[發明專利]一種諧振器型無線無源溫度傳感器及工作方法

有效

• 申請號: 202110281938.5
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN112964384B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 張清;房娟娟
• 申請（專利權）人: 山東深思智能科技有限公司
• 主分類號: G01K11/26
• 分類號: G01K11/26
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 祖之強

本公開提供了一種諧振器型無線無源溫度傳感器及工作方法，傳感器包括：第一聲表面波諧振器和第二聲表面波諧振器，第一聲表面波諧振器包括第一壓電基片和第一金屬電極，第二聲表面波諧振器包括第二壓電基片和第二金屬電極；第一壓電基片和第二壓電基片的材質相同且切型相同，第一金屬電極和第二金屬電極材質相同且膜厚不同，根據第一聲表面波諧振器和第二聲表面波諧振器的中心頻率的差值與溫度的關系進行溫度測量；本公開采用同一聲波傳播切型下、不同金屬膜厚的兩個獨立的聲表面波諧振器，可以保證傳感器對非溫度干擾參數的敏感特性近乎一致，提高溫度傳感器的精度，兩個諧振器獨立加工，傳感器芯片面積小，可進一步提升產品的成品率。

技術領域

本公開涉及溫度傳感器技術領域，特別涉及一種諧振器型無線無源溫度傳感器及工作方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術，并不必然構成現有技術。

無線無源溫度傳感系統將無源聲表面波傳感器與無線閱讀器相結合，具有體積小、穩定性好、可靠性高等優點，特別適用于高溫、高電壓、易燃易爆或旋轉部件等極端環境的溫度測量，已廣泛應用于智能電網的開關柜觸頭等關鍵部件，對保障電網安全起到了至關重要的作用。相比于延遲線型聲表面波傳感器，采用諧振器結構的聲表面波傳感器具有更高的Q值(品質因數)，可實現更遠的無線測量距離，且更易通過同一個天線實現傳感器對激勵信號的接收和對回波信號的發射功能，因而在無線傳感領域具有更為廣泛的應用。

有研究人員提供了一種雙聲表面波溫度傳感器及其設計方法，該方案為提高傳感器諧振頻率隨溫度變化的線性度，將兩個聲表面波諧振器設計集成于同一塊壓電基片上，且兩個諧振器的換能器夾角在20°～160°，用于實現全溫度范圍內的溫度測量。也有研究人員設計了一種聲表面波扭矩和溫度傳感器，該傳感器通過設置在Y+34°切向的石英公共基底上的三個聲表面波諧振器，實現對扭矩和溫度的同時測量。為了實現溫度傳感器線性輸出，以及對扭矩傳感器的溫度補償，該專利在實現中可依據想要的溫度測量范圍和兩個聲表面波諧振器差頻的溫度靈敏度，來選擇其相應的夾角(0°～30°)。

由上述溫度傳感器的實現方案可以發現，為了提高聲表面波傳感器諧振頻率隨溫度變化的線性度，現有聲表面波傳感器常利用壓電基片的各向異性，選取同一壓電基片上兩個不同傳播夾角的聲表面波諧振器。這將導致：(1)兩個不同夾角的聲表面波諧振器，其對非溫度的干擾參數(如壓力、振動、濕度等)的敏感特性不同，難以克服外界非溫度環境所帶來的干擾；(2)兩個諧振器制備在同一壓電基片上，曝光區域的面積大，工藝上難以保證兩個諧振器的一致性，導致成品率降低。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本公開提供了一種諧振器型無線無源溫度傳感器及工作方法，采用同一聲波傳播切型下、不同金屬膜厚的兩個獨立的聲表面波諧振器，可以保證傳感器對非溫度干擾參數的敏感特性近乎一致，提高溫度傳感器的精度；同時，兩個諧振器獨立加工，傳感器芯片面積小，可進一步提升產品的成品率。

為了實現上述目的，本公開采用如下技術方案：

本公開第一方面提供了一種諧振器型無線無源溫度傳感器。

一種諧振器型無線無源溫度傳感器，包括：第一聲表面波諧振器和第二聲表面波諧振器，第一聲表面波諧振器包括第一壓電基片以及與第一壓電基片接觸連接的第一金屬電極，第二聲表面波諧振器包括第二壓電基片以及與第二壓電基片接觸連接的第二金屬電極；

第一壓電基片和第二壓電基片的材質相同且切型相同，第一金屬電極和第二金屬電極材質相同且膜厚不同，根據第一聲表面波諧振器和第二聲表面波諧振器的中心頻率的差值與溫度的關系進行溫度測量。

作為可選的實施方式，中心頻率的差頻與溫度呈一階線性關系。

作為可選的實施方式，第一壓電基片和第二壓電基片的切型為：AT-X石英、ST-X石英、ZX-鈮酸鋰、YZ-鈮酸鋰、128°YX-鈮酸鋰或X-112°Y-鉭酸鋰。