[發明專利]一種聲表面波諧振式壓力傳感器

無效

• 申請號: 200910022056.6
• 申請日: 2009-04-16
• 公開（公告）號: CN101865747A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 何鵬舉
• 申請（專利權）人: 西安高科衛光電子有限公司
• 主分類號: G01L9/00
• 分類號: G01L9/00;H03H9/25
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電子信息領域，涉及一種能夠自動測量介質壓力的一種微型化、數字化的高性能、智能化傳感器。

背景技術

聲表面波諧振式壓力傳感器是為了航空、航天等領域對介質壓力自動精確測量的技術需要。目前，國內生產的壓力傳感器多為模擬量輸出，必須經過A/D轉換才能與微機測控系統相連接，結構比較復雜。存在的主要問題是模擬量輸出的壓力傳感器的。

發明內容

為了克服現有技術存在的精度低、可靠性差、穩定性不高的不足，本發明提供一種聲表面波諧振式壓力傳感器，能夠自動精確測量介質壓力參數，具有微型化、數字化的測量功能。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

利用聲表面波諧振器在壓力作用下，聲表面波傳播參數發生變化(如：傳播速度變化等)，而使諧振頻率發生變化，通過測量頻率的變化，就可計算出壓力的變化。聲表面波諧振器以壓電基片作為導聲體，采用能在壓電基片上直接激勵聲表面波的金屬叉指換能器結構。聲表面波諧振式壓力傳感器的組成結構包括：2個諧振器、頻率經混頻器、低通濾波器、放大器和叉指換能器。結構特點是電聲轉換損耗低，設計靈活，易于制作，適用于電路集成化。

叉指換能器是一個由熱蒸發或濺射工藝制作在壓電基片上的交互連接的兩端器件。當交變電壓加到發射叉指換能器兩端時，在基片內就建立了交變電場，此電場由于逆壓電效應在基片上激發出相應的彈性振動。此彈性振動在基片上傳播即形成了表面波。當表面波為接收叉指換能器所接收時，由于正壓電效應，又將彈性振動變成交變的電信號輸出。叉指換能器的指寬、叉指間隔以及反射器柵條數目及寬度等參數決定了聲表面波諧振器的中心頻率、品質因數及插入損耗。

聲表面波壓力傳感器的敏感芯片，是在同一圓形石英晶體膜片上制備二個完全相同的聲表面波諧振器，以便進行有效的溫度補償。

兩個諧振器分別連接到放大器的反饋回路中，構成具有一定輸出頻率的振蕩器，兩路輸出的頻率經混頻、低通濾波和放大，得到一個與外加壓力一一對應的差頻輸出。

該傳感器采用了差動結構進行溫度補償。因為敏感膜片上的兩個諧振器相距很近，環境溫度變化對兩振蕩器的影響所引起的頻率偏移近似相等，可在混頻器中得以抵消，從而減小溫度變化引起的誤差。

本發明的有益效果是：

第一，采用聲表面波諧振器作為頻控器件，與聲表面波延遲線相比較，聲表面波諧振器插入損耗小、品質因數高，因而由聲表面波諧振器組成的振蕩器，性能超過聲表面波延遲線型振蕩器。尤其是在高頻情況下，只有聲表面波諧振器能實現高品質因數、低插入損耗的器件。

第二，石英膜片與基座采用了一體化結構，使壓力傳感器遲滯誤差大幅度下降，使重復性有效提高。

第三，嵌入式電子線路結構，聲表面波壓力傳感器所有電路部分，包括放大器、匹配網絡、混頻器、低通濾波器等全部裝在傳感器殼體內，減小結構體積，縮短了從敏感元件到處理電路之間的引線，減少了干擾，有利于頻率輸出穩定性。

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖中：1-諧振器，2-諧振器，3-低噪聲單片集成放大器，4-低噪聲單片集成放大器，5-叉指換能器，6-雙平衡混頻器，7-LC低通濾波器。

具體實施方式

傳感器實施例：參照圖1，本發明所提出的聲表面波諧振式壓力傳感器具體實施方案的系統組成如前所述，包括諧振器1和2，低噪聲單片集成放大器3和4，兩個諧振器分別連接到放大器的反饋回路中，構成具有一定輸出頻率的振蕩器，叉指換能器5，雙平衡混頻器6，LC低通濾波器7，兩路輸出的頻率經混頻、低通濾波和放大，得到一個與外加壓力一一對應的差頻輸出。