一种敏感膜图形化的谐振型声表面波湿度传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种敏感膜图形化的谐振型声表面波湿度传感器，所述湿度传感器包括压电基底(1)，压电基底(1)的上表面设置声表面波叉指换能器(2)，声表面波叉指换能器(2)的两侧分别设置声表面波反射栅(4)，在声表面波叉指换能器(2)和声表面波反射栅(4)的表面涂覆图形化敏感膜(3)。本实用新型专利技术通过敏感膜图形化的方法降低了谐振器器件损耗，采用耐辐射性强的敏感膜结构、铌酸锂压电基底及铝电极结构，确保了传感器在辐射环境下的稳定性，在相对湿度区间为10％

【技术实现步骤摘要】
一种敏感膜图形化的谐振型声表面波湿度传感器


[0001]本技术属于电气机械及器材制造业中的仪器仪表制造业领域，具体涉及一种敏感膜图形化的谐振型声表面波湿度传感器。

技术介绍

[0002]在核电站安全检测环节中，反应堆冷却系统的管道泄露监测尤为重要。由于核心反应堆工作时会放出大量的热能，而这些热能由冷却系统带出，因此，若冷却系统发生冷却水泄漏，反应堆中的热能无法及时带出，则有可能发生堆芯过热甚至熔毁等极度严重事故。由于冷却系统内冷却水水温高达300℃，因此泄漏点周边必定会形成一定规模、可识别的湿度梯度场，需采用湿度传感器进行实时监控。传统的监测系统要么是离线监测，要么是基于有线的设计，存在网络维护困难，布线困难等问题，采用具有无线无源特性的声表面波传感器是解决上述问题的一个可行方案。

