专利名称：无线无源声表面波阻抗负载传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于声表面波技术领域，具体涉及一种适于无线无源测量，可以外接多种 传感器的声表面波传感器。
背景技术：
声表面波传感器是利用外界因素(如温度，压力，磁�。绯〉�)会影响声表面波 的传输特性而实现传感的一种器件。在传感技术迅猛发展的今天，对于许多特殊场合，传感 器和被测单元间的连线通常是无法实现的，必须采用无线传感器来实现测量。由于声表面 波器件本身工作在射频波段，无源且抗电磁干扰能力强，因此用声表面波技术实现的无源 无线传感器具有一定独特的优势，其主要特点是读取范围大且可靠，使用纯声表面波器件 理论上可以得到长达20米的读出距离；可使用在金属和液体产品上；传感器芯片与天线匹 配简单，制作工艺成本低；不仅能识别静止物体，而且能识别速度达300千米/小时的高速 运动物体；可在高温差(-100°C 300°C )、强电磁干扰等恶劣环境下使用。无线无源声表面波传感器和射频询问单元组成无线无源声表面波测试系统。射频 询问单元可以是各种形式的接收发射机。无线无源声表面波传感器的工作原理是首先，射频询问单元发出高频询问信号， 信号被直接与声表面波芯片上的叉指换能器(IDT)相连的天线接收，转换成电信号。叉指 换能器将电信号转换成在压电晶体表面传播的声表面波，部分声表面波能量被传播路径上 的反射条纹反射回来，再通过叉指换能器将声信号转换成电信号，然后由天线发送出去。射 频接收器接收到由声表面波传感器的天线发送出来的反馈信号，将其送到计算机或其他信 号处理单元进行信号处理。外界被感知量的信息以及声表面波传感器的身份识别信息都包 含在反馈信号中，通过对这些信息的提取最终达到无线无源测量的目的。目前无线无源声表面波传感器多采用独石型结构，也就是传感部分和信号传送部 分集中在一块芯片上，当测量气体、液体时要将测试窗口暴露在被测量中，极易对器件造成 损害。
发明内容
本发明提出一种无线无源阻抗负载声表面波传感器，可以将易受外界影响的传感 部分与信号传送部分分开，在声表面波信号传送芯片的反射器上外挂传统传感器构成组合 型传感器。外接传感器自身的阻抗变化会影响所连接的反射器的电学性质，从而反射波的 相位、幅度都会发生变化，实现传感的目的。本发明涉及一种以压电材料为衬底的传感器，该压电材料可以为石英晶体、铌酸 锂晶体或者钽酸锂晶体。在其表面构建低损耗延迟线型传感器，其表面图案包括输入/输 出叉指换能器及其传输路径上分布的可编程反射栅。反射栅之一与外接传统阻抗式传感器 相连，构成传感系统，其余反射栅用于参比或编码。为实现本发明的目的所采用的具体技术方案如下
一种压力传感器，包括天线、输入/输出叉指换能器、压电基片、参比反射栅、测量 反射栅和阻抗变化的外接传感器，所述输入/输出叉指换能器、参比反射栅和测量反射栅) 设置在压电基片上，所述测量反射栅连接所述阻抗变化的外接传感器，所述天线与输入/ 输出叉指换能器的电极端相连，射频询问单元发射的无线信号经所述天线接收并通过输入 /输出叉指换能器转化为声表面波，在所述压电基片上传播，到达所述参比反射栅和测量反 射栅后产生反射，反射回的声波经由输入/输出叉指换能器再次转化为无线电波经天线发 射出去，射频接收器接收上述天线发送出来的反馈信号，经信号处理和信息提取，即可实现 无线无源的传感测量。作为本发明的进一步的改进，所述的输入/输出叉指换能器为电极宽度控制型单 相单向换能器结构，所述参比反射栅与测量反射栅设置于声表面波传播的同一路径上。作为本发明的进一步的改进，所述的输入/输出叉指换能器为双向换能器结构， 所述参比反射栅和测量反射栅分布在输入/输出叉指换能器两侧且声表面波传播路径等 长的位置处。作为本发明的进一步的改进，所述压电基片可以是铌酸锂、石英或钽酸锂的常用 切型。作为本发明的进一步的改进，所述的输入/输出叉值换能器的电极材料可以是 铝、铜或金。以压电晶体作为基片，压电基片可以是铌酸锂、石英、钽酸锂等材料中的常用切 型。在基片表面沉积电极材料，电极材料可以是铝、铜或金电极。然后采用光刻的方法构建 低损耗延迟线型传感器。其表面图案包括输入/输出叉指换能器及其传输路径上分布的可 编程反射栅。反射栅之一与外接传统阻抗式传感器相连，构成传感系统，其余反射栅用于参 比或编码。声表面波阻抗负载传感器可以实现传感器的无线测量以及无源化，拓展了传感器 的工作范围，而且传感器核心结构通过优化设计，有效提高了读出距离。可以将易受外界影 响的传感部分与信号传送部分分开，扩大了传感器适用范围。可以方便地用于有毒气体监 测、汽车胎压测量等特殊领域。
