一种声表面波传感器和温度感测系统的制作方法

专利检索2025-05-04  19


本发明主要涉及声表面波领域,尤其涉及一种声表面波传感器和温度感测系统。


背景技术:

1、近年来,声表面波(saw,surface acoustic wave)传感器,具体例如声表面波温度传感器以其无线无源的特点,获得了飞速发展,并在电气设备或机械设备的关键节点的状态监测领域获得了广泛应用。

2、以石英saw器件为核心元器件的无线无源测温的基本原理在于,石英saw器件的谐振频率会随着温度的变化而发生改变,通过建立石英saw器件谐振频率与温度之间的关系曲线,就可以实现无线无源测温。所选用的石英切向的温度灵敏度越高,石英saw器件随温度变化的频率更大,更容易被射频信号接收端分辨出石英谐振频率的变化情况。

3、然而,石英saw温度传感器在主谐振峰右侧会存在多个由横向谐振产生的寄生峰,例如图1所例示。图1表示25℃下工作在458mhz频段附近的石英声表面波温度传感器的实测s11曲线,从图1中可以看出主谐振峰m1和其右侧的横向寄生模式峰m3的频率间距只有0.2491mhz。受接收端的射频接收链路的中频带宽的影响,回波信号(rssi)中各谐振峰的带宽相比图1中的各谐振峰会呈现一定程度的展宽。展宽的横向寄生模式峰m3会和主谐振峰m1相互叠加,从而出现一个伪峰m2。该伪峰m2的存在限制了用于拟合读取主谐振峰m1频率的数据点。如图2所示,由于伪峰m2的存在,能用于拟合读取主谐振峰m1频率达到数据点只有图中实线椭圆圈出来的5个数据点,这会极大地降低拟合读取主谐振峰m1频率的精度。

4、有鉴于此,如何提供一种小尺寸、制造工艺简便、高q(品质因子)值、低损耗且不受横向寄生模式影响的,应用于高精度无线温度感测的声表面波(saw)器件,成为亟待解决的技术问题。


技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种声表面波传感器和温度感测系统,实现声表面波传感器在无损结构下,达到结构紧凑、高品质因子、低功耗和测量精度高的特性。

2、为解决上述技术问题,本发明提供了一种声表面波传感器,包括:石英基底;叉指换能器,位于所述石英基底上;第一反射栅和第二反射栅,位于所述石英基底上;所述第一反射栅和第二反射栅在所述叉指换能器的两侧对称分布;所述第一反射栅、第二反射栅的孔径延伸方向和所述叉指换能器的孔径延伸方向平行;所述叉指换能器的孔径延伸方向相垂直的方向与所述石英基底的y切平面的x方向之间具有夹角θr,所述第一反射栅、第二反射栅的孔径延伸方向相垂直的方向与所述石英基底的y切平面的x方向之间亦具有夹角θr,0°<θr≤90°。

3、在本发明的一实施例中,所述第一反射栅、第二反射栅和所述叉指换能器的材质为金属材质。

4、在本发明的一实施例中,所述第一反射栅、第二反射栅和所述叉指换能器的结构通过蒸发工艺或溅射工艺制备形成。

5、在本发明的一实施例中,所述金属材质包括铝、铂或金。

6、在本发明的一实施例中,所述声表面波传感器具有与所述孔径延伸方向相同的横向谐振信号和与所述孔径延伸方向垂直的纵向谐振信号。

7、在本发明的一实施例中,所述纵向谐振信号对应的波矢kl对应的欧拉角为(0°,90°,θr)。

8、在本发明的一实施例中,所述横向谐振信号包括一阶横向谐振信号和多阶横向谐振信号;所述一阶横向谐振信号具有主谐振峰,所述多阶横向谐振信号具有横向寄生模式谐振峰。

9、在本发明的一实施例中,当所述主谐振峰和所述横向寄生模式谐振峰的频率温度系数为正值时,所述主谐振峰的频率温度系数绝对值不大于所述横向寄生模式谐振峰的频率温度系数绝对值。

