[发明专利]无线无源声表面波阻抗负载传感器

说明书

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，磁场，电场等)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℃～300℃)、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。

附图说明