声表面波测量传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种声表面波测量传感器，包括：压电基底、叉指换能器及反射器；压电基底，用于感应待测物理量；叉指换能器与反射器经过表面微加工工艺沉积在压电基底上表面；叉指换能器经和它相连接的天线接收声表面波传感器工作所需驱动能量，并通过天线返回射频脉冲回波信号；反射器，用于产生射频脉冲回波信号。与现有的传感器相比，本实用新型专利技术具有以下技术特点：能够在保证一定信号强度的前提下，保证大范围和高精度对物理量进行检测；解决了现有技术中声表面波传感器在测量信号的范围和精度上只能满足其中一项指标，不可以兼顾的问题；结构简单；通过一定参数分析方法使得被测量的物理量产生相应反馈信号，解决了传感器大范围精确检测物理量的问题。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于声表面波传感
，具体涉及一种声表面波测量传感器，该 传感器为无线无源声表面波物理参数测量传感器，其可以同时大范围和高精确度检测外界 待测物理量的变化。
技术介绍
由于声表面波传感器结构简单、体积小、重量轻、稳定性好、无线连接、无须电源驱 动并且敏感度高，可用于多种复杂恶劣环境中，自上个世纪八十年代，美、德、日等国家广泛 开展对无线无源声表面波传感器的研究。声表面波传感器采用表面声波传感技术，直接从 射频信号中获取工作能量，无需集成电源驱动电路，所需能量由外界获得，并且产生相应的 数据处理算法和测量方法。无线无源声表面波传感器已经在很多领域取得成功应用。在现有其中一种方案 中，声表面波传感器的结构简单，但由于声表面波传输的特性，传感器测量物理量的测量范 围和精度不能同时保证，也就是说，如果保证声表面波传感器有大的测量范围，则测量精度 就比较低；如果保证声表面波传感器有高的测量精度，则测量范围不会很大，在现有声表面 波传感器中很难找到既有大的测量范围，同时又能保证高精度的声表面波传感器。在现有 的另外一种方案中，由于声表面波传感器结构本身的原因，每一个传感器的测量周期只对 传感器发出一个射频脉冲查询信号，因此获得的传感器信息量少，不能够实现大范围高精 度的测量。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种声表面波测量传感器，其可克服现有的 缺陷，能实现被测物理量的大范围高精确度检测，并且具有无线无源、结构简单、体积小、重 量轻和零老化率等特点，适合在复杂环境下工作。为实现上述目的，本技术所采用的技术方案为一种声表面波测量传感器，包括压电基底、叉指换能器、反射器及天线；上述的压电基底，用于感应待测物理量；上述的叉指换能器与所述的反射器经过表面微加工工艺沉积在所述的压电基底 上表面；上述的叉指换能器接收声表面波传感器工作所需驱动能量，并通过天线返回射频 脉冲回波信号；上述的反射器，用于反射在压电基底上传输的声表面波从而产生射频脉冲回波信号。优选地，上述的反射器包括第一反射器、第二反射器及第三反射器，所述的第一反 射器、第二反射器及第三反射器位于由所述的叉指换能器产生的声表面波传输路径上。优选地，上述的压电基底是采用压电晶体薄片制作而成。3优选地，上述的压电晶体薄片是Y切Z方向。优选地，上述的第一反射器、第二反射器、第三反射器及叉指换能器的金属指条方 向垂直于所述的压电基底上表面的Z方向。上述的声表面波测量传感器，其还进一步包括有天线，所述的天线为外部天线或 经过阻抗匹配网络的天线。优选地，上述的叉指换能器与所述的反射器为金属薄膜，优选地，其为金属铝薄膜。优选地，上述的第一反射器为参考反射器。优选地，上述的第一反射器和第二反射器的组合作为参考反射器。采用上述技术方案后，本技术是基于声表面波的延迟线理论，和对声表面波 传感器检测到的物理量反馈信号如何应用声表面波延迟线理论进行参数分析的方法。与 现有的传感器相比，本技术具有以下技术特点根据声表面波信号产生特点，通过控制 RF脉冲查询信号的宽度，充分利用反射器所返回的信号，使得本技术能够在保证一定 信号强度的前提下，保证大范围和高精度对物理量进行检测；解决了现有技术中声表面波 传感器在测量信号的范围和精度上只能满足其中一项指标，不可以兼顾的问题；结构简单， 通过改变RF脉冲查询信号的宽度巧妙解决了现有技术的难题；通过一定参数分析方法使 得被测量的物理量产生相应反馈信号，解决了传感器大范围精确检测物理量的问题。