[發明專利]一種負載分布非均勻的聲表面波傳感器響應的計算方法

有效

• 申請號: 201911258591.1
• 申請日: 2019-12-10
• 公開（公告）號: CN111307934B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 劉久玲;游然;何世堂
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01N29/02
• 分類號: G01N29/02;G01N29/036;G01N29/12;G01N29/44
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;楊青

1.一種負載分布非均勻的聲表面波傳感器響應的計算方法，所述方法包括：

沿SAW傳播方向將SAW傳感器敏感區域劃分為N部分；沿聲孔徑方向將SAW傳感器劃分為M個通道；SAW傳播方向為X方向，沿聲孔徑方向為Y方向，由此將SAW傳感器敏感區域劃分為M×N個單元；

對SAW傳感器敏感區域的每個單元以及敏感區域外組件求取P矩陣元素，得到SAW傳感器的每個單元的P矩陣；

沿X方向將各個通道內敏感區域的N個單元P矩陣以及敏感區域外組件P矩陣級聯，構成各通道導納矩陣，然后沿Y方向利用通道間電端并聯關系將各通道導納矩陣組合為SAW傳感器整體導納矩陣；

根據網絡參量轉換關系將器件SAW傳感器整體導納矩陣轉換為散射矩陣；

根據散射矩陣計算器件插入損耗，由此繪制表征傳感性能的器件頻率響應曲線；

所述對SAW傳感器敏感區域的每個單元以及敏感區域外組件求取P矩陣元素，得到SAW傳感器的每個單元的P矩陣；具體為：

其中，κ為該單元的反射系數，α為該單元的激發系數，Δ為該單元的失協系數：Δ＝k-k₀；k₀＝2π/λ₀，λ₀為表面波波長；k＝2πf/v，f為頻率，v為速度；

L為柵陣結構長度，N為柵格對數，C為靜態電容；

則該單元的P矩陣為：

所述沿X方向將各個通道內敏感區域的N個單元P矩陣以及敏感區域外組件P矩陣級聯，構成各通道導納矩陣；具體包括：

對于一個通道內敏感區域的N個單元，每兩個相鄰單元采用電端并聯、聲端串聯方式級聯，敏感區域的相鄰單元為A單元和B單元：

A單元的P矩陣P^A為：

B單元的P矩陣P^B為：

級聯后區域的P矩陣P^AB為：

根據上述公式，將各個單元逐級兩兩級聯，由此得到整個敏感區域的P矩陣，將敏感區域外的一個組件和敏感區域級聯，該區域的P矩陣P^C為：

敏感區域外的另一個組件的P矩陣P^D為：

將P^C和P^D級聯，得帶該通道導納矩陣Y^m：

其中，m為該通道的編號，1≤m≤M；

具體為：

SAW傳感器整體導納矩陣Y為：

2.根據權利要求1所述的負載分布非均勻的聲表面波傳感器響應的計算方法，其特征在于，所述根據網絡參量轉換關系將器件整體導納矩陣轉換為散射矩陣；具體為：

計算散射矩陣的每個分量S₁₁、S₁₂、S₂₁和S₂₂：

散射矩陣S為：

3.根據權利要求2所述的負載分布非均勻的聲表面波傳感器響應的計算方法，其特征在于，所述根據散射矩陣計算器件插入損耗，由此繪制表征傳感性能的器件頻率響應曲線，具體包括：

根據散射矩陣計算器件插入損耗IL：

IL＝-20log₁₀|S₁₂|，

以頻率f為自變量，計算插入損耗IL為函數值繪制圖形，得到表征傳感性能的器件頻率響應曲線。

4.根據權利要求1中所述的負載分布非均勻的聲表面波傳感器響應的計算方法，其特征在于，所述SAW傳感器包括：延遲線型SAW傳感器和諧振器型SAW傳感器。