Simulation des non-linéarités de fréquence dans des résonateurs à quartz à la haute température et à la pression

Afin de faciliter la conception des résonateurs à quartz comme capteurs pour l'huile et l'industrie du gaz, des foyers de travail actuel sur le développement d'un modèle d'élément fini tridimensionnel pour calculer le changement de fréquence des résonateurs à quartz anisotropes liés à l'application de la température et de la pression. Ce faisant, la simulation utilise les équations de champ linéaires par accroissement pour de petites vibrations superposées sur des médias soumis à une contrainte thermoélastiques non linéaires, comme donné par Lee et Yong [1]. Cette méthode implique de résoudre des non-linéarités géométriques et matérielles pour les chacun des deux la contrainte thermique et les modèles piézoélectriques dans COMSOL. La réponse en fr3quence de mode d'épaisseur-cisaillement du modèle a été évaluée aux données expérimentales de capteur avec la température s'étendant de 50°C à 200°C (dans augmentations 25°C) et de pression de 14 livres par pouce carré à 20 000 livres par pouce carré (avec des augmentations de 2 000 livres par pouce carré, approximativement). La réponse en fr3quence normale au changement de la pression externe assortie très bien avec des données expérimentales à de plus basses températures, et du même coup, la réponse de température-fréquence a bien assorti la tendance expérimentale pour de plus basses pressions. L'étude a trouvé, cependant, que l'application de la haute température et de la pression mène simultanément à l'erreur considérable dans la réponse en fr3quence. On le présume que l'erreur accrue aux conditions extrêmes est due au manque actuel de certaines propriétés matérielles de quartz, connues sous le nom de dérivés de la température des coefficients élastiques de troisième ordre.
Mots-clés : quartz, la température, pression, capteur, non linéaire