[發(fā)明專利]集成有天線結構的聲表面波作用力傳感器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610173542.8
• 申請日: 2016-03-24
• 公開（公告）號: CN107230819A
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發(fā)明（設計）人: 張凱
• 申請（專利權）人: 成都燈島科技有限公司
• 主分類號: H01Q1/22
• 分類號: H01Q1/22;G01L1/25
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種聲表面波作用力傳感器，特別涉及一種集成有天線結構的聲表面波作用力傳感器。

背景技術

聲表面波(surface acoustic wave，SAW)是英國物理學家瑞利在19世紀80年代研究地震波的過程中偶爾發(fā)現(xiàn)的一種能量集中于地表面?zhèn)鞑サ穆暡?。聲表面波是一種在固體淺表面?zhèn)鞑サ膹椥圆ǎ嬖谌舾赡Ｊ?，主要包括Rayleigh波、Love波、Lamb波、B2G波、漏剪切聲表面波以及快速聲表面波模式的準縱漏聲表面波等。

1965年，美國懷特和沃爾特默發(fā)表題為“一種新型聲表面波聲——電轉化器”的論文，取得了聲表面波技術的關鍵性突破，首次采用叉指換能器IDT激發(fā)SAW，加速了聲表面波技術的發(fā)展。SAW傳感器是電子技術與材料科學相結合的產物，它由SAW振蕩器、敏感的界面膜材料和振蕩電路組成，SAW傳感器的核心部件是SAW振蕩器，由壓電材料基片和沉積在基片上不同功能的叉指換能器所組成，有延遲線型(DL型)和諧振器型(R型)兩種。

SAW傳感器是繼陶瓷、半導體等傳感器的一支后起之秀。與傳統(tǒng)傳感器相比，它具有性能高、體積小、能承受極端工作條件(如高溫、強電磁輻射)等優(yōu)點。此外，SAW傳感器可實現(xiàn)無源化，無須外部供電，這使得它比傳統(tǒng)的傳感器更能勝任無接觸測量，例如：高速轉子、快速移動物體以及密封物體內部等各種條件下的物理化學參數(shù)檢測。由于叉指換能器可與射頻輻射天線直接相連，達到收發(fā)射頻信號的目的，所以能直接完成無線應用，大大簡化了SAW傳感器節(jié)點的結構。最簡單的SAW傳感器節(jié)點僅由聲表面波壓電編碼傳感單元芯片和直接相連的天線組成，成本低，適于推廣應用。

由于聲表面波聲速比電磁波光速低許多，聲表面波傳播4mm距離，即可延時一微秒左右。一微秒延遲時間，足以避免近距(<100米)內射頻多次反射雜波的干擾，大大提高了有效回波的信噪比，有利于增加反射延遲型SAW傳感器的讀寫距離或減小讀寫器的射頻輻射功率。

SAW傳感器可工作于較寬的環(huán)境溫度范圍。采用常用的壓電晶體，器件最高工作溫度可大于200℃。采用特別的封裝，已證實能較長期工作在300℃環(huán)境中。若采用特種壓電材料，傳感器的工作溫度可更高。

聲表面波傳感器因其無源無線測量、體積小、靈敏度高、穩(wěn)定性好、適應環(huán)境能力強等突出優(yōu)點，已經成為了微傳感器設計的選擇之一。加之近年來IC技術和MEMS技術的 快速發(fā)展，使制作聲表面波器件的成本也大大降低，加快了聲表面波傳感器從理論研究走向市場化的速度。對于SAW作用力傳感器而言，國內外的研究均是用于測量流體壓強，尤其在汽車輪胎壓力測量方面已經取得了顯著的成果。但是，目前SAW作用力傳感器的信號傳輸系統(tǒng)，必須依賴于與SAW器件想集成的IC電路技術，造成了其體積增大，無法應用于細小狹縫等極端環(huán)境之中。本發(fā)明針對此問題，基于MEMS工藝將天線結構與SAW器件進行集成，使得SAW器件的信號可以直接通過天線發(fā)射出去，大大減小了器件的尺寸，拓展了SAW作用力傳感器的使用用途。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種將天線結構與SAW器件進行集成，使得SAW器件的信號可以直接通過天線發(fā)射出去，大大減小了器件的尺寸，拓展了SAW作用力傳感器的使用用途，使SAW傳感器可以有效用于惡劣環(huán)境的作用力測量之中的集成有天線結構的聲表面波作用力傳感器。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：集成有天線結構的聲表面波作用力傳感器，包括壓電基底、電極面、天線圖形、叉指換能器IDT和反射柵，壓電基底為圓柱形結構，壓電基地的一個端面上設有凹槽，叉指換能器IDT和反射柵位于凹槽之中，叉指換能器IDT位于凹槽的中部，反射柵分別位于叉指換能器IDT的兩側，叉指換能器IDT的兩端與電極面相連，電極面呈扇形并延伸到壓電基底的端面邊緣，電極面之間的壓電基底端面上設置有天線圖形。

具體地，所述的壓電基底采用單晶石英壓電基底或多層基底，叉指換能器IDT由相互交叉的指條電極組成，反射柵由致密排列的相連指條組成，天線圖形為環(huán)形相互交叉形式。

進一步地，所述的電極面、天線圖形和反射柵均為對稱結構。