应用于高温环境的无线温度传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种应用于高温环境的无线温度传感器，包括SAW谐振器型温度传感器（4），所述SAW谐振器型温度传感器（4）嵌入天线结构件（10）内，其信号端与位于天线结构件（10）内的全向式天线（5）相连，所述天线结构件（10）通过其底部外螺纹（6）与传感器结构固定件连接；所述传感器结构固定件包括U型结构件（7），所述U型结构件（7）顶部设有与天线结构件（10）底部外螺纹（6）相配合的内螺纹（8），所述U型结构件（7）的一侧臂设有螺栓顶柱（9）。本实用新型专利技术传感器应用于高温环境，其结构件可采用耐高温且导热性能良好的材质，固定方法采用简单的接触式测温固定，实现高温度、高精度、使用寿命长等性能。

Wireless Temperature Sensor Applied in High Temperature Environment

The utility model discloses a wireless temperature sensor applied to high temperature environment, including a SAW resonator temperature sensor (4), which is embedded in an antenna structure (10), the signal end of which is connected with an omnidirectional antenna (5) located in an antenna structure (10), and the antenna structure (10) is transmitted through its bottom external thread (6). The fixing part of the sensor structure comprises a U-shaped structural member (7), an internal thread (8) matching the bottom external thread (6) of the antenna structural member (10), and a bolt top column (9) on one arm of the U-shaped structural member (7). The sensor of the utility model is applied in high temperature environment. The components of the sensor can be made of materials with high temperature resistance and good thermal conductivity. The fixing method adopts simple contact temperature measurement and fixing to achieve high temperature, high precision and long service life.

