[發明專利]聲表面波溫度傳感器

有效

• 申請號: 201510062494.0
• 申請日: 2015-02-05
• 公開（公告）號: CN104677518B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 周磊;李冬梅;梁圣法;謝常青;劉明
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G01K11/22
• 分類號: G01K11/22
• 代理公司: 北京藍智輝煌知識產權代理事務所(普通合伙)11345
• 代理人: 陳紅

技術領域

本發明聲表面波器件技術領域，具體地說是一種采用切比雪夫窗函數作為加權函數并選擇合適的加權參數對器件的叉指換能器進行變跡加權設計的聲表面波溫度傳感器。

背景技術

當今社會正在飛快地進入以智能感知與泛在網絡的共同應用為基礎和特征的物聯網時代。傳感器作為物聯網系統的底層和信息采集的關鍵，決定著整個物聯網系統的效率和智能化程度，這也為各種傳感器以及相應的傳感技術的發展帶來了一個重大機遇。作為傳感器家族中的重要一員，溫度傳感器也具有越來越重要的用途。與傳統的溫度傳感器相比，聲表面波溫度傳感器不僅可以與測量介質緊密接觸以實現溫度數據的準確測量，而且還能采用與雷達系統類似的問詢-反饋機制對數據進行無線傳輸，并且在這一傳輸過程中也無需敏感元件提供能量，因此具有更為廣闊的發展空間。

叉指換能器是聲表面波器件的一個重要組成部分。目前聲表面波溫度傳感器一般使用傳統的均勻叉指換能器作為器件的聲-電能量轉換器，但是均勻叉指換能器對器件的頻率響應特性中的旁瓣抑制能力極為有限，這使得分辨器件信號變得十分困難，并且極大地削弱了聲表面波溫度傳感器的準確性和實用性。因此迫切需要尋找有效的方法以改善傳感器諧振的頻響特性。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種聲表面波溫度傳感器，增強溫度傳感器對其頻率響應特性中的旁瓣的抑制能力，解決器件頻率響應中主瓣識別困難的問題，以期增強聲表面波溫度傳感器的準確性和實用性。

為此，本發明提供了一種聲表面波溫度傳感器，包括壓電陶瓷襯底、反射柵和叉指換能器，其特征在于：所述叉指換能器采用了切比雪夫窗函數作為加權函數的變跡加權設計。

其中，壓電陶瓷襯底材料為鈮酸鋰、鈦酸鉍鈉、鈦酸鉍鉀、鈮酸鉛鋇鈉、鈦酸鉍鋇、鋯鈦酸鉛、三硼酸鉍、鋯鈦酸鋇鈣、鉭酸鹽型鈣鈦礦氧化物的任意一種或其組合。

其中，壓電陶瓷襯底為55～75度YX切向；可選地，厚度為0.3～0.6mm；可選地，表面粗糙度RMS<＝2.0nm。

其中，反射柵和叉指換能器材料為金屬的單質、金屬的合金、金屬的導電性氮化物或導電性氧化物。其中，所述金屬選自Al、Cu、Au、Ag、Ni、Pd、Pt、W、Ti、Ta、Mo、In、Zn、Zr的任意一種或其組合。

其中，反射柵和叉指換能器厚度為50～100nm。

其中，反射柵采用了開路型結構；可選地，器件采用單端口諧振器作為器件的原型結構。

其中，叉指換能器包括兩條沿第一方向分布的母線，以及沿第二方向從母線延伸的交錯的多個叉指，多個叉指的長度變化符合切比雪夫窗函數。

其中，從一條母線延伸的叉指對面具有從另一條母線延伸出的互補叉指，叉指與互補叉指之間具有間隙，互補叉指的長度變化和/或間隙的分布符合切比雪夫窗函數。

其中，叉指的總數目為30～150個；可選地，叉指的沿第一方向的間距為10～100微米。

其中，反射柵側面為凹型。

依照本發明的采用切比雪夫窗函數變跡加權的聲表面波溫度傳感器，增強溫度傳感器對其頻率響應特性中的旁瓣的抑制能力，解決器件頻率響應中主瓣識別困難的問題，增強了聲表面波溫度傳感器的準確性和實用性，同時具有良好的頻率溫度特性。

附圖說明

以下參照附圖來詳細說明本發明的技術方案，其中：

圖1A和圖1B是本發明采用切比雪夫窗函數變跡加權的聲表面波溫度傳感器結構示意圖；

圖2是傳統的采用均勻叉指換能器的聲表面波溫度傳感器結構示意圖；

圖3是實際制作的本發明采用切比雪夫窗函數變跡加權的聲表面波溫度傳感器的光學顯微鏡照片；

圖4是實際制作的本發明采用切比雪夫窗函數變跡加權的聲表面波溫度傳感器的局部放大的光學顯微鏡照片；

圖5是傳統的采用均勻叉指換能器的聲表面波溫度傳感器常溫時的頻率響應圖；

圖6是本發明采用切比雪夫窗函數變跡加權的聲表面波溫度傳感器常溫時的頻率響應圖；以及

圖7是本發明采用切比雪夫窗函數變跡加權的聲表面波溫度傳感器頻率溫度特性圖。

圖中標號：1叉指換能器、2反射柵、3壓電襯底。

具體實施方式