附图说明图1是本技术传感器的结构示意图。具体实施方式下面将结合附图及实施例对本技术作进一步说明。如图1所示，本技术公开一种声表面波测量传感器，其包括压电基底1、叉指 换能器2、反射器3及天线4，其中；压电基底1，其为待测物理量的感应机构，其厚度可以根据所检测的物理量的种类 和量程的不同(如压力的大小，温度的变化范围)，在设计时通过选取不同厚度的待加工晶 圆的进行相应的调整。该压电基底1是由具有压电特性的晶圆材料构成，在本实施例中，该 晶圆材料为Y切Z方向的铌酸锂压电晶体薄片。叉指换能器2及反射器3经过表面微加工工艺沉积在压电基底1上表面，是具有 特定形状和厚度的金属薄膜，在本实施例中，该金属薄膜为金属铝薄膜，另外，叉指换能器2 与反射器3的金属指条方向垂直于压电基底1上表面的Z方向。反射器3包括第一反射器31、第二反射器32及第三反射器33，该第一反射器31、 第二反射器32及第三反射器33位于由叉指换能器2产生的声表面波传输路径上，会对经 过的声表面波反射回部分能量给叉指换能器2，即由反射器3产生的射频脉冲回波信号。叉能换能器2通过叉指换能器引出线与外部天线直接相连接，或者，与经过阻抗 匹配网络的天线4连接，直接从射频脉冲查询信号中获取声表面波传感器工作所需驱动能 量，并返回由第一反射器31、第二反射器32及第三反射器33反射回的相应于检测物理量带 有不同相位信息的射频脉冲回波信号。在进行物理量检测时，可以将第一反射器31作为参考反射器，与第二反射器32的 RF(RF，其为radio frequency的缩写，其意思是指射频)脉冲回波信号比较检测物理量，参 考反射器的声表面波反馈信号通过与第二反射器32的RF脉冲回波信号相比较来测得相对 相位差，由于相位与待测物理量具有一定的对应关系，从而测得物理量的实际值。在第一反 射器31作为参考反射器的情况下，由于参考反射器与第二反射器32的声表面波反馈信号 在声表面波传感器以外传播路径上所消耗的时间是相同的，所以相互抵消。这样参考反射 器的射频脉冲回波信号通过与第二反射器32的声表面波反馈信号相比较的相位差，只反 映待测物理量所产生的相位变化。另外，本技术还可以将第一反射器31与第二反射器32的组合作为参考反射 器，与第三反射器33的RF脉冲回波信号比较检测物理量。实施时，由叉指换能器2把通过天线4接收到的特定频率的RF脉冲查询信号转换 为能够在压电基底1上表面传输的表面声波，该声表面波的传输方向为压电基底1的上表 面Z方向，由第一反射器31、第二反射器32和第三反射器33所反射的表面声波也是沿着压 电基底1上表面Z方向进行传播的。由于声表面波传感器的压电基底1对外界温度变化敏 感，当作用在声表面波传感器压电基底1上的温度发生变化时，声表面波在压电基底1上表 面的传输特性被改变，在压电基底1上表面叉指换能器2与第一反射器31、第二反射器32 和第三反射器33之间的距离就会发生相应的变化，从而影响到声表面波在压电基底1上表 面的传播时间，因此由第一反射器31、第二反射器32和第三反射器33所反射的声表面波的 相位会随外界温度的变化做出相应的变化，与声表面波传感器温度相对应的射频脉冲返回 信号的相位也会发生变化。叉指换能器2经叉指换能器引出线与外部天线直接相连接，或与天线4经过无源 阻抗匹配网络连接，直接从无线射频信号收发器发射的射频脉冲查询信号中获取声表面波 传感器驱动所需能量，并返回由第一反射器31、第二反射器32和第三反射器33反射回对应 温度值的带有不同相位信息的RF脉冲回波信号。由于无线无源声表面波传感器是通过天 线接收和传递测量信息的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种声表面波测量传感器，其特征在于：包括：压电基底、叉指换能器、反射器及天线；所述的压电基底，用于感应待测物理量；所述的叉指换能器与所述的反射器经过表面微加工工艺沉积在所述的压电基底上表面；所述的叉指换能器接收声表面波传感器工作所需驱动能量，并通过天线返回射频脉冲回波信号；所述的反射器，用于反射在压电基底上传输的声表面波从而产生射频脉冲回波信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李天利，朱克敏，
申请(专利权)人：李天利，朱克敏，
类型：实用新型
国别省市：94[中国|深圳]