图1是单侧无线无源声表面波阻抗负载传感器平面结构示意图。图2是双侧无线无源声表面波阻抗负载传感器平面结构示意图。在图1、2中，1.输入/输出叉指换能器，2.压电基片，3.参比反射栅，4.测量反射 栅。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进一步详细说明。如图1、2所示，本发明的压力传感器包括天线、输入/输出叉指换能器1、压电基片 2，反射栅3和4，以及外接传感器。所述输入/输出叉指换能器1、反射栅3和4设置在压电基片2上，输入/输出叉 指换能器1的电极端直接与天线相连，反射栅4连接所述外接传感器，是阻抗变化的传感器。其中，所述的压电基片2可以是铌酸锂、石英、钽酸锂等材料中的常用切型。叉值 换能器1电极材料可以是铝、铜或金电极。射频询问单元发送的无线信号被天线接收，传播至与天线相连的输入/输出叉指 换能器1，输入/输出叉指换能器1将无线电波转化为声表面波，声表面波在压电基片2上 传播，到达反射栅3，4后，产生反射。由于反射栅4外接传感器，当外接传感器阻抗变化，使 反射栅4外接电学条件发生变化，反射栅4反射性能也会发生变化。因此反射回的声波经 由输入/输出叉指换能器1再次转化为无线电波经天线发射出去后，射频接收器接收到由 声表面波传感器的天线发送出来的反馈信号，将其送到计算机或其他信号处理单元进行信 号处理。外界被感知量的信息以及声表面波传感器的身份识别信息都包含在反馈信号中， 通过对这些信息的提取最终达到无线无源测量的目的。实施例1如图1所示，输入/输出叉指换能器1采用电极宽度控制型单相单向换能器结构， 反射栅3，4采用双电极叉指，电极高度和电极宽度之比在0. 3-0. 15的范围之内，利用双叉 指电极短路时反射系数较小，并随外接阻抗变化的特点实现传感测量。参比反射栅3与测 量反射栅4在声表面波传播的同一路径上，将两者反射回波比较，可以最大程度地消除环 境造成的影响。此外，通过改变参比反射栅3的数目与位置还可实现对传感器编码的作用。 该结构特点是插入损耗�。槊舳冉细撸寤闲�。实施例2如图2所示，输入/输出叉指换能器1采用双向换能器结构，反射栅3，4采用双电 极叉指，电极高度和电极宽度之比在0. 3-0. 15的范围之内。参比反射栅3和测量反射栅4 分布在输入/输出叉指换能器两侧且声表面波传播路径等长。该结构特点在于参比反射栅 3和测量反射栅4相互干扰少，适用范围广。
权利要求
1.一种压力传感器，包括天线、输入/输出叉指换能器(1)、压电基片O)、参比反射栅 (3)、测量反射栅(4)和阻抗变化的外接传感器，所述输入/输出叉指换能器(1)、参比反射 栅(3)和测量反射栅(4)均设置在压电基片(2)上，所述测量反射栅(4)连接所述阻抗变 化的外接传感器，所述天线与输入/输出叉指换能器(1)的电极端相连，射频询问单元发射 的无线信号经所述天线接收并通过输入/输出叉指换能器(1)转化为声表面波，在所述压 电基片(2)上传播，到达所述参比反射栅(3)和测量反射栅(4)后产生反射，反射回的声波 经由输入/输出叉指换能器(1)再次转化为无线电波经天线发射出去，射频接收器接收上 述天线发送出来的反馈信号，经信号处理和信息提�。迪治尴呶拊吹拇胁饬�。
2.根据权利要求1所述的一种压力传感器，其特征在于，所述的输入/输出叉指换能 器(1)为电极宽度控制型单相单向换能器结构，所述参比反射栅(3)与测量反射栅(4)设 置于声表面波传播的同一路径上。
3.根据权利要求1所述的一种压力传感器，其特征在于，所述的输入/输出叉指换能 器(1)为双向换能器结构，所述参比反射栅⑶和测量反射栅⑷分布在输入/输出叉指 换能器两侧且位于声表面波传播路径等长的位置处。
4.根据权利要求1-3之一所述的一种压力传感器，其特征在于，所述压电基片( 可以 是铌酸锂、石英或钽酸锂的常用切型。
5.根据权利要求1-4之一所述的一种压力传感器，其特征在于，所述的输入/输出叉值 换能器(1)的电极材料可以是铝、铜或金。
全文摘要
一种压力传感器，包括天线、输入/输出叉指换能器(1)、压电基片(2)、参比反射栅(3)、测量反射栅(4)和阻抗变化的外接传感器，射频询问单元发射的无线信号经所述天线接收并通过输入/输出叉指换能器(1)转化为声表面波，在所述压电基片(2)上传播，到达所述参比反射栅(3)和测量反射栅(4)后产生反射，反射回的声波经由输入/输出叉指换能器(1)再次转化为无线电波经天线发射出去，射频接收器接收上述天线发送出来的反馈信号，经信号处理和信息提取，即可实现无线无源的传感测量。本发明可以实现传感器的无线测量以及无源化，有效提高读出距离，可以将易受外界影响的传感部分与信号传送部分分开，扩大了传感器适用范围。
文档编号G01L9/08GK102052986SQ20101054884
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者傅邱云, 刘欢, 周东祥, 罗为, 胡云香, 龚树萍 申请人:华中科技大学
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