一种声表面波谐振器型阻抗传感器以及阻抗检测系统的制作方法

文档序号:9562932
一种声表面波谐振器型阻抗传感器以及阻抗检测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种阻抗传感器,具体地说,是涉及一种声表面波谐振器型阻抗传感 器以及检测系统。
【背景技术】
[0002] 目前许多特殊场合,传感器和被测单元间的连线通常是无法实现的,必须采用无 线传感器来实现测量,声表面波传感器是利用外界因素(如温度,压力,磁场,电场等)会 影响声表面波的传输特性而实现传感的一种器件。
[0003] 无源声表面波传感器的工作原理是:首先,射频询问单元发出高频询问信号,信号 被直接与声表面波芯片上的叉指换能器(IDT)相连的天线接收,转换成电信号。叉指换能 器将电信号转换成在压电晶体表面传播的声表面波,部分声表面波能量被传播路径上的反 射条纹反射回来,再通过叉指换能器将声信号转换成电信号,然后由天线发送出去。
[0004] 申请公布号为CN 102052986 A的中国专利申请文件,公开一种无线无源声表面波 阻抗负载传感器,参见图1所示,包括天线、输入/输出叉指换能器1、压电基片2、参比反 射栅3、测量反射栅4和阻抗变化的外接传感器,射频询问单元发射的无线信号经所述天 线接收并通过输入/输出叉指换能器1转化为声表面波,在所述压电基片2上传播,到达所 述参比反射栅3和测量反射栅4后产生反射,由于反射栅4外接传感器,当外接传感器阻 抗变化,使反射栅4外接电学条件发生变化,反射栅4反射性能也会发生变化。该技术方 案的不足之处在于:1、将反射栅4与外接传感器连接,由于反射栅4设置在压电基片上,而 压电基片作为无源声表面波的感知部分,一般要保持清洁、干净,因为声表面波在压电基片 表面传播,灰尘杂质会影响声表面波传播性能,最终影响传感器感知性能,若将反射栅4与 外接传感器连接的话,很保证压电基片的洁净度,导致影响传感器感知精度,即便是将传感 器压电基片部分采用外壳封装起来,这就需要通过点焊金属引线将反射栅和引脚相连,该 引脚再与外接传感器相连,增添了工艺步骤和复杂度。2、通过引线、引脚和导线连接外接传 感器,不利于集成化。

