Mô phỏng tần số phi tuyến tính trong bộ cộng hưởng thạch anh ở nhiệt độ và áp suất cao

Để tạo thuận lợi cho việc thiết kế bộ cộng hưởng thạch anh làm cảm biến cho ngành dầu khí, công việc hiện tại tập trung vào phát triển mô hình phần tử hữu hạn ba chiều để tính toán sự thay đổi tần số của bộ cộng hưởng thạch anh dị hướng liên quan đến ứng dụng của nhiệt độ và áp suất. .Khi làm như vậy, mô phỏng sử dụng các phương trình trường tuyến tính gia tăng cho các rung động nhỏ được đặt chồng lên trên môi trường căng thẳng nhiệt đàn hồi phi tuyến, như được đưa ra bởi Lee và Yong [1].Phương pháp này liên quan đến việc giải quyết các phi tuyến hình học và vật liệu cho cả mô hình ứng suất nhiệt và áp điện trong COMSOL.Đáp ứng tần số ở chế độ cắt giảm độ dày của mô hình được đo điểm chuẩn cho dữ liệu cảm biến thử nghiệm với nhiệt độ nằm trong khoảng từ 50°C đến 200°C (với mức tăng 25°C) và áp suất từ ​​14 psi đến 20.000 psi (với mức tăng xấp xỉ 2.000 psi) .Đáp ứng tần số được chuẩn hóa đối với sự thay đổi của áp suất bên ngoài rất phù hợp với dữ liệu thực nghiệm ở nhiệt độ thấp hơn và cũng giống như vậy, đáp ứng tần số nhiệt độ phù hợp tốt với xu hướng thử nghiệm đối với áp suất thấp hơn.Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng đồng thời nhiệt độ và áp suất cao dẫn đến sai số đáng kể trong đáp ứng tần số.Người ta đưa ra giả thuyết rằng sai số gia tăng ở các điều kiện khắc nghiệt là do hiện tại thiếu một số tính chất vật liệu nhất định của thạch anh, được gọi là đạo hàm nhiệt độ của các hệ số đàn hồi bậc ba.
Từ khóa: thạch anh, nhiệt độ, áp suất, cảm biến, phi tuyến