[發明專利]基于聲表面波的具有溫度補償的感測振動傳感器

有效

• 申請號: 201410257027.9
• 申請日: 2014-06-11
• 公開（公告）號: CN104006875B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 高翔;劉文
• 申請（專利權）人: 常州智梭傳感科技有限公司
• 主分類號: G01H11/08
• 分類號: G01H11/08
• 代理公司: 常州市天龍專利事務所有限公司32105
• 代理人: 周建觀

技術領域

本發明具體涉及一種基于聲表面波的具有溫度補償的感測振動傳感器。

背景技術

現有實時結構健康監測（Structural Health Monitoring，SHM）是許多工業過程控制的關鍵。在許多工業應用中，監測運動狀態下機械部件的健康狀況，如對高速列車車輪的負荷軸承的振動狀態的實時監控，是非常重要的。用基于狀態的維修（Condition Based Maintenance, CBM）來替代目前的按計劃檢修（Schedule Based Maintenance, SBM）是降低維護及運營成本的一種有效方法。在所有這些情況下，采用多種類型的傳感器進行實時健康監測是最大限度地保持連續運行時間的關鍵。結構緊湊、無線和無源的傳感器特別適用于在危險的環境中，如在室外惡劣天氣環境下、高溫、高電磁輻射等環境下連續實時地進行實時結構健康監測。這些小型的無線無源傳感器可以不斷實時地監視設備的健康狀態，并在關鍵物理量超過了特定的范圍時向中央控制室提供報警信號。

基于聲表面波（SAW）的傳感器，外形尺寸小、無線、無源，很適合于這類結構健康監測應用?；赟AW的傳感器是完全無源（無電池）的，有很高的可靠性。與無線讀寫器配合，這些無源傳感器的讀出距離可達到5米以上。

由于壓電特性對外部環境變化的高靈敏度，SAW器件，如延遲線、反射延時線和諧振器，非常適合用于測量應力、應變、溫度、壓力、加速度、振動，和其他物理量。在通常情況下，SAW器件是在壓電基底上制作的，它包括一個或多個可將施加的電信號轉換成聲表面波，再將聲表面波轉換為電信號的叉指式換能器（IDT）結構。

所有外部的物理量和/或化學成分都可導致可被基于SAW的傳感器所監測到的壓電基底材料特性的變化。取決于SAW傳感器的設計結構，這樣的外部物理量和/或化學成分的變化可以被識別出來，它們或者與SAW諧振器的諧振頻率偏移相關聯，或者與SAW延遲線的延遲時間或電信號的相位偏移相關聯，或者與SAW延遲線結構的反射功率譜密度（PSD）的變化相關聯。

在現有技術中，一個有線的SAW振動傳感器是通過在一個壓電懸臂基板上的不同表面上分別實現兩個相同的SAW諧振器來做到的。這種設計在制造工藝中實現起來是非常困難的，不僅結構復雜，而且生產成本也高，因此，在現實中它很難提供任何有意義的批量生產。也有些方案是使用SAW濾波器的結構，將其安裝在懸臂固定端的附近以做振動監測。但這種只通過監測濾波器的中心頻率變化的裝置，由于沒有任何參考基準，難以有效區分振動和溫度所帶來的頻率變化， 因而難以獲得準確的測量，使得測量精度低。還有另一種設計，它使用一個單一的SAW諧振器，安裝在懸臂的固定端附近，監測因玻璃破碎所產生的特定頻率的聲波振動（應用于入侵監測）。雖然它可用于該應用場合，但這種設計只能用于監測某一特定頻率的振動發生與否，而不能用來監測在寬頻率范圍內的振動，以及不具有溫度補償功能。

發明內容

本發明的目的是：提供一種不僅結構簡單、緊湊，生產成本低，而且能夠監測振動，以及測量精度高的基于聲表面波的具有溫度補償的感測振動傳感器，以克服現有技術的不足。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是：一種基于聲表面波的具有溫度補償的感測振動傳感器，包括殼體和殼蓋，所述殼體和殼蓋密封連接，其創新點在于：

a、還包括基座、壓電組件和三個聲表面波諧振器，所述基座固定在殼體內的底部；

b、所述壓電組件是由壓電薄膜和壓電基片構成，所述壓電薄膜設在壓電基片的上表面，壓電基片的一端為固定端，另一端為懸伸端，壓電薄膜的一端和壓電基片的固定端均固定在基座上，且高于殼體內的底面，

至少有一個聲表面波諧振器設在壓電薄膜的上表面，剩余的聲表面諧振器設在壓電薄膜和壓電基片之間；

c、所述三個聲表面波諧振器并聯連接，且諧振頻率各不相同；

d、所述三個聲表面波諧振器所產生的聲表面波均在Y方向傳播，而所述Y方向是指與沿著壓電基片的固定端向壓電基片的懸伸端的伸出方向相垂直的方向。

在上述技術方案中，還包括壓塊；所述壓塊設在壓電基片的懸伸端，且所述壓塊與壓電基片是固定連接的或者是互為一體的。

在上述技術方案中，所述壓塊與壓電基片固定連接時，所述壓塊是金壓塊，或者是銀壓塊，或者是鉑壓塊。當然，并不局限于此，壓塊也可以采用其他材料的質量塊。

在上述技術方案中，所述殼體和殼蓋分別是金屬殼體和金屬殼蓋。

在上述技術方案中，所述殼體和殼蓋分別是陶瓷殼體和金屬殼蓋。