(3.235.108.188) 您好!臺灣時間:2021/02/26 18:06
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果

詳目顯示:::

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:陳信華
研究生(外文):Hsin-Hua Chen
論文名稱:利用田口式動態訊雜比進行表面聲波氣體感測器之穩健設計
論文名稱(外文):Robust Design of SAW Gas Sensor Using Taguchi Dynamic S/N Method
指導教授:吳德和
指導教授(外文):Der-Ho Wu
學位類別:碩士
校院名稱:國立屏東科技大學
系所名稱:機械工程系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:113
中文關鍵詞:壓電石英晶體表面聲波有限元素分析田口品質工程法
外文關鍵詞:Piezoelectric Quart Crystal (PQC)Surface Acoustic Wave (SAW)Finite Element Method (FEM)Taguchi Method
相關次數:
  • 被引用被引用:14
  • 點閱點閱:221
  • 評分評分:系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔
  • 下載下載:54
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
近年來,表面聲波(Surface Acoustic Waves,SAW)儀器被廣泛應用在微奈米尺度感測器和通訊系統的濾波器等。用於感測器的開發,可作為各種生物化學上的分析檢測等,其主要原因在於表面聲波感測器對於重量變化擁有高靈敏度、構造簡單、體積輕巧且能進行迅速的檢測,以及良好的可靠性等諸多優點。
本研究的目的乃利用有限元素分析(Finite Element Analysis,FEA)的方法對表面聲波元件進行研究。探討當表面聲波元件被覆感測膜並沉積微小質量後,其振盪頻率受微小質量變化之影響,並將其結果與理論值相比較。此外文中也嘗試利用田口品質工程法(Taguchi Method)針對表面聲波感測器的靈敏度進行靜態與動態穩健最佳化之設計。藉由本研究之完成,可提供一套同時具精確且快速省時的完整設計方法,以利業界對表面聲波元件之相關設計研發上更有效益。
Recently, surface acoustic wave (SAW) devices are widely used in chemical sensing applications because of their small size, high sensitivity, a rapid response, high reliability and a straightforward fabrication process.
The purpose of this study is to establish a novel FEM-based methodology for SAW gas sensor. It is well know that micro-mass loading on SAW sensor surface will cause the frequency change. The influence of micro-mass effect on the resonant frequency is investigated through ANSYS simulation and the results are compared with the values obtained theoretically. Moreover, Taguchi method is applied to develop a robust design for the SAW gas sensor. The main objective of the purposed method is to reduce the design and development cost of the SAW gas sensor and to enhance the robustness of its measuring performance.
摘要
英文摘要
誌謝
目錄
圖目錄
表目錄
符號索引
第1章 緒論
1.1 研究背景與動機
1.2 文獻回顧
1.3 全文概述
第2章 表面聲波感測器之原理與特性
2.1 表面聲波感測器之基本原理
2.2 表面聲波感測器之特性
2.2.1 基材材料
2.2.2 交指叉換能器
2.2.3 感測膜
2.3 質量負載效應
第3章 壓電材料
3.1 石英壓電效應
3.2 石英壓電方程式
3.3 ST-cut石英材料參數轉換與計算
第4章 表面聲波感測器模擬分析
4.1 壓電有限元素方程式
4.2 表面聲波元件之靜態分析
4.3 表面聲波元件之振動模態分析
4.4 表面聲波感測器頻率與沉積質量關係之分析
4.4.1 不同特性之感測膜沉積相同氣體質量
4.4.2 相同特性之感測膜沉積不同氣體質量
第5章 表面聲波感測器之最佳化設計
5.1田口法原理
5.1.1 品質特性(目標函數值)的種類
5.1.2 直交表
5.2 田口法分析程序
5.2.1 定義目標函數
5.2.2 定義設計參數與水準
5.2.3 選擇直交表
5.2.4 平均數分析
5.2.5 變異數分析
5.3 表面聲波感測器之田口最佳化