10、在本发明的一实施例中,当所述主谐振峰和所述横向寄生模式谐振峰的频率温度系数为负值时,所述主谐振峰的频率温度系数绝对值不小于所述横向寄生模式谐振峰的频率温度系数绝对值。

11、本发明还提供一种温度感测系统,包括如前任一项所述的声表面波传感器;所述声表面波传感器还包括天线模块;无线信号接收装置,被配置为:接收所述声表面波传感器的天线模块发出的温度感测信号;控制模块,被配置为:根据对接收到的所述温度感测信号的解析操作,得到温度测量结果。

12、在本发明的一实施例中,所述声表面波传感器装设于机器设备的运动部件表面;所述运动部件包括发动机连杆、连杆轴瓦、轴承或发动机叶片。

13、与现有技术相比,本发明具有以下优点:本申请技术方案,在保留横向寄生模式峰的同时,能够避免横向谐振模式峰对声表面波传感器测温精度的影响,从而实现声表面波传感器达到结构紧凑小巧、制造工艺简便、高q值(品质因子)和低损耗的特性。



技术特征:

1.一种声表面波传感器,包括:

2.根据权利要求1所述的声表面波传感器,其特征在于,所述第一反射栅、第二反射栅和所述叉指换能器的材质为金属材质。

3.根据权利要求1所述的声表面波传感器,其特征在于,所述第一反射栅、第二反射栅和所述叉指换能器的结构通过蒸发工艺或溅射工艺制备形成。

4.根据权利要求2所述的声表面波传感器,其特征在于,所述金属材质包括铝、铂或金。

5.根据权利要求1所述的声表面波传感器,其特征在于,所述石英基底包括石英晶圆或石英基片。

6.根据权利要求1所述的声表面波传感器,其特征在于,所述声表面波传感器具有与所述孔径延伸方向相同的横向谐振信号和与所述孔径延伸方向垂直的纵向谐振信号。

7.根据权利要求6所述的声表面波传感器,其特征在于,所述纵向谐振信号对应的波矢kl对应的欧拉角为(0°,90°,θr)。

8.根据权利要求6所述的声表面波传感器,其特征在于,所述横向谐振信号包括一阶横向谐振信号和多阶横向谐振信号;

9.根据权利要求8所述的声表面波传感器,其特征在于,当所述主谐振峰和所述横向寄生模式谐振峰的频率温度系数为正值时,所述主谐振峰的频率温度系数绝对值不大于所述横向寄生模式谐振峰的频率温度系数绝对值。

10.根据权利要求8所述的声表面波传感器,其特征在于,当所述主谐振峰和所述横向寄生模式谐振峰的频率温度系数为负值时,所述主谐振峰的频率温度系数绝对值不小于所述横向寄生模式谐振峰的频率温度系数绝对值。

11.一种温度感测系统,包括如权利要求1-10任一项所述的声表面波传感器;所述声表面波传感器还包括天线模块;

12.根据权利要求11所述的温度感测系统,其特征在于,所述声表面波传感器装设于机器设备的运动部件表面;


技术总结
本发明提供一种声表面波传感器和温度感测系统,该声表面波传感器包括:石英基底;叉指换能器,位于所述石英基底上;第一反射栅和第二反射栅,位于所述石英基底上;所述第一反射栅和第二反射栅在所述叉指换能器的两侧对称分布;所述第一反射栅、第二反射栅的孔径延伸方向和所述叉指换能器的孔径延伸方向平行;所述叉指换能器的孔径延伸方向相垂直的方向与所述石英基底的Y切平面的X方向之间具有夹角θ<subgt;r</subgt;,所述第一反射栅、第二反射栅的孔径延伸方向相垂直的方向与所述石英基底的Y切平面的X方向之间亦具有夹角θ<subgt;r</subgt;,0°<θ<subgt;r</subgt;≤90°。本发明能够实现声表面波传感器达到结构紧凑小巧、制造工艺简便、高Q值(品质因子)和低损耗的特性。

技术研发人员:金江善,丁景,曾庆顺,张洪,姚汉奇
受保护的技术使用者:中国船舶集团有限公司第七一一研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
转载请注明原文地址:https://win.8miu.com/read-1153400.html

最新回复(0)