一种具有椭圆电极的压电体声波传感器的制作方法

专利名称：一种具有椭圆电极的压电体声波传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于电子测量技术领域，特别涉及一种适于液相和气相测量的具有椭圆电极的压电体声波传感器。
背景技术：
基于厚度剪切波模式的压电传感器由于有极高的质量灵敏度已广泛用于各种气相和液相的生物化学 测量中。这种传感器通常由具有一定晶体切向的压电晶体片和分布于晶体片两表面的金属电极组成。通过 在电极上施加交变电压会在压电晶体片中激发沿厚度方向传播的剪切波。当与压电传感器表面接触的介质 性质变化时，剪切波的传输参数包括振荡频率和幅值随之发生变化。通过外部电路测量这种变化便可以感 知介质性质的变化。
根据压电体声波传感器设计原理，传感器的振荡频率由压电晶体片的厚度决定，频率越高的器件灵敏 度越高。电极是压电传感器的重要组成部分，电极的材料、形状、厚度和大小会直接影响压电传感器的品 质因数(qualityfactor, Q值)和动态阻抗等关键参数，进而影响传感器的频率稳定性和负载测量范围。
现有的压电体声波传感器通常采用圆形电极。由于压电体声波传感器表面的质点位移主要沿某一特定 晶轴方向，具有非圆形对称性(例如AT-切石英晶体体声波传感器的表面质点位移主要沿X晶轴方向)， 现在普遍使用的圆形电极在激发厚度剪切波时存在许多不足，此类压电传感器在应用中也有较大局限性。
发明专利《压电晶体谐振器电极形状设计方法，专利申请号200810030833.7 报道了一种涉及让压电 谐振器电极形状在每个方向都满足Bechmann系数的优化设计方法。此方法设计的压电谐振器虽然性能有 所提高，但在许多方面并不适合于传感器应用。例如，这种办法获得的电极形状比较复杂，特殊情况下虽 然近似椭圆但仍不是标准椭圆，造成器件加工工艺复杂，成本提高。另外，液相应用的压电体声波传感器 为屏蔽边缘电场对测量的影响，通常会在与液体接触的压电晶体片表面全部覆盖金属电极等。本发明在大 量实验的基础上，提出一种加工简单，性能优越的具有椭圆电极的压电体声波传感器。

发明内容
本发明目的在于克服已有压电体声波传感器测量性能的不足，提出一种以器件中厚度剪切波最大位移 方询为长轴的椭圆形电极的压电体声被传感器。本发明提出的压电体声波## 很好的改善子器件^ 质 因数，大大增加了传感器的负载测量范围，特别是对高粘度液体的响应特性。此外，本传感器还具有结构 简单，制作方便，通用性强和可靠性高的优点。
本发明提出的技术方案包括
1. 一种具有椭圆电极的压电体声波传感器，包括一个压电晶体片和分布于压电晶体片两表面的金属电极 以及电极引线，其特征在于压电晶体片两表面的金属电极至少一个是椭圆形伏。2. 根据权利要求1所述的一种具有椭圆电极的压电体声波传感器，其特征在于所述的椭圆形状的椭圆长 轴与压电晶体片中厚度剪切波最大位移方向一致。
3. 根据权利要求1所述的'一种具有椭圆电极的压电体声波传感器，其特征在于所述的分布于压电晶体片 两表面的金属电极包括只有一个金属电极为椭圆形状时，此椭圆形状的面积小于另一个非椭圆形状金 属电极的面积。
4. 根据权利要求l所述的一种具有椭圆电极的压电体声波传感器，其特征在于所述的压电晶体片是具有 一定晶体切向并支持厚度剪切波的单晶或多晶压电晶体片。
5. 根据权利要求l所述的一种具有椭圆电极的压电体声波传感器，其特征在于所述的压电晶体片包括生 长在一定基底表面的压电晶体薄膜。
当本压电体声波传感器用于气相测量时，通常传感器的两个电极都设计成椭画形状且大小相同，电极 表面涂敷的敏感膜吸附被测物质而引起传感器振荡频率或幅值的变化。与具有传统圆形电极的传感器相 比，相同工作频率条件下，本传感器工作时的频率稳定性更高，信号噪声低从而导致测量灵敏度提高。
当本压电体声波传感器用于液相测量如液体粘度测量时，通常传感器只有一个表面与被溯液体接触。
为消除厚度剪切波边缘电场对测量结果的影响，与液体接触的压电晶体片表面全部覆盖金属电极并与外部 电路的地连接，而另一个表面的椭圆电极长轴与剪切波的最大位移方向一致。与传统具有圆形电极的压电 传感器相比，本压电体声波传感器可以在更高粘度的液体中工作，因而具有更大的粘度测量范围。本发明 提出的传感器电极结构也适用于生长于特定基底表面的压电薄膜谐振传感器。
本发明提出的一种具有椭圆电极的压电体声波传感器包括但不局限于以下几种结构
1. 压电晶体片两个表面的金属电极都是椭圆形状金属电极。
2. 传感器的一个电极是覆盖整个压电晶体片表面的金属电极，另一个是椭圆形状金属电极。
3. 传感器的一个电极为椭圆形电极，另一个电极可以是任何形状的非椭圆电极，但椭圆电极的面积相比 较小。
本压电体声波传感器使用的压电晶体片包括单晶体压电材料和多晶体压电材料。石英晶体是常用的一 种单晶压电材料，Y切石英晶体支持厚度剪切波，且剪切波的最大位移方向与晶体的X晶轴方向一致。此 夕卜，许多多晶压龟材料t&r-泛Sffl手制造传感-^^I压电P^等。
以下结合附图对发明作进一步详细说明。
附

