[實用新型]雙諧振器聲波拉伸應變傳感器芯片

有效

• 申請號: 201820905635.X
• 申請日: 2018-06-12
• 公開（公告）號: CN208333399U
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 牟笑靜;曹健;竇韶旭;尚正國
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01B17/04
• 分類號: G01B17/04
• 代理公司: 杭州千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 鄭嫻雅

本實用新型提出了一種雙諧振器聲波拉伸應變傳感器芯片，其包括第一諧振器和第二諧振器，第一諧振器和第二諧振器相互垂直放置且各自的聲波傳播方向不通過對方諧振器區域。可以選擇從基底層背部進行深刻蝕，構成蘭姆波器件；也可以選擇在基底層背部不刻蝕，構成聲表面波器件。由于兩諧振器結構完全相同，故二者感受到的由溫度引起的頻率漂移相同。第一諧振器的聲波傳播方向與待測主應變方向垂直，第二諧振器的聲波傳播方向與待測主應變方向平行，二者感受到的由應變引起的頻率漂移相反。本實用新型不僅能夠消除溫度對應變檢測的干擾，還能增大應變靈敏度。

技術領域

本實用新型屬于聲波應變傳感器技術領域，具體涉及一種應用于測量單軸拉伸應變量的雙諧振器聲波拉伸應變傳感器芯片。

背景技術

聲波應變傳感器是一種利用聲波物理特性測量應變的傳感器。聲表面波的本質是一種由機械振動引起的沿彈性固體表面傳播的彈性波。當外界擾動(如壓力、應變、溫度等)作用于基片時，會引起基片的彈性模量變化，聲表面波的波速改變；同時，外界擾動會引起諧振器的幾何尺寸變化，聲表面波的波長改變，波速和波長的共同變化導致諧振器的諧振頻率偏移。

由于諧振器均感受測試環境的溫度和應變，所以諧振器的諧振頻率偏移為應變和溫度兩部分共同作用的結果。尤其在溫度大幅波動的環境中，溫度引起的頻率漂移現象愈實用新型顯，溫度補償就顯得尤為重要。

中國專利CN 107289883提供了一種差分式諧振器型的無線無源聲表面波應變傳感器，該應變傳感器包括一個參考器件和一個感知器件，雖然解決了由環境溫度引起的對應變檢測干擾的問題，但是其應變靈敏度并沒有提高。

實用新型內容

本實用新型主要針對現有技術中存在的不足，提出了一種雙諧振器聲波拉伸應變傳感器芯片，其包括結構完全相同的第一諧振器和第二諧振器，第一諧振器和第二諧振器相互垂直放置且各自的聲波傳播方向不通過對方諧振器區域，以確保聲場互不影響；還包括壓電層、底電極與基底層；在所述基底層上形成有所述底電極，在所述底電極上形成有所述壓電層，在所述壓電層上形成有第一諧振器和第二諧振器。

第一諧振器和第二諧振器均感受測試環境的溫度和應變，故兩個諧振器的諧振頻率偏移均為應變和溫度兩部分共同作用的結果。由于第一諧振器和第二諧振器制作在同一壓電層上，距離很近，而且結構完全一樣，故二者感受到的由溫度引起的頻率漂移相同。對待測應變薄板進行單軸拉伸(本實用新型中為橫向拉伸)，第一諧振器的聲波傳播方向與待測主應變方向垂直，其諧振頻率隨應變增大而增大；第二諧振器的聲波傳播方向與待測主應變方向平行，其諧振頻率隨應變增大而減小，二者感受到的由應變引起的頻率漂移相反。

在測量拉伸應變時，監測兩個諧振器的諧振頻率，歸一化后，將兩個頻率值作差，便能實現大溫區范圍內的應變量測量，還能增大應變靈敏度。

在本實用新型的一種優選實施方式中，諧振器和反射柵組成單端諧振器，具體地，單端諧振器的結構為兩個反射柵之間放置一個叉指換能器；所述第一諧振器和所述第二諧振器設置于同一壓電層上；所述第一諧振器包括：第一叉指換能器、第一反射柵和第二反射柵；所述第一反射柵和所述第二反射柵分布于所述第一叉指換能器兩側；所述第二諧振器包括：第二叉指換能器、第三反射柵和第四反射柵；所述第三反射柵和所述第四反射柵分布于所述第二叉指換能器兩側。

在本實用新型的另一種優選實施方式中，所述第一諧振器縱向設置于所述壓電層上，所述第二諧振器橫向設置于所述壓電層上，兩者相互垂直放置且分別置于一個直角的兩條邊上。

若第二諧振器的聲波傳播方向通過第一諧振器區域，如背景技術中對比文件中所示的關系，第二諧振器的聲波傳播到第一諧振器，并作用于第一諧振器上，使得第一諧振器的幾何尺寸與壓電薄膜的彈性模量發生改變，引起聲波波長及波速的變化，從而導致第一諧振器的諧振頻率偏移，影響應變檢測的準確性。本實用新型中，第一諧振器和第二諧振器相互垂直放置且各自的聲波傳播方向不通過對方諧振器區域，有效保證了兩者的聲場互不影響，提高了檢測的準確性。