5.3.1靜態最佳化設計
5.3.2動態穩健化設計
第6章 結論與建議
6.1表面聲波之靜態與模態分析方面
6.2田口最佳化設計靜態分析方面
6.3田口穩健化設計動態分析方面
6.4檢討與建議
參考文獻
附錄A
附錄B
作者簡介
1.吳德春(2002)薄膜式表面聲波元件之製作與分析。中原大學電子工程學系碩士論文。
2.吳朗(1994)電子陶瓷-壓電。全欣圖書公司,台北,第7-25頁。
3.李輝煌(2000)田口方法品質設計的原理與實務。高立圖書有限公司,台北,第85-117頁。
4.林俊甫(2003)雙埠表面聲波濾波器的模擬與量測。國立成功大學機械工程研究所碩士論文。
5.高至鈞、汪健民(1989)壓電陶瓷縱談。材料與社會,(26):4-11。
6.康淵、陳信吉(2002)ANSYS入門。全華圖書有限公司,台北,第6章。
7.陳志清(2002)壓電薄膜表面元件之製作。國立台灣大學機械工程研究所碩士論文。
8.彭成鑑(1994)壓電材料。科儀新知,16(6):18-29。
9.楊朝欽(1996)壓電石英晶體上電極界面的修飾與其在生化檢測上的應用。國立成功大學醫學工程研究所碩士論文。
10.蔡國忠(2003)ANSYS 7.0拉伸式入門。全華圖書有限公司,台北,第5章。
11.蔡盈吉(2002)應用有限元素法於石英晶體微量天平之模擬與設計。國立屏東科技大學機械工程研究所碩士論文。
12.羅錦興(1999)田口品質工程指引。中國生產力中心,第1-37頁。
13.Anisimkin, V. I., and E. Verona (1998) New properties of SAW gas sensing. IEEE Trans. Ultr. Ferr. and Freq. Con. 45(5): 1347-1354.
14.Anisimkin, V. I., and E. Verona (2001) New capabilityes for optimizing SAW gas sensors. IEEE Trans. Ultr. Ferr. and Freq. Con. 48(5): 1413-1418.
15.Anisimkin, V. I., C. Caliendo, E. Verona, and M. Penza (1999) A study of SAW gas sensing versus gas concentration. IEEE Ultrasonics Symposium Proc. 1: 485-488.
16.Auld, B. A. (1973) Acoustic Fields and Waves in Solids Vol. I, 265-410. New York, N.Y.: John Wiley and Sons.
17.Ballandras, S., and E. Bigler (1998) Precise modeling of complex SAW structures using a perturbation method hybridized with a finite element analysis. IEEE Trans. Ultr. Ferr. and Freq. Con. 45(3): 567-573.
18.Ballantine, D. S., R. M. White, S. J. Martin, E. T. Zellers, and H. Wohltjen (1997) Acoustic Wave Sensors –Theory, Design and Physico-Chemical Applications, 70-96. San Diego, U.S.A.: Academic Press Inc.
19.Campbell, J. J., and W. R. Jones (1968) A method for estimation optical crystal cuts and propagation for excitation of piezoelectric surface waves. IEEE Trans. Son. Ultrason. 15: 209.
20.Camou, S., S. Ballandras, and T. Pastureaud (1999) A mixed FEM/BEM model to characterize surface waves on multilayer substrate. IEEE Ultrasonics Symposium Proc. 143-146.
21.Christofides, C., and A. Mandelis (1990) Solid-state sensors for trace hydrogen gas detecion. J. Appl. Phys. 68(6): 1-30.
22.Enguang, D., F. Guanping, H. Zhenhua, and C. Dafu (1997) Organic vapor sensors based on SAW resonator and organic films. IEEE Trans. Ultr. Ferr. and Freq. Con. 44(2): 309-314.
23.Finger, N., G. Kovacs, J. Schberl, and U. Langer (2003) Accurate FEM/BEM-simulation of surface acoustic wave filters. IEEE Ultrasonics Symposium Proc. 1680-1685.