图1为本发明提出的具有双面椭圆电极的压电体声波传感器示意附图2为本发明提出的具有单面椭圆电极和单面传统圆形电极的压电体声波传感器示意图附图3为本发明提出的具有单面椭圆电极和单面全电极的压电体声波传感器示意图
具体实施例方式
实施例1,石英晶体双椭圆电极压电体声波传感器。如图1所示，采用AT切石英晶体为传感器的压 电晶体片.1, 2是分布于晶体上表面的椭圆电极，3是分布于晶体下表面的椭圆电极。2和3的长轴方向与 石英晶体的X晶轴方向一致。4和5是传感器的电极引线，具有多种形状，通过它们传感器与外部电路连接。
实施例2，石英晶体单椭圆电极压电体声波传感器。如图2所示，6是AT切石英晶体片，7是分布于 晶体下表面的圆形电极，8是分布于晶体上表面的椭圆电极。椭圆电极的面积小于下表面的圆电极。
实施例3:石英晶体单面椭圆电极和单面全电极的压电体声波传感器。9是AT切石英晶体片，10覆 盖晶体片上表面的全电极，11是分布于晶体片下表面的椭圆电极，椭圆电极的长轴与石英晶体的X晶轴 方向一致，12是椭圆电极的电极引出线，13为上表面全电极的电极引出线，此处上表面的电极被13引到 晶体的下表面与外部电路连接。
权利要求
1. 一种具有椭圆电极的压电体声波传感器，包括一个压电晶体片和分布于压电晶体片两表面的金属电极以及电极引线，其特征在于压电晶体片两表面的金属电极至少一个是椭圆形状。
2. 根据权利要求1所述的一种具有椭圆电极的压电体声波传感器，其特征在于所述的椭圆形状的椭圆长 轴与压电晶体片中厚度剪切波最大位移方向 一致。
3. 根据权利要求1所述的一种具有椭圆电极的压电体声波传感器，其特征在于所述的分布于压电晶体片 两表面的金属电极包括只有一个金属电极为椭圆形状时，此椭圆形状的面积小于另一个非椭圆形状金 属电极的面积。
4. 根据权利要求1所述的一种具有椭圆电极的压电体声波传感器，其特征在于所述的压电晶体片是具有 一定晶体切向并支持厚度剪切波的单晶或多晶压电晶体片。
5. 根据权利要求l所述的一种具有椭圆电极的压电体声波传感器，其特征在于所述的压电晶体片包括生 长在一定基底表面的压电晶体薄膜。
全文摘要
一种具有椭圆电极的压电体声波传感器，包括一个压电晶体片和分布于晶体片两表面的金属电极以及电极引线。其特征在于压电晶体片两表面的金属电极至少一个是具有椭圆形状的金属电极，椭圆形状的椭圆长轴与压电晶体片中厚度剪切波最大位移方向一致。本发明属于电子测量技术领域，特别涉及一种适合于气相和液相测量的压电体声波传感器。本发明提出的压电体声波传感器很好的改善了器件的品质因数，大大增加了传感器的负载测量范围，特别是对高粘度液体的响应特性。此外，本传感器还具有结构简单，制作方便，通用性强和可靠性高的优点。
文档编号G01N29/036GK101520436SQ20091010480
公开日2009年9月2日 申请日期2009年1月7日 优先权日2009年1月7日
发明者雷 周, 峰 张, 施晓燕, 晓 赵 申请人:峰 张