[發明專利]仿生蜘蛛琴形感受器結構的聲表面波傳感器増敏結構

有效

• 申請號: 201711279195.8
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN108240880B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 韓韜;郭嘉騏
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01L1/25
• 分類號: G01L1/25
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

本發明提供了一種仿生蜘蛛琴形感受器結構的聲表面波傳感器増敏結構，包括：等強度懸臂梁、孔縫組、力敏聲表面波諧振器；等強度懸臂梁整體為具有矩形前端的等腰梯形結構，等腰梯形結構的末端為等強度懸臂梁的固定端；孔縫組設置于等強度懸臂梁上，并靠近等強度懸臂梁的固定端；力敏聲表面波諧振器設置于等強度懸臂梁上，并位于孔縫組的上方。本發明可以極大提高聲表面波傳感器的靈敏度，且保持較高的量程。本發明可應用于多種傳感器，如壓力傳感器、振動傳感器、陀螺儀、諧振器等,在井下環境檢測、汽車工業、軍事航天等領域均有廣泛應用。

技術領域

本發明涉及聲表面波傳感器技術領域，具體地，涉及一種仿生蜘蛛琴形感受器結構的聲表面波傳感器増敏結構。

背景技術

力學傳感器是能感受力學信號，并能按照一定的規律將力學信號轉換成可用的輸出的電信號的器件或裝置，通常由力敏感元件和信號處理單元組成，被廣泛地運用工業實踐中。

基于聲表面波技術的傳感器利用聲表面波器件本身工作在射頻頻段和純無源的特點，實現了傳感器敏感端工作時不需要任何電池供電并且信息無線傳輸的功能，另外其使用環境溫度超過125℃后仍能正常工作的特點也是一大優勢。

“頂針-懸臂梁”力敏結構是一種新波動模式結合新敏感結構的聲表面波力傳感器解決方案。波模式上采用壓電單晶或層狀復合材料基底上激發出的聲表面波，結合特有的導力和壓力/力轉換機構，有助于進一步提高無線力學傳感器的準確度、量程和溫度穩定性。采用等強度懸臂梁結構，梁在受到集中力作用下表面應力不隨位置而變化，克服了普通懸臂梁應變分布與施力位置相關的缺點，保證了力學傳感器的一致性。從而保證了聲表面波諧振器的穩定性能

在實際運用中，等強度懸臂梁在軸向上仍會有一定不均勻應變，對駐波的形成產生兩種影響。其一是反射柵柵距發生了變化，其二是引起聲表面波傳播方向聲速的變化，均導致了反射波相位的變化從而對力敏聲表面波諧振器的Qr值產生強烈影響，降低聲表面波傳感器的靈敏度。

仿生學研究顯示蜘蛛腿部的琴形器由多條并行排列的凹槽組成，能夠在其附近產生均勻的應力集中區，使得蜘蛛對外界機械信號刺激異常敏感。在等強度懸臂梁結構上刻蝕出仿生蜘蛛琴形感受器的孔縫組，能夠在等強度懸臂梁上產生數倍的應力集中，并克服等強度懸臂梁軸向上的不均勻應變，使應力集中區具有不隨橫向和軸向位置變化的等強度應力分布，降低應力分布不均勻對力敏聲表面波諧振器的Qr值影響，極大地提升聲表面波傳感器的靈敏度和線性度。

但是，直接在等強度懸臂梁結構上刻蝕出仿生蜘蛛琴形感受器的孔縫組，通常存在在如下問題：

1、仿生蜘蛛琴形感受器孔縫單體的數量若不加以控制，其在等強度懸臂梁上產生的應力集中將變得不均勻，無法滿足力敏聲表面波諧振器的Qr值需求。

2、仿生蜘蛛琴形感受器孔縫單體間的間距非常關鍵，若無法滿足其與孔縫單體寬度間特定的比例關系，部分區域的應力集中將會互相抵消，無法提升力敏聲表面波諧振器的檢測靈敏度。

3、此外，仿生蜘蛛琴形感受器孔縫單體的高度和深度亦對力敏聲表面波諧振器的Qr值有一定影響。

目前沒有發現同本發明類似技術的說明或報道，也尚未收集到國內外類似的資料。

發明內容

針對現有技術中的不足之處，本發明的目的是提供一種仿生蜘蛛琴形感受器結構的聲表面波傳感器増敏結構，通過力敏聲表面波諧振器的運用，實現其無線無源、高溫度穩定性的功能；通過在等強度懸臂梁結構上刻蝕出仿生蜘蛛琴形感受器的孔縫組，提高傳感器的靈敏度和線性度，保證傳感器的一致性。

本發明是通過以下技術方案實現的。

一種仿生蜘蛛琴形感受器結構的聲表面波傳感器増敏結構，包括：等強度懸臂梁1、孔縫組2、力敏聲表面波諧振器3；其中：