24.Ferry, J. D. (1980) Viscoelastic Properties of Polymers. 3rd ed., Ch.1. New York: John Wiley and Sons.
25.Goka, S., K. Okabe, Y. Watanabe, and H. Sekimoto (1999) Fundamental study on multi-mode quartz crystal gas sensors. IEEE Ultrasonics Symposium Proc. 489-492.
26.Gerber, E. A., and R. A. Sykes (1966) State-of-the-art quartz crystal units and oscillators. Proceedings of The IEEE 54(2): 103.
27.Hasegawa, K., and M. Koshiba (1990) Finite-element solution of Rayleigh-wave scattering from reflective gratings on a piezoelectric substrate. IEEE Trans. Ultr. Ferr. and Freq. Con. 85: 277-283.
28.IEEE Standard on Piezoelectricity (1987) ANSI/IEEE Standard 176-1987.
29.Liu, D. Z., R. H. Wang, L. H. Nie, and S. Z. Yao (1996) Determination of dipyridamole by modified extraction-gravimetry with a surface acoustic wave resonator sensors. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis 14: 1471-1477.
30.Marsen, J. W., M. C. Smit, and J. Matze (1957) The Raman and Infro-red spectra of some compounds (iH7C3O)2PXO. Recueil 76: 713-723.
31.McGill, R. A., M. H. Abraham, and J. W. Grate (1994) Choosing polymer coatings for chemical sensors. CHEMTECH 24(9): 27-37.
32.Martin, S. J., G. C. Frye, and S. D. Senturia (1992) Dynamics and response of polymer-coated acoustic devices–effect of viscoelastic properties and film resonance. Analytical Chemistry 66(14): 2201-2219.
33.Nagler, O., M. Trost, B. Hillerich, and F. Kozlowski (1998) Efficient design and optimization of MEMS by integrating commercial simulation tools. Sensors and Actuators A 66: 5-20.
34.Penza, M., E. Milella, and V. I. Anisimkin (1998) Gas sensing properties of Langmuir-Blodgett polypyrrole film investigated by surface acoustic waves. IEEE Trans. Ultr. Ferr. and Freq. Con. 45(5): 1125-1131.
35.Penza, M., E. Milella, and V. I. Anisimkin (1998) Monitoring of NH3 gas by LB polypyrrole-based SAW sensor. Sensors and Actuators B 47: 218-224.
36.Penza, M., F. Antolini, and M. V. Antisari (2004) Carbon nanorubes as SAW chemical sensors materials. Sensors and Actuators 100: 47-59.
37.Rayleigh, L. (1885) On waves propagating along the plane surface of an elastic solid. Proc. London Math. Soc. 7: 4-11.
38.Ristic, V. M. (1983) Principles of Acoustic Devices, Ch. 4 and 6. New York : John Wiley and Sons.
39.Sreenivas, K., M. Sayer, D. J. Baar, and M. Nishioka (1988) Surface acoustic wave propagation on lead zirconate titanate thin films. App. Phys. Lett. 7: 709-711.
40.Shen, Y. T., C. Y. Shen, and L. Wu (2002) Design of ST-cut quartz surface acoustic wave chemical Sensors. Sensors and Actuators 85: 277-283.
41.White, R. M., and F. W. Vlotmer (1965) Direct piezolectric coupling to surface elastic waves. Appl. Phys. Lett. 17: 314-316.
42.Wohltjen, H. (1984) Mechanism of operation and design considerations for surface acoustic wave device vapor sensors. Sensors and Actuators 5: 307-325.
43.Yamazaki, O., T. Mitsuyu, and K. Wasa (1980) ZnO thin-film SAW devices. Transactions on Sonics and Ultrasonics 27(6): 369-379.
44.Zimmermann, B., R. Lucklum, P. Hauptmann, J. Rabe, and S. Buttgenbach (2001) Electrical characterisation of high frequency thickness-shear-mode resonators by impedance analysis. Sensors and Actuators B 76: 47-57.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
系統版面圖檔 系統版面圖檔