技术实现思路

[0003]本技术的目的在于，提供一种敏感膜图形化的谐振型声表面波湿度传感器，通过敏感层图形化的方法降低器件损耗，通过敏感层、压电基底及电极材料的选取提高耐辐射性，实现一种低损耗、无线无源的耐辐射高湿度传感器，解决核冷却管道泄露高湿度监控布线难、维护难的问题。
[0004]为实现上述目的，本申请采用了如下的技术方案：
[0005]一种敏感膜图形化的谐振型声表面波湿度传感器，所述湿度传感器包括压电基底1，压电基底1的上表面设置声表面波叉指换能器2，声表面波叉指换能器2的两侧分别设置声表面波反射栅4，在声表面波叉指换能器2和声表面波反射栅4的表面涂覆图形化敏感膜3。
[0006]优选地，所述图形化敏感膜3的厚度为50nm
‑
80nm。
[0007]本技术的湿度传感器通过叉指换能器2实现电磁波和声表面波的相互转化，通过声表面波反射栅4增大反射系数，提高器件响应，通过图形化敏感膜3吸附环境中的水分子产生的质量变化实现湿度传感。
[0008]优选地，所述压电基底1可采用不同切向的铌酸锂、胆酸锂或石英等压电晶体材料。
[0009]优选地，所述声表面波叉指换能器2及换能器两侧的声表面波反射栅4，可采用铝、铜、金等金属材料或多层金属复合材料。
[0010]优选地，所述声表面波反射栅4，采用开路栅4
‑
1或短路栅4
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2结构。
[0011]进一步优选地，所述压电基底1采用YZ铌酸锂压电晶体，所述声表面波反射栅4，采用短路栅4
‑
2结构，叉指对数为100。
[0012]优选地，所述图形化敏感膜3为经过预处理的氧化锌薄膜或掺杂有金属氧化物的聚酰亚胺薄膜，氧化锌薄膜厚度为80nm，聚酰亚胺薄膜厚度为50nm；所述预处理为将图形化
敏感膜采用双氧水或盐酸进行处理。进一步优选地，采用双氧水进行处理为：在常温下双氧水浸泡3小时。进一步优选地，采用盐酸进行处理为：在常温下稀盐酸腐蚀5秒。
[0013]进一步优选地，所述图形化敏感膜3若采用氧化锌薄膜，则在图形化完成后，需要在常温(25℃)下进行双氧水(5％浓度)浸泡3小时的处理以确保其性质稳定，增强耐辐射性。
[0014]优选地，所述图形化敏感膜3若采用氧化锌薄膜，则在图形化完成后，需要在常温(25℃)下进行稀盐酸(0.1％浓度)腐蚀5秒的处理，使其表面产生多孔结构，增大响应，提高灵敏度。该多孔结构指的是在氧化锌薄膜中堆叠的氧化锌分子层中产生孔隙结构，使得氧化锌薄膜的比表面积增加，对湿气的吸附性能增强。
[0015]优选地，所述图形化敏感膜3若采用聚酰亚胺薄膜，则在合成时需掺杂有金属氧化物，如三氧化二铁等，在图形化完成后，需要在常温(25℃)下进行稀盐酸(0.1％浓度)腐蚀5秒的处理，使其表面产生多孔结构，增大响应，提高灵敏度。
[0016]本技术的图形化是指涂覆在声表面波叉指换能器2和声表面波反射栅4上的敏感膜的形状与声表面波叉指换能器2和声表面波反射栅的表面形状相同，即敏感膜完全覆盖声表面波叉指换能器2和声表面波反射栅的表面。
[0017]与现有技术相比，本技术具体如下的技术优点：
[0018]本技术采用的谐振型声表面波湿度传感器具有低损耗、耐辐射性强、宽量程、无线无源的优点，宽量程：10％
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100％；无线无源：传感器自身不需要电池或电源模块激活，可通过电磁波激发；传感信号同样以电磁波形式收发，可实现1米的无线通信距离。低损耗：传感器损耗约2
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5dB，品质因子可达8000以上。本技术采用的聚酰亚胺属于核电常用抗辐照材料，具有耐辐射性强的特点。本技术通过敏感层图形化的方法降低了谐振器器件损耗，采用耐辐射性强的敏感膜结构、铌酸锂压电基底及铝电极结构，确保了传感器在辐射环境下的稳定性，在相对湿度区间为10％
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100％的条件下，可以达到3％的灵敏度，解决核冷却管道泄露高湿度监控布线难、维护难的问题。
附图说明
[0019]图1为本技术一种敏感膜图形化的谐振型声表面波湿度传感器的结构示意图；
[0020]图2为本技术开路栅的结构示意图；
[0021]图3为本技术短路栅的结构示意图；
[0022]附图标记：1、压电基底；2、声表面波叉指换能器；3、图形化敏感层；4、声表面波反射栅。
具体实施方式
[0023]下面以附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。
[0024]实施例1
[0025]如图1所示，一种敏感膜图形化的谐振型声表面波湿度传感器，包括压电基底1，其上表面设置了声表面波叉指换能器2及在换能器两侧的声表面波反射栅4，在声表面波叉指换能器2及声表面波反射栅4的表面涂覆图形化敏感膜3。传感器通过声表面波叉指换能器2
实现电磁波和声表面波的相互转化，通过声表面波反射栅4增大反射系数，提高器件响应，通过图形化敏感膜3吸附环境中的水分子产生的质量变化实现湿度传感。
[0026]所述压电基底1采用YX铌酸锂压电晶体材料。声表面波叉指换能器2及换能器两侧的声表面波反射栅4，采用铝金属材料，厚度为150nm。所述声表面波叉指换能器2叉指对数为15，所述声表面波反射栅4，均采用短路栅4
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2结构，如图3所示。
[0027]所述图形化敏感膜3选用氧化锌薄膜，通过带胶剥离实现图形化，厚度为80nm，可以通过吸附水分子改变自身质量并影响声表面波传播速度。
[0028]所述图形化敏感膜3，在镀膜完成后，需要在常温(25℃)下进行双氧水(5％浓度)浸泡3小时的处理，以确保其性质稳定，增强耐辐射性；或，在镀膜完成后，需要在常温(25℃)下进行稀盐酸(0.1％浓度)腐蚀5秒的处理，使其表面产生多孔结构，增大响应，提高灵敏度。
[0029]本实施例的声表面波湿度传感器具有宽量程，在相对湿度区间为10％
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100％的条件下，可以达到3％的灵敏度，可实现1米的无线通信距离并具有低损耗，传感器损耗约2<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种敏感膜图形化的谐振型声表面波湿度传感器，其特征在于，所述湿度传感器包括压电基底(1)，压电基底(1)的上表面设置声表面波叉指换能器(2)，声表面波叉指换能器(2)的两侧分别设置声表面波反射栅(4)，在声表面波叉指换能器(2)和声表面波反射栅(4)的表面涂覆图形化敏感膜(3)。2.根据权利要求1所述的一种敏感膜图形化的谐振型声表面波湿度传感器，其特征在于，所述图形化敏感膜(3)的形状与声表面波叉指换能器(2)和声表面波反射栅(4)的表面形状相同。3.根据权利要求1所述的一种敏感膜图形化的谐振型声表面波湿度传感器，其特征在于，所述图形化敏感膜(3)的厚度为50nm
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【专利技术属性】
技术研发人员：王文，陆铭慧，何新军，薛蓄峰，高旭，刘勋丰，朱颖，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：新型
国别省市：