质量谐振器的若干反问题研究

The shifts of resonant frequencies are the sensing mechanism of a mass resonator. Adsorbates change the effective mass, stiffness and damping of a mass resonator system. The adsorbate mass, stiffness, location and induced surface stress can all be the physical variables and mechanisms causing the resonant frequency shifts. In the real application of a mass resonator, the resonant frequencies are the measured quantities. Because there are infinite combinations of the above physical variables which can result in a same resonant frequency shift, finding those variables from the measured resonant frequencies forms an inverse problem. Solving this type of inverse problem can reduce the experimental devices for the measurement of some variables, which is of a great help to the mass resonator application. At the same time, the study of this type of inverse problem can also deepen our knowledge on the mechanical properties of mass resonator structures.

质量谐振器的传感机制就是结构的共振频率。吸附物通过改变质量谐振器系统的质量、刚度和阻尼来改变结构的共振频率。吸附物本身的质量，刚度，位置以及引发的表面应力等都是影响的物理参数。在实际应用中，同一个共振频率的变化可以对应上述变量的无穷种组合, 从测得的共振频率的变化来求上述物理变量就形成了一个反问题。研究这类反问题可以减少测量这些物理量的实验装置，同时还能指导实验测量方法，对质量谐振器的应用有极大的促进作用。同时对这类反问题的研究也能加深对质量谐振器结构的力学性能的认识。

质量谐振器的传感机制就是结构的共振频率。吸附物通过改变质量谐振器系统的质量、刚度和阻尼来改变结构的共振频率。吸附物本身的质量，刚度，位置以及引发的表面应力等都是影响的物理参数。在实际应用中，同一个共振频率的变化可以对应上述变量的无穷种组合, 从测得的共振频率的变化来求上述物理变量就形成了一个反问题。研究这类反问题可以减少测量这些物理量的实验装置和指导实验测量方法，对质量谐振器的应用有极大的促进作用。同时对这类反问题的研究也能加深对质量谐振器结构的力学性能的认识。.在该基金项目的支持，我们开展几种广泛使用的谐振器开展了反问题研究，发展了利用多个共振频率求解反问题的新方法。在基金项目的支持下，一共发表14篇通讯作者的期刊论文 (其中12篇为第一作者)。其中包含力学，传感器和工程科学领域的知名期刊,如 International Journal of Solids and Structures（两篇）, Sensors and Actuators B: Chemical（两篇）, Sensors(1篇)，Proceedings of the Royal Society A（1篇），International Journal of Non-linear Mechanics （1篇），International Journal of Mechanical Sciences（1篇）。在项目执行期发表的一些期刊论文，一经发表就得到了国内外知名研究者的重点引用，比如布朗大学Kyung-Suk Kim教授，阿尔伯特大学 Thomas Thundat 教授, 首尔大学Jisoon Ihm教授，斯坦福大学的Ellen Kuhl教授，剑桥大学K. A. Seffen教授，英国卡迪夫大学的Feodor M. Borodich教授， 布鲁塞尔自由大学Fabian Brau教授， 特拉维夫大学Haim Diamant教授，乌克兰科学院Boris A. Galanov教授和上海交通大学张文明教授等知名学者的引用。项目主持人张吟在2015年受Atul Tiwari 教授邀请，撰写了由知名Wiley出版社出版的Materials and Failures in MEMS & NEMS一书的第七章节，将部分的反问题研究内容总结在其中. 项目按照计划书执行并取得了预期的效果。