[發明專利]一種聲表面波傳感器芯片結構及傳感器

有效

• 申請號: 201710198913.2
• 申請日: 2017-03-29
• 公開（公告）號: CN107145931B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 李紅浪;蔡飛達;李鵬旭;柯亞兵;田亞會;程利娜
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G06K19/07
• 分類號: G06K19/07;G01D5/48;H02N2/18
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所(普通合伙) 11309
• 代理人: 陳霽

本發明公開了一種聲表面波傳感器芯片結構，該結構包括，壓電基片(21)和叉指換能器(20)；其中，叉指換能器(20)包括匯流條(22)和電極部分(23)，電極部分(23)設置為尖角結構；壓電基片(21)用于積聚電能；叉指換能器(20)用于將電能轉化為機械能，在傳播路徑上調制聲波信號，通過逆壓電效應，將機械能轉化為電能，為聲表面波傳感器提供能量。本發明能夠使SAW傳感器的讀寫范圍大大提升，實現更遠距離的接收，滿足傳感器市場對于讀寫范圍的需求。

技術領域

本發明涉及信號與信息處理領域，尤其涉及一種聲表面波傳感器裝置。

背景技術

聲表面波(SAW，Surface Acoustic Wave)傳感器，由于其性能好、體積小、成本低等特點，廣泛應用于如壓力、溫度、應變等諸多物理量的監測。

一般無線無源SAW傳感器，是由傳感器芯片和讀寫器組成。傳感器芯片通過天線接收讀寫器發射的射頻信號，基于壓電效應，傳感器芯片的叉指換能器將電能轉化為機械能，在傳播路徑上調制聲波信號，通過逆壓電效應，機械能轉化為電能，為傳感器提供能量。但是，由于SAW傳感器的能量來自于讀寫器，而射頻信號在大氣中衰減嚴重，接收到的信號很弱，通過壓電效應產生的能量很弱，因而嚴重制約著SAW傳感器的讀寫距離。目前SAW無線傳感器可實現的最遠距離是6米，并不能完全滿足傳感器市場的需求。

發明內容

本發明的目的在于，解決現有技術中聲表面波傳感器存在的上述不足之處。

為實現上述目的，本發明提供了一種聲表面波傳感器芯片結構，該結構包括，壓電基片和叉指換能器；其中，叉指換能器包括匯流條和電極部分，電極部分設置為尖角結構；壓電基片用于積聚電能；叉指換能器用于將電能轉化為機械能，在傳播路徑上調制聲波信號，通過逆壓電效應，將機械能轉化為電能，為聲表面波傳感器提供能量。

優選地，聲表面波傳感器芯片結構所采用的壓電基片是鈮酸鋰(LiNbO₃)、鉭酸鋰晶體(LiTaO₃)、氧化鋅(ZnO)、或鋯鈦酸鉛壓電陶瓷(PZT)材料，上述材料均是熱釋電系數大的材料，能夠最大限度的進行電荷積累。

優選地，叉指換能器電極部分采用銅、鎢、金、鉑及其合金材料制作而成。

優選地，匯流條面積根據以下步驟計算獲得：

步驟一：根據功率需求確定電流值大小，P＝I²R，式中，R為器件電阻值大小，I為電流大小，P為器件的功率；

步驟二：根據所求電流值大小，依據可求得當前匯流條的表面積。式中，A為匯流條的表面積，p是所用材料的熱釋電系數，T為當前溫度，為溫度變化率。

另一方面，本發明提供了一種傳感器，該傳感器包括讀寫器和上述傳感器芯片。

本發明的有益效果是：本發明利用壓電基片具有熱釋電效應，在壓電基片上盡可能多的積聚電能，并在叉指電極處利用尖端放電將電荷高效地釋放，為傳感器芯片自身提供射頻能量，以提高傳感器的讀寫范圍，實現更遠距離的接收信號。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的一種聲表面波傳感器芯片結構示意圖。

具體實施方式

下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

圖1為本發明實施例提供的一種聲表面波傳感器芯片結構示意圖。如圖1所示，該聲表面波傳感器芯片結構包括，壓電基片21和叉指換能器20；其中，叉指換能器20包括匯流條22和電極部分23，所述電極部分23設置為尖角結構；

壓電基片21用于積聚電能；叉指換能器20用于將電能轉化為機械能，在傳播路徑上調制聲波信號，通過逆壓電效應，將機械能轉化為電能，為聲表面波傳感器提供能量。