[發明專利]一種高靈敏度的雙端對諧振式聲表面波檢測器

在審

• 申請號: 201610075248.3
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN107040234A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 劉久玲;何世堂;劉明華;孔銀鴿
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: H03H9/02
• 分類號: H03H9/02;H03H9/24;G01N29/02
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所11309
• 代理人: 陳霽

技術領域

本發明涉及一種聲表面波檢測器，特別涉及一種用于傳感器的高靈敏度的雙端對諧振式聲表面波檢測器。

背景技術

聲表面波(SAW)檢測器作為聲表面波振蕩器的頻率控制元件，其性能直接影響振蕩器的頻率穩定度。根據聲表面波振蕩器的頻率穩定性原理，聲表面波檢測器的品質因子(Q值)及插入損耗大小直接影響到振蕩器的短期頻率穩定度，Q值越高、插入損耗越低，則振蕩器的短期頻率穩定度越高，而聲表面波振蕩器的頻率穩定度直接影響SAW氣體傳感器的檢測下限和敏感度。通常聲表面波檢測器的器件結構大致有兩種，一種是SAW延遲線，另外一種是SAW諧振器。對于延遲線結構而言，容易提供較大的區域用于涂敷敏感膜，但是這種結構的器件損耗較大，間接影響振蕩器的頻率穩定度；SAW諧振器具有高品質因子和低損耗的特點，由它作為頻控元件組成的振蕩器容易起振，但諧振器很難提供敏感膜成膜所需要的區域，對于不需制作化學膜的傳感終端，具有較大優勢。本發明涉及的正是一種應用于不需制作化學膜的傳感器的雙端對諧振式結構聲表面波檢測器，以下簡稱雙端對諧振器。

在雙端對諧振器中，由于采用諧振結構，在換能器的兩端放置反射柵陣，形成諧振腔，聲波被限制在諧振腔中，雙向損耗極小，因此可獲得很低的插入損耗，有利于提高振蕩器的頻率穩定性。但是，現有技術為了增加諧振器 的敏感區域，將諧振器的叉指換能器之間的間距設置較寬(大于十個波長)，因此導致諧振腔較長，這樣諧振腔中能量分布區域大，不夠集中。在對微量待測物進行檢測時，待測物主要分布在諧振器敏感區域的中心，而現有的長諧振腔的能量分布特點，使得能量不能集中在諧振器中心，導致中心區域的敏感度不夠高，難以對微量待測物準確檢測。

發明內容

本發明的目的在于，解決現有技術存在的上述問題。

為了實現上述目的，本發明實施例提供了一種雙端對諧振式聲表面波檢測器，包括制作在基片上的的雙端對諧振器，在基片上設置有第二叉指換能器，在第二叉指換能器的兩側分別設置第一叉指換能器和第三叉指換能器，第二叉指換能器和第一叉指換能器形成間隔，第二叉指換能器和第三叉指換能器形成間隔；在第一叉指換能器的另一側設置有第一金屬反射柵陣，在第三叉指換能器的另一側設置有第二金屬反射柵陣。

第一叉指換能器、第二叉指換能器和第三叉指換能器的同步頻率相同。

第二叉指換能器和第一叉指換能器形成的間隔與第二叉指換能器和第三叉指換能器形成的間隔相等，且為第一叉指換能器的波長、第二叉指換能器的波長或第三叉指換能器的波長的0-3.5倍，其中，同步頻率與波長的關系為：v＝λ×f，式中v為材料中的聲速、f為同步頻率以及λ為波長。

優選地，第一叉指換能器、第二叉指換能器、第三叉指換能器、第一金屬反射柵陣、第二金屬反射柵陣的金屬化比相等，金屬化比為0.1-0.6。

第一金屬反射柵陣和第二叉指換能器形成間隔，第二金屬反射柵陣與第 三叉指換能器形成間隔；優選地，第一金屬反射柵陣和第二叉指換能器形成的間隔與第二金屬反射柵陣與第三叉指換能器形成的間隔相等，且為第一叉指換能器的波長、第二叉指換能器的波長或第三叉指換能器的波長的0.25-2.5倍。

優選地，基片為36° YX-LiTaO₃基片、42° YX-LiTaO₃基片、ST-X石英基片、64° YX-LiNbO₃基片和41° YX-LiNbO₃基片中的一種。

優選地，第一金屬反射柵陣和第二金屬反射柵陣的同步頻率相同。

優選地，第一叉指換能器、第二叉指換能器或第三叉指換能器的同步頻率是第一金屬反射柵陣或第二金屬反射柵陣的同步頻率的0.95-1.05倍。

優選地，第一叉指換能器、第二叉指換能器、第三叉指換能器、第一金屬反射柵陣和第二金屬反射柵陣不加權。

上述聲表面波檢測器的頻率響應曲線中兩個縱向模式的能量幅度差距＞10dB，Q值＞2000，插入損耗＜6dB。

本發明實施例提供的雙端對諧振式聲表面波檢測器縮短了叉指換能器之間的間距，優化了叉指換能器和金屬反射柵陣的金屬化比，縮短了諧振腔，使諧振器的能量更加集中，提高了聲表面波檢測器的檢測靈敏度。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的三換能器結構雙端對諧振器的結構示意圖。

圖2為本發明實施例提供的三換能器結構雙端對諧振器的頻率響應曲線。

圖3為已有的三換能器結構雙端對諧振器的頻率響應曲線。