【技术实现步骤摘要】
应用于高温环境的无线温度传感器
本技术属于SAW（声表面波）传感器
，具体为一种应用于高温环境的无线温度传感器。
技术介绍
在各种现代工业如汽车、航天、核电、油气勘探、过程控制以及电力电子技术等对高精度的高温（250℃~1000℃）检测手段有着极为迫切的需求。目前主要高温检测一般采用两种方式，一种是接触式，如热电阻/热电偶（如镍铬-镍硅），这种高温传感器测温范围宽（高达1000℃以上），精度高达0.2%，但是需要冷端补偿，使用寿命较短、价格高且无法独立无线工作，另一种是非接触式高温检测，典型代表是红外线式，这种传感器最大测温可达到2000℃，但是这种传感器有光纤死角，价格昂贵且定位困难。相对于上述高温检测技术，基于声表面波（SAW）的高温传感器具有很宽的测温的范围（可到1000℃以上）、高精度、使用寿命长、成本低以及良好的稳定性和可靠性特点，特别是利用SAW的无源器件结构，结合射频天线和雷达系统、可以实现一种在高温环境下的无源无线温度检测。
技术实现思路
本技术为解决现有应用于高温环境的温度传感器下所存在的一些问题：为了实现高温度、高精度、使用寿命长等性能，从而提供一种适用于高温环境的无线温度传感器。本技术是采用如下技术方案实现的：一种应用于高温环境的无线温度传感器，包括SAW谐振器型温度传感器，所述SAW谐振器型温度传感器嵌入天线结构件内，其信号端与位于天线结构件内的全向式天线相连，所述天线结构件通过其底部外螺纹与传感器结构固定件连接。所述传感器结构固定件包括U型结构件，所述U型结构件顶部设有与天线结构件底部外螺纹相配合的内螺纹，所述U型结构件的一侧臂设有螺栓顶柱。使用时，将天线结构件通过螺纹结构装配于传感器结构固定件上，然后通过U型结构件卡装于待测物上，通过螺栓顶柱实现紧固。其中，SAW谐振器型温度传感器为现有产品，其传感元包括基于以硅酸镓镧（Langasite(La3Ga3SiO14，LGS)）为压电材料的SAW测温芯片，SAW测温芯片采用基于LGS基片与Pt电极的具有高Q值的单端对SAW谐振器，并采用耐高温陶瓷材料封装构成高温传感器的传感元；SAW测温芯片为单端对谐振器，其中叉指换能器及分布于叉指换能器两边SAW传播方向的短路栅反射器采用余弦加权；AW测温芯片的叉指换能器与反射器间距为0.625倍波长；SAW测温芯片并采用高熔点的重金属（Pt）电极和LGS压电基片。传感器天线与SAW谐振器型温度传感器的信号输出端通过匹配网络相连接，用于传递电磁波信号；传感器结构件采用耐高温且导热性能良好的夹具式结构，通过接触式测温感应温度变化。本技术设计合理，传感器应用于高温环境，其结构件可采用耐高温且导热性能良好的材质（如：不锈钢），固定方法采用简单的接触式测温固定（如：夹具式固定方法），到达准确测量温度的目的，实现高温度、高精度、使用寿命长等性能。附图说明图1表示应用于高温环境下的温度传感器的基于LGS基片与Pt电极的具有高Q值的SAW谐振器传感单元的结构示意图。图2表示应用于高温环境下的无线温度传感器中天线及SAW温度传感器部分示意图。图3表示应用于高温环境下的无线温度传感器夹具型固定结构件示意图。图中：1-LGS压电基底，2-叉指换能器2，3-采用钛（Ti）作为粘结层的Pt电极反射器，4-SAW谐振器型温度传感器，5-全向式天线，6-外螺纹，7-U型结构件，8-内螺纹，9-螺栓顶柱，10-天线结构件。具体实施方式下面结合附图对本技术的具体实施例进行详细说明。一种应用于高温环境的无线温度传感器，包括SAW谐振器型温度传感器4（以基于LGS压电材料的声表面波（SAW）测温芯片为核心）、接收和发射信号的传感器天线以及耐高温、导热性能良好传感器结构件。具体为，如图2所示，所述SAW谐振器型温度传感器4嵌入天线结构件10内，其信号端与位于天线结构件10内的全向式天线5相连，所述天线结构件10通过其底部外螺纹6与传感器结构固定件连接；如图3所示，所述传感器结构固定件包括U型结构件7，所述U型结构件7顶部设有与天线结构件10底部外螺纹6相配合的内螺纹8，所述U型结构件7的一侧臂设有螺栓顶柱9。SAW谐振器型温度传感器4为现有产品，为方便介绍本技术结构，特介绍如下，SAW谐振器型温度传感器的核心是SAW芯片，如图1所示，包括一个以基于LGS的压电材料低损耗高Q值谐振器，即包括一个制作于LGS压电基底1上的叉指换能器2、采用钛（Ti）作为粘结层的Pt电极反射器3。具体的，所述LGS压电基底基于陈-Haus理论以及有限元/边界元方法对LGS/重金属栅阵中剪切型号声表面波的传播特性提取出宽温度范围内不同电极膜厚的精确COM参数，获取基于优化LGS切向角的Pt电极反射系数的大小与相位。所述叉指换能器2的电极占空比为1.2~1.4，并采用膜厚为1.2~1.5%λ的Pt电极，其中λ为对应工作频率的声波波长，反射器3采用沟槽式结构，以提高反射电极反射率，缩短反射器长度，提高器件Q值。由于LGS的温度特性呈现较强的非线性特性，取决于LGS的晶体切向。考虑到无线温度传感器应用中传感器的应用要求，本具体实施方式基于理论提取的COM参数，利用COM模型对单端对基于LGS/重金属电极的SAW谐振器进行仿真，得到相对应的频率温度系数，温度系数为10~25ppm之间的切向。采用电子束和剥离工艺，研制出基于LGS和Pt电极的高Q值、低损耗、高线性度的单端对谐振器，对其进行耐高温材料封装构成高温传感器的传感元。SAW测温芯片的叉指换能器与反射器Pt电极在蒸镀之前采用钛（Ti）作为连接层以改善Pt的附着性，对所研制的基于LGS和Pt/Ti的单端对谐振器进行耐高温陶瓷材料封装构成高温传感器的传感元。传感器信号传递方式为无线传输，传感器天线与SAW测温芯片匹配网络，通过接收激励信号，发射携带温度信息的电磁波信号。如图2所示，SWA芯片4嵌入到天线结构件10内，其信号端与相应波长的全向式天线5相连，天线结构件10底部使用外部螺纹6与传感器结构固定件连接。如图3所示，采用不锈钢金属材质的接触式固定U型结构件7，顶部有与传感器天线外部螺纹相配合的内螺纹8，通过旋钮可将螺纹紧合。传感器结构件呈U型，结合螺栓顶柱9可达到固定效果。其整体传感器结合不锈钢结构件、天线和基于脉冲式多普勒雷达原理的读卡器可准确测量高温环境的接触点温度。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本技术的技术方案进行修改或者等同替换都不脱离本技术技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本技术的权利要求范围当中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于高温环境的无线温度传感器，包括SAW谐振器型温度传感器（4），其特征在于：所述SAW谐振器型温度传感器（4）嵌入天线结构件（10）内，其信号端与位于天线结构件（10）内的全向式天线（5）相连，所述天线结构件（10）通过其底部外螺纹（6）与传感器结构固定件连接；所述传感器结构固定件包括U型结构件（7），所述U型结构件（7）顶部设有与天线结构件（10）底部外螺纹（6）相配合的内螺纹（8），所述U型结构件（7）的一侧臂设有螺栓顶柱（9）。

【技术特征摘要】
1.一种应用于高温环境的无线温度传感器，包括SAW谐振器型温度传感器（4），其特征在于：所述SAW谐振器型温度传感器（4）嵌入天线结构件（10）内，其信号端与位于天线结构件（10）内的全向式天线（5）相连，所述天线结构件（10）通过其底部外螺纹（6）与传感器结构固定件连接；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕晨旭，
申请(专利权)人：国网山西省电力公司忻州供电公司，
类型：新型
国别省市：山西,14