【发明内容】

[0005] 本发明为了解决现有声表面波传感器占用体积大的技术问题,提供了一种声表面 波谐振器型阻抗传感器。
[0006] 为了解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案予以实现: 一种声表面波谐振器型阻抗传感器,包括第一天线、匹配网络、反射栅、以及叉指换能 器,所述至少反射栅、以及叉指换能器设置在压电基片上,所述匹配网络包括由至少一个电 容和至少一个电感组成的最佳匹配网络,所述最佳匹配网络还并联有外部传感器,所述外 部传感器为电容式或者电感式传感器。
[0007] 进一步的,所述最佳匹配网络由第一电容(Cl)和第一电感(LI)相串联组成,所述 外部传感器并联在所述最佳匹配网络组成的串联电路的两端。
[0008] 进一步的,所述最佳匹配网络由第一电容(Cl)和第一电感(LI)相串联组成,所述 外部传感器并联在所述第一电容(Cl)的两端。
[0009] 进一步的,所述最佳匹配网络由第一电容(Cl)和第一电感(LI)相串联组成,所述 外部传感器并联在所述第一电感(LI)的两端。
[0010] 又进一步的,所述外部传感器集成于匹配网络中或者通过导线外接入匹配网络 中。
[0011] 基于上述的一种声表面波谐振器型阻抗传感器,本发明同时提供了一种声表面波 谐振器型阻抗检测系统,包括阅读器、信号处理模块、以及阻抗传感器,所述阅读器上设置 有第二天线,所述阻抗传感器包括第一天线、匹配网络、反射栅、以及叉指换能器,所述至少 反射栅、以及叉指换能器设置在压电基片上,所述匹配网络包括由至少一个电容和至少一 个电感组成的最佳匹配网络,所述最佳匹配网络还并联有外部传感器,所述外部传感器为 电容式或者电感式传感器。
[0012] 与现有技术相比,本发明的优点和积极效果是:本发明的声表面波谐振器型阻抗 传感器,1、通过将外部传感器接入匹配网络中,不改变压电基片的结构与布置,因此不会影 响传感器的感知性能,检测精确度也相应提高;2、不改变压电基片的结构与布置,因此不会 带来设置引脚等所增加的工艺步骤和复杂度;3、外部传感器可以集成于匹配网络中,集成 度高,进一步减少封装结构,减小了传感器整体体积。
[0013] 结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后,本发明的其他特点和优点将变得更 加清楚。
【附图说明】
[0014] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以 根据这些附图获得其他的附图。 图1是现有技术中的一种无线无源声表面波阻抗负载传感器结构示意图; 图2是本发明所提出的声表面波谐振器型阻抗传感器一种实施例结构示意图; 图3是图2中阻抗传感器的电路原理方框图; 图4是外部传感器外接并联在所述第一电容与第一电感串联组成的匹配网络两端的 结构图; 图5是外部传感器集成在匹配网络内部的结构图; 图6是外部传感器外接并联在所述第一电感两端的结构图; 图7是实施例三中谐振器等效电路模型图; 图8是本发明所提出的声表面波谐振器型阻抗检测系统的一种实施例系统方框图。
【具体实施方式】
[0015] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例,都属于本发明保护的范围。
[0016] 实施例一,参见图2所7K,本实施例提供了一种声表面波谐振器型阻抗传感器,包 括第一天线101、匹配网络102、反射栅103、以及叉指换能器104,至少反射栅103、以及叉指 换能器104设置在压电基片105上,参见图3所示,匹配网络102包括由至少一个电容和至 少一个电感组成的最佳匹配网络,该最佳匹配网络还并联有外部传感器,所述外部传感器 为电容式或者电感式传感器。本实施例的声表面波谐振器型阻抗传感器的工作原理是:外 部传感器为电容式或者电感式传感器,该电容式或者电感式传感器是将被测的机械量,如 位移、压力等转换为电容量或者电感量变化的传感器,在本技术方案中,通过在匹配网络上 增设外部传感器,当被测对象的机械量(如位移、压力等转换)发生变化时,体现为外部传感 器的电容值或者电感值发生变化,由于外部传感器并联在匹配网络中,因此匹配网络的阻 抗发生变化,因此第一天线101接收激励信号经过匹配网络传输时,中心频率会发生相应 的改变,因此,信号经反射栅反射后由叉指换能器发射出去的信号中心频率也相应改变,通 过检测阻抗传感器发出信号的中心频率,即可分析出外部传感器的阻抗的改变值,相应计 算出被测对象的机械量的变化量。本实施例的声表面波谐振器型阻抗传感器,通过将外部 传感器连接在匹配网络中,不改变压电基片的结构与布置,因此不会影响传感器的感知性 能,检测精确度也相应提高;而且不改变压电基片的结构与布置,因此不会带来设置引脚等 所增加的工艺步骤和复杂度;此外,外部传感器可以集成于匹配网络中,集成度高,进一步 减少封装结构,减小了传感器整体体积。
[0017] 需要说明的是,匹配网络102在电路中的作用是,在例如本实施例的传感器无源 无线测量中,反射栅103以及叉指换能器104组成谐振器,谐振器需要与天线101进行阻 抗匹配,将天线101接收的激励信号发送至谐振器,否则会造成极大的能量损耗,严重影 响传输效率和信号的品质,因此在天线和谐振器间需要匹配网络,匹配网络一般由电感和 电容并联组成。谐振器接收匹配网络发送的经过匹配的激励信号,叉指换能器进行电-声 转换,产生声表面波向两边传播,声表面波遇到反射栅时产生反射,并进行叠加,会在谐振 腔内形成驻波。谐振器在外部信号激励时存储能量,当外部激励信号撤出后,叉指换能器进 行声-电转换,将谐振器响应信号释放出去。谐振器的组成结构简单,只需采用一个叉指换 能器以及叉指换能器的两侧分别设置一个反射栅即可,占用压电基片的空间小。
[0018] 实施例二,本实施例给出了声表面波谐振器型阻抗传感器的一种电路原理图,参 见图4所示,最佳匹配网络由第一电容Cl和第一电感Ll相串联组成,外接传感器并联在
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