[發(fā)明專利]一種復(fù)合編碼型SAW溫度、壓力集成傳感器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910564930.2
• 申請(qǐng)日: 2019-06-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110231103B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡春華;王李;金紀(jì)東;滕思茹;張蕾;張曼曼;談俊燕;華迪;李磊;齊本勝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)常州校區(qū)
• 主分類號(hào): G01K11/26
• 分類號(hào): G01K11/26;G01L1/25;G01L11/04;B81B7/00;B81B7/02;B81C1/00;C30B23/02;C30B25/02;C30B29/06
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 劉艷艷;董建林

本發(fā)明公開(kāi)了一種復(fù)合編碼型SAW溫度、壓力集成傳感器及其制備方法，包括襯底及設(shè)置在襯底表面的壓電材料，所述壓電材料上設(shè)有SAW諧振器，所述襯底內(nèi)部設(shè)有密封腔。利用沉積在壓電材料上的SAW諧振器會(huì)隨外界溫度而改變諧振頻率的效應(yīng)來(lái)測(cè)定溫度；利用生長(zhǎng)在空腔上的SAW諧振器會(huì)隨外界壓力而改變諧振頻率的效應(yīng)來(lái)測(cè)定壓力。本發(fā)明所述復(fù)合編碼型SAW溫度、壓力集成傳感器無(wú)需內(nèi)加能源來(lái)驅(qū)動(dòng)且不需要使用導(dǎo)線傳輸信號(hào)，使傳感器具備了無(wú)線無(wú)源，能在在高溫、高壓、密封空間等極端惡劣環(huán)境中工作的特點(diǎn)。通過(guò)使用時(shí)間編碼技術(shù)，詢問(wèn)射頻信號(hào)可以很容易地測(cè)定兩個(gè)不同的SAW諧振器的諧振頻率，不會(huì)造成混疊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合編碼型SAW溫度、壓力集成傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

在工業(yè)生產(chǎn)、電子產(chǎn)品、安全檢測(cè)中，傳感器得到了越來(lái)越多的運(yùn)用，其中測(cè)量溫度和壓力的傳感器使用得尤為頻繁。傳統(tǒng)的溫度傳感器或者壓力傳感器在使用時(shí)需要用導(dǎo)線將信號(hào)接收設(shè)備與傳感器相連接，有些傳感器在使用時(shí)還需要外供驅(qū)動(dòng)源。在一些需要信號(hào)接收設(shè)備與傳感器隔離的場(chǎng)合，例如行駛中的汽車中的輪胎溫度、壓力監(jiān)測(cè)，這類傳感器就無(wú)法發(fā)揮作用。并且在小型化、低功耗逐漸成為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)主題的趨勢(shì)下，在電子產(chǎn)品中使用這類功耗較高，不便于集成的傳感器并不是一個(gè)比較好的選擇。復(fù)合編碼型SAW(聲表面波)溫度、壓力傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)源無(wú)線，并且具有大響應(yīng)能量和長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的諧振特性，以及具有多個(gè)時(shí)間碼的時(shí)分特性。而基于MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng))加工技術(shù)的SAW傳感器還具有體積小，價(jià)格低，與集成電路工藝兼容，產(chǎn)品一致性好的特點(diǎn)，完全合適在上述相似場(chǎng)合中使用。

壓力傳感器水利水電、鐵路交通、智能建筑、電子產(chǎn)品等行業(yè)具有十分重要的應(yīng)用。其工作原理一般是：空腔或薄膜在壓力的作用下會(huì)發(fā)生形變，通過(guò)柔性電阻器或SAW諧振器檢測(cè)空腔或薄膜的形變量來(lái)測(cè)量壓力的大小。

現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺陷：傳統(tǒng)的通過(guò)測(cè)定空腔形變量來(lái)測(cè)定壓力的傳感器，其空腔由上下對(duì)應(yīng)的兩凹形材料鍵合或焊接而成，在氣密性與機(jī)械強(qiáng)度等方便存在著天然的缺陷。現(xiàn)有技術(shù)中的溫度傳感器、壓力傳感器使用導(dǎo)線傳輸采集到的信號(hào)，難以與處理單元集成，需要消耗能量，在一些極端惡劣環(huán)境中會(huì)受到影響甚至無(wú)法工作的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種復(fù)合編碼型SAW溫度、壓力集成傳感器及其制備方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種復(fù)合編碼型SAW溫度、壓力集成傳感器，包括襯底及設(shè)置在襯底上表面的壓電材料，所述襯底內(nèi)部設(shè)有密封腔，所述壓電材料至少有兩塊，其中至少一塊壓電材料設(shè)置在襯底密封腔正上方，另有至少一塊壓電材料設(shè)置在襯底無(wú)密封腔部位上方；每塊壓電材料上均設(shè)有SAW諧振器；其中位于密封腔正上方的SAW諧振器作為壓力傳感器，位于襯底無(wú)密封腔部位上方的SAW諧振器作為溫度傳感器，利用在密封腔上的SAW諧振器會(huì)隨外界壓力而改變諧振頻率的效應(yīng)來(lái)測(cè)定壓力，利用沉積在壓電材料上的SAW諧振器會(huì)隨外界溫度而改變諧振頻率的效應(yīng)來(lái)測(cè)定溫度。

作為優(yōu)選方案，所述的復(fù)合編碼型SAW溫度、壓力集成傳感器，所述SAW諧振器包括反射柵、第一叉指電極IDTs、第二叉指電極IDTs、第三叉指電極IDTs、平面電感和電容器；

所述反射柵用于反射聲表面波信號(hào)傳送給第一叉指電極IDTs，所述第一叉指電極IDTs用于對(duì)接收到的聲表面波信號(hào)進(jìn)行選頻，第二叉指電極IDTs作為信號(hào)延遲線，所述第三叉指電極IDTs連接有微帶天線，用于接收和發(fā)送無(wú)線電波信號(hào)；所述平面電感和電容器構(gòu)成L型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，第一叉指電極IDTs通過(guò)電互連線連接到阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入端，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端通過(guò)電互連線連接到第二叉指電極IDTs，第二叉指電極IDTs把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲表面波信號(hào)，傳送給第三叉指電極IDTs，第三叉指電極IDTs將聲表面波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并通過(guò)微帶天線把電信號(hào)發(fā)送出去。