【摘 要】
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石英晶体微天平(QCM)是一种能感应纳克级质量变化的高精度传感器，是现阶段在各个领域具有广泛应用的新型传感器之一。目前，对石英晶体微天平电极结构的研究还不成熟，仍有许多问
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石英晶体微天平(QCM)是一种能感应纳克级质量变化的高精度传感器，是现阶段在各个领域具有广泛应用的新型传感器之一。目前，对石英晶体微天平电极结构的研究还不成熟，仍有许多问题需要解决，如振动耦合导致的测量精度降低、电极结构对夹具设计的影响、成本等，这些问题都制约着QCM的发展。近年来对QCM电极的研究主要集中在采用解析半解析方法将问题简化为一维、二维模型来分析对称电极结构的QCM，而对于不对称结构QCM以及多通道石英晶体微天平(MQCM)的电极研究仍非常少。本文基于前人的研究成果，通过创新地设计合理的电极结构，旨在减少振动耦合、提高测量精度。文章采用ANSYS有限元分析软件分别研究了对称、不对称电极结构QCM以及MQCM的电极尺寸对振动位移分布以及灵敏度的影响，具体工作成果如下: (1)对当今世界范围内石英晶体微天平的研究及应用状况做了一个全面的介绍，并系统的总结了QCM的工作原理、振动理论等，为进一步对QCM电极结构的分析和设计工作提供了理论依据。 (2)基于能陷理论对对称结构QCM在不同电极尺寸（包括半径和厚度）下的振动耦合、灵敏度、谐振频率等进行了详细分析，提出了减小耦合、提高灵敏度的优化方案，为后面不对称QCM和MQCM的部分电极尺寸提供了可参考的数据依据。 (3)综合分析和比较了不对称结构QCM、MQCM各自的优点，并以上述得到的优化方案为依据，分别研究了不对称结构QCM以及两个谐振元的MQCM的电极尺寸对谐振频率、灵敏度、振动分布的影响，为进一步研究高性能、高灵敏度的QCM提供参考。
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