基于分子-电子感应式加速度计弹性薄膜元件的设计方法

摘要

一种基于分子‑电子感应式加速度计弹性薄膜元件的设计方法，属于传感器技术领域。本发明的目的是通过设计加速度计弹性薄膜元件，能够有效地针对不同的加速度计腔体类型进行弹性薄膜元件的匹配设计，使该弹性薄膜元件能够在具体的测量任务中，将最优的弹性性能与腔体进行配合基于分子‑电子感应式加速度计弹性薄膜元件的设计方法。本发明的分子‑电子感应式加速度计的流体动力学工作原理模型如下：反应腔内的电解液运动通过Navier‑Stokes方程对其完成描述，分子‑电子感应式加速度计的输出方程和电解液的离子迁移效应利用Nernst‑Plank方程对其进行描述，建立薄膜结构与电解液分界面方程通过上面方程的联合求解。本发明调整腔体内电解液离子浓度的运动变化，进而消除腔体内因外界振动产生的非运动方向干扰信号带来的不利影响。

主权项

一种基于分子‑电子感应式加速度计弹性薄膜元件的设计方法，其特征在于：分子‑电子感应式加速度计的流体动力学工作原理模型如下：反应腔内的电解液运动通过Navier‑Stokes方程对其完成描述：其中，为时间；为电解液密度；为电解液粘度；为外界振动激励的加速度；分子‑电子感应式加速度计的输出方程和电解液的离子迁移效应利用Nernst‑Plank方程对其进行描述：其中，是电流密度；,和是电解液中离子的传导系数；,和代表电解液中各类离子的浓度；代表阴阳极之间的电势差；是速度的矢量；F为法拉第常量；是气体常量；其中，是电极表面法向量参数；和是阴阳极的反应常量；n=1是带点离子所带电荷数；为0.5，是电极电子与电荷的转换系数；U为阴阳极之间所加的电压；是电化学反应的平衡电势；模型建立如下：薄膜结构与电解液分界面方程建立：其中，是分界面的等值线，决定了弹性膜结构在某时刻下的位置；则代表流体的速度矢量；为弹性膜的厚度分布；在整个交界面处，全局的密度与粘度的结构方程如下所示：其中，和分别为电解液的密度和粘度，而和则为弹性膜的密度和粘度；在动力学方面，采用Cahn‑Hiliard方程来描述固‑液两相流之间的动力学关系：其中，为电解液的迁移率；为固‑液两相流交界面处的混合能量密度；而混合能量密度与膜的厚度，能够通过表面张力公式对其关系进行描述，有：在整个过程中，质量和动量的传输方程结合了流体动力学模型，有着如下形式的关系：其中，为电解液的密度；为时间；为电解液的速度矢量；为重力加速度；为液体表面张力的矢量。