[發明專利]一種聲表面波氣體傳感器

在審

• 申請號: 201410496871.7
• 申請日: 2014-09-25
• 公開（公告）號: CN105510434A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發明（設計）人: 何志杰
• 申請（專利權）人: 何志杰
• 主分類號: G01N29/036
• 分類號: G01N29/036
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于聲表面波領域，具體地是一種聲表面波氣體傳感器。

背景技術

聲表面波(SAW)的能量主要集中在表面以下1～2個波長的范圍內，對表面特性的變化比較敏感。因此，將對特定氣體敏感的材料沉積到SAW器件上，氣體與敏感膜的物理效應將會引起SAW速度的變化。通過沉積不同的敏感材料可檢測多種氣體。

SAW氣體傳感器的性能主要取決于兩個方面:敏感膜和SAW振蕩器。目前，SAW氣體傳感器的研究主要聚焦于氣體敏感膜的特性，包括膜的類型、厚度、對分析吸附物粘彈性的變化和成膜技術。SAW振蕩器的頻率穩定性影響靈敏度、探測門限等，優化頻率穩定性設計將有效提高SAW傳感器的性能。

SAW傳感器的敏感機理是根據氣體對敏感膜的表面擾動，如SAW傳播路徑的擾動引起波速的變化，相應地會引起SAW振蕩器諧振頻率的變化。目前，通常采用延遲線結構的SAW振蕩器，并且考慮到Au的耐腐蝕性，叉指換能器(IDT)電極一般采用Au。這樣SAW氣體傳感器對氣體濃度的檢測是通過SAW延遲線振蕩器的振蕩頻率的變化反映出來的，但是在實際應用中，改變振蕩器振蕩頻率的因素除了敏感膜質量加載效應或電導變化外還有外界環境變化(溫度、濕度和振動等)的影響。為了保證傳感器系統的穩定性，必須采取措施抑制環境因素的影響。

發明內容

本發明就是針對上述問題，彌補現有技術的不足，提供一種在1～100mg/m³的濃度范圍內具有好的線性度和21Hz/mg/cm³的靈敏度的聲表面波氣體傳感器。

為實現本發明的上述目的，本發明采用如下技術方案。

本發明一種聲表面波氣體傳感器，其中采用了雙聲路差動結構；其結構特點是：一聲路包括匹配網絡模塊連接放大器模塊、所述放大器模塊連接相移網絡模塊、所述相移網絡模塊連接功分器模塊、所述功分器模塊連接匹配網絡模塊，功分器模塊輸出連接混頻器；另一生路包括匹配網絡模塊連接放大器模塊、所述放大器模塊連接相移網絡模塊、所述相移網絡模塊連接功分器模塊、所述功分器模塊連接匹配網絡模塊，功分器模塊輸出連接混頻器；傳感器內部包括敏感膜、SAW雙延遲模塊。

本發明所述采用雙聲路差動結構:一個聲路覆蓋具有選擇性的敏感膜，用作測量聲路;另一個聲路則作為參考以最大限度地抵消環境條件變化(溫度、濕度及振動等)的影響；根據差動原理，通過取兩路振蕩器的差頻，可以從很大程度上抑制環境條件變化的影響。

作為本發明的一種優選方案，所述聲表面波氣體傳感器SAW采用延遲線結構的SAW振蕩器，并且考慮到Au的耐腐蝕性，叉指換能器(IDT)電極一般采用Au。

作為本發明的另一種優選方案，所述SAW延遲線的單膜選擇性，通過長輸入IDT和短輸出IDT的頻響組合來實現。

其次，本發明頻控元件的SAW延遲線的IL和Q值對SAW振蕩器的頻率穩定性產生重要的影響。低的IL更容易起振，在滿足起振的條件下，放大器的增益也可以更低，這就降低了振蕩器的功耗，同時也增強了振蕩器的溫度穩定性，提高了系統的穩定性和靈敏度。

作為本發明的另一種優選方案，所述低IL可通過電極寬度控制單向單相換能器(EWC/SPUDT)實現；為抑制旁帶，采用抽指加權的形式。

作為本發明的另一種優選方案，本發明所述SAW表面聲波氣體傳感器靈敏度的提高是采用分辨率更高的電子束光刻(EBL)技術，采用EBL和剝離工藝相結合完成IDT的制作。

本發明的有益效果是。

本發明針對傳感器系統中的噪聲模擬源隨機數發生器，設計提出了一種能夠控制信號擺幅并避免受到時序影響的電路結構。通過信號擺幅的控制和對隨機序列復雜度的優化，實現了在保證輸出特征的同時，解決了工作電壓的變化帶來的時序問題，達到更加真實的噪聲模擬的目的。

本發明SAW氣體傳感器的設計和制造。為提高穩定性和靈敏度，研究低插損(IL)的SAW延遲線和敏感膜的性能優化。本發明選擇了化學毒劑模擬氣甲基膦酸二甲酯(DMMP)作為待測氣體和MUA作為氣敏材料，為提高靈敏度和選擇性，敏感材料采用Cu2+化學修飾和分子自組裝成膜技術；實現了在1～100mg/m³的濃度范圍內具有好的線性度和21Hz/mg/cm³的靈敏度。

附圖說明

圖1是本發明一種聲表面波氣體傳感器SAW的結構示意圖。

具體實施方式