一种基于AlN压电微型超声接收器的液体密度传感器，抗液体粘度干扰
应用物理
2026-01-06 v1
摘要
为克服传统液体密度传感器的局限性，已开发出基于MEMS的方法。然而，粘度-密度耦合效应常常会影响高粘度液体的测量精度。尽管提出了各种解耦策略，但往往存在复杂且效率低下的问题。本研究提出了一种基于AlN的PMUT液体密度传感器，抗粘度干扰。该传感器采用两个相同PMUT，分别作为发射器和接收器。由发射器产生的超声波在液体表面反射，并被接收器检测。理论计算表明，在激发频率保持不变的情况下，接收电信号的�幅与液体密度呈特定关系，而由于粘度引起的信号�幅变化则可忽略不计。因此，在对PMUT液体密度传感器进行校准时，通过拟合接收信号�幅与密度在0-100%甘油溶液范围内的关系，可实现该设备对该范围内液体密度的测量，无需考虑液体类型和粘度。实验结果表明，该传感器能够准确测量使用甘油校准拟合公式测量的丙二醇溶液密度，计算出的密度误差率在测量的丙二醇溶液密度与实际密度之间保持在0.125%以内，显示出对液体粘度差异的测量不敏感。该方法在高粘度环境（80%-100%甘油溶液）下的最大误差率小于2.5%，仅为其他基于共振频率密度测量方法的1/5。开发的PMUT液体密度传感器的可测密度范围为0.789至1.261 g/cm3。
引用
@article{arxiv.2601.01173,
title = {A Liquid Density Sensor Based On AlN Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transmitter Insensitive to Liquid Viscosity},
author = {Xuecong Fu and Liang Lou and Hao Ren},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.01173},
year = {2026}
}
备注
25 pages, 13 figures