[发明专利]用于气体传感器的SAW谐振型振荡器系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种振荡器，特别是涉及一种用于气体传感器的谐振型声表面波（SAW）振荡器系统。

背景技术

通常对于高性能SAW气体传感器而言，其核心构件是具有高频率稳定度的振荡器。现有技术中一般采用两种器件结构，一种是采用延迟线型，这种器件结构能提供换能器之间足够的敏感膜镀膜区域，但它Q值较低、损耗高，从而影响到了振荡器的频率稳定性的进一步改善；另外一种则是由两个反射器及与之相邻的两个叉指换能器（IDT）构成的两端对SAW谐振器（以下均称为SAW谐振器）结构，这种器件结构具有设计简单、低损耗和高Q值的特点，从而有利于获得理想的频率稳定性能。因而，这种振荡器更适合于气体传感器的使用。

但是，现有气体传感器技术中所采用的谐振式振荡器一般采用同步型两端对SAW谐振器（S.J.Martin,K.S.Schaeizer,S.S.Schuartz,Vapor Sensing by means of aEro-on-Si SAW Resonator,IEEE Ultrasonic Symp.Proc,1984,pp207-212；Tomislav M.，Marija F.Zoran ，Detection of Chemical Vapors UsingOscillator with Surface Acoustic Wave Sensor，FME Transactions（2011）39,87-92；G.Fischerauer,F.Dickert,P.Forth,U.Knaueir，Chemical Sensors Based on SAWResonators Working at up to 1GHz，Proc.IEEE Ultrason.Symp.,1996,439-442；谢晓，王文，刘明华，何世堂，“一种用于SAW气体传感器的两端对谐振器型振荡器”，声学技术，第29卷第4期，2010，457-459）。由于气体传感器中需要提供有较大面积的镀膜区域，需要谐振器具有较宽的谐振腔，这就使得谐振器频响出现多模式特点，且每个模式间损耗接近，这就有可能在多个频率点满足振荡条件，从而影响到了振荡器的频率稳定性；此外，现有技术中的谐振器多采用铝电极结构，在某些有毒气体检测环境中易于受到腐蚀等，从而影响到振荡器的稳定性与使用寿命。为改善这种待测气体环境中的腐蚀问题，部分文献提出采用金电极的谐振器结构（Avramov I D,Voigt A,Rapp M.Rayleigh SAW resonators using gold electrode structure for gas sensorapplications in chemically reactive environments.Electronics Letters;2005;41（7）:450-452.），但是这种金电极一则增加了器件的制作成本，另外，金材料的高密度特点使其膜厚对器件的影响非常明显，这就增加了器件的制作工艺难度。

发明内容

本发明的目的在于：克服上述传统的谐振型SAW气体传感器中所存在的不足，从而提供一种具有低损耗、单一谐振模式、良好的温度特性以及理想的使用寿命的应用于SAW气体传感器的谐振器型SAW振荡器系统；以使该SAW振荡器系统使用元件量少、电路简单、功耗低以及操作方便，并且具有优良的频率稳定度。

为实现上述发明目的，本申请提出了一种用于气体传感器的SAW谐振型振荡器系统，其特征在于：所述的SAW谐振型振荡器系统包括SAW振荡器和混频电路；所述的SAW振荡器为两组，且该两组两端对SAW谐振器1制作在同一压电基片12上；所述的混频电路包括混频器5、低频放大器6和低通滤波器4；

所述的SAW振荡器包括：SAW谐振器1、运算放大器3、匹配网络19和移相网络2；

所述的SAW谐振器1的输出端N2通过匹配网络19直接接到运算放大器3的输入端；所述的运算放大器3的输出端接到移相网络2，所述的移相网络2，用于对运算放大器3的输出信号进行起振点相位调节，以使起振点对应于SAW谐振器1的最小损耗处；所述的移相网络2的输出端通过匹配网络19接入SAW谐振器1的输入端N1，从而使运算放大器3的输出信号反馈回SAW谐振器1；

所述的两组SAW振荡器的输出端接入混频器5，该混频器5的输出经过一个低通滤波器4过滤高频信号的干扰后，再通过低频放大器6放大后输出两组振荡器的差频信号。