增大,频率稳定下降趋势, 此时聚合物薄膜缺陷半径的变化对传感器工作性能影 响较大; (3)r沂[3郾 0,3郾 5]:频率变化率不稳定,传感器的 工作频率随缺陷半径值的增大呈阶跃变化,传感器工 作性能不稳定. 上述分析结果说明,新型聚合物石英压电传感 器的制备中应严格控制中心缺陷半径在 0郾 5 mm 范 围内. 表 4 不同缺陷尺寸下 1 ~ 10 阶振动频率值 Table 4 Vibration frequency values of the sensor with different defect sizes 缺陷半径, r/ mm 阶数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0郾 2 203郾 46 230郾 59 614郾 15 648郾 21 652郾 14 1264郾 70 1347郾 0 1383郾 6 1454郾 3 2116郾 20 0郾 4 203郾 19 229郾 98 610郾 21 646郾 71 651郾 39 1263郾 10 1344郾 4 1381郾 8 1452郾 4 2111郾 50 0郾 5 203郾 11 229郾 56 607郾 38 645郾 76 650郾 97 1262郾 05 1343郾 0 1380郾 0 1450郾 7 2113郾 85 0郾 6 202郾 92 229郾 15 604郾 55 644郾 80 650郾 55 1261郾 00 1341郾 6 1378郾 2 1449郾 0 2106郾 20 0郾 8 202郾 61 228郾 11 597郾 73 642郾 50 649郾 45 1257郾 70 1338郾 5 1371郾 4 1442郾 8 2100郾 40 1郾 0 202郾 26 226郾 93 590郾 38 639郾 92 647郾 99 1252郾 50 1335郾 3 1360郾 6 1433郾 0 2094郾 40 1郾 2 201郾 81 225郾 62 582郾 85 637郾 06 645郾 99 1244郾 70 1331郾 9 1345郾 2 1419郾 3 2087郾 70 1郾 4 201郾 25 224郾 23 575郾 52 633郾 98 643郾 35 1233郾 90 1326郾 2 1328郾 1 1403郾 0 2079郾 40 1郾 6 200郾 53 222郾 73 568郾 45 630郾 61 639郾 92 1219郾 90 1304郾 5 1323郾 3 1385郾 4 2068郾 10 1郾 8 199郾 61 221郾 16 561郾 74 626郾 91 635郾 66 1203郾 00 1282郾 2 1317郾 2 1368郾 0 2052郾 70 2郾 0 198郾 49 219郾 57 555郾 50 622郾 79 630郾 66 1184郾 20 1261郾 4 1309郾 3 1351郾 6 2032郾 40 2郾 2 197郾 10 217郾 90 549郾 49 618郾 11 624郾 89 1164郾 40 1242郾 7 1299郾 2 1335郾 8 2007郾 00 2郾 4 195郾 42 216郾 10 543郾 54 612郾 68 618郾 35 1144郾 90 1226郾 7 1286郾 8 1320郾 2 1977郾 20 2郾 6 193郾 45 214郾 24 537郾 73 606郾 48 611郾 30 1126郾 50 1214郾 3 1272郾 4 1304郾 4 1945郾 60 2郾 8 191郾 05 212郾 05 531郾 46 599郾 07 603郾 26 1108郾 40 1202郾 9 1255郾 1 1286郾 6 1911郾 50 3郾 0 188郾 37 209郾 66 525郾 25 590郾 95 594郾 77 1092郾 10 1193郾 3 1236郾 0 1267郾 9 1878郾 70 3郾 2 188郾 40 210郾 93 523郾 04 582郾 16 618郾 31 1091郾 30 1190郾 7 1229郾 0 1318郾 1 1868郾 10 3郾 4 192郾 31 212郾 73 521郾 34 606郾 75 610郾 36 1090郾 80 1190郾 5 1278郾 3 1301郾 3 1873郾 70 3郾 5 193郾 73 212郾 40 516郾 36 611郾 12 611郾 81 1083郾 00 1182郾 2 1269郾 8 1295郾 3 1870郾 90 3郾 2 含缺陷的薄膜厚度对新型传感器振动频率的影 响分析 利用 ANSYS 模态分析提取得到的在缺陷半径为 0郾 5 mm、不同薄膜厚度尺寸([1,15] 滋m) 条件下 1 ~ 10 阶振型所对应的频率值如表 5 所示. 不同薄膜厚度尺寸([1,15] 滋m)条件下 1 ~ 10 阶 振型频率值如图 6 所示. 根据新型聚合物石英压电传感器在缺陷半径为 0郾 5 mm、薄膜厚度为[1,15] 滋m 情况下的 1 ~ 10 阶固 有频率值可知,随着薄膜厚度的增加,其固有频率值成 线性增加的趋势. 上述结果说明,新型聚合物石英压电传感器的表 ·305·