一种双声路声表面波温度传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种双声路声表面波温度传感器。
【背景技术】
[0002] 传感器不仅广泛应用于工业生产的方方面面，还与我们的日常生活息息相关。传 感器能为我们提供实时的信息，帮助我们做出重要决策。传感器和传感系统是智能电网不 可或缺的部分。如何设计可靠、低成本、小尺寸的无线传感器是科学界的一大难题。声表面 波温度传感器（SAWSensor)相对于一般传感器具有一系列的优点。声表面波技术开创了 无线、小型传感器的新纪元。无线无源的声表面波温度传感器是近年来发展起来的新型传 感器，具有优良的性质和广泛应用的前景。其无线无源的特性也大大拓展了传感器的应用 领域，使恶劣环境下的传感检测变得安全可靠。
[0003] 因此，针对现有温度传感器可靠性差，抗干扰度不强，精度不高，难以检测到微小 温度变化量，体积稍大不利于集成化与批量生产的问题，需要提供一种体积小，测温精度 高，便于集成化的声表面波温度传感器。
【发明内容】
[0004] 为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种双声路声表面波温度传感器。
[0005] 本发明的技术方案是：
[0006]所述声表面波温度传感器包括信号处理单元，以及设置在压电基片上的叉指换能 器、多条耦合器、第一正负反射栅和第二正负反射栅；所述压电基片表面还敷设有吸声材 料；
[0007]所述叉指换能器，用于接收天线发送的激励信号，在压电基片表面产生声表面波， 以及接收第一正负反射栅反射回的第一反射信号和第二正负反射栅反射回的第二反射信 号，并将反射回的信号经过天线发送至信号处理单元；
[0008]所述多条耦合器，改变所述声表面波中表面波信号的传播方向，使其依次经过第 一正负反射栅和第二正负反射栅；不改变所述声表面波中体声波信号的传播方向，所述体 声波信号传播至压电基片衬底边缘时，被所述吸声材料吸收。
[0009] 优选的，所述信号处理单元，用于向所述叉指换能器发送激励信号；
[0010] 所述信号处理单元，依据所述第一反射信号和第二反射信号之间的相位差值的变 化量，度量温度的变化量；
[0011] 优选的，所述相位差值的变化量Αφ21的计算公式为：
[0012] Δφ21= 2iif〇XAt21 (1)
[0013] 其中，t21为第一反射信号和第二反射信号到达叉指换能器的时间差，^ d ^S4ir 为第一正负反射栅和第二正负反射栅之间的距离，vSAW为声表面波的传播速度，所述距离d和传播速度VSAW依据温度的变化而变化；△ 121为所述时间差的变化量；
[0014] Φ21为叉指换能器接收到的第一反射信号和第二反射信号的相位差值，Φ21 = 2 3Τf〇t21;
[0015] f。为声表面波的谐振频率；
[0016] 优选的，所述第一正负反射栅和第二正负反射栅均包括开路反射栅和短路反射 栅；
[0017] 优选的，所述叉指换能器包括单端口输入和单端口输出；
[0018] 优选的，所述压电基片为石英晶体。
[0019] 与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：
[0020] 1、本发明提供的一种双声路声表面波温度传感器，能够提高频率响应，抑制频率 响应曲线中的旁瓣，提高品质因素，消除外界扰动量，提高测温精度，减少传感器体积，便于 集成化；
[0021] 2、本发明提供的一种双声路声表面波温度传感器。性能稳定，体积小，准确度高， 实用性号，具有较高的应用价值。
【附图说明】
[0022] 下面结合附图对本发明进一步说明。
[0023] 图1 :本发明实施例中一种双声路声表面波温度传感器结构不意图；
[0024] 图2:开路反射栅示意图；
[0025] 图3:短路反射栅示意图；
[0026] 图4 :本发明实施例中正负反射栅示意图。
【具体实施方式】
[0027] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0028] 本发明提供的一种双声路声表面波温度传感器的实施例如图1所示，具体为：
[0029] 该声表面波温度传感器包括信号处理单元，以及设置在压电基片上的叉指换能 器、多条親合器、第一正负反射栅和第二正负反射栅。
[0030] 1、叉指换能器
[0031] 叉指换能器（IDT)是一种新型的声表面波一电转换器，可以有效地接收和发送声 表面波，完成声能和电能的相互转换。采用小波函数包络加权的叉指换能器能够提高频率 响应，且抑制频率响应曲线中的旁瓣，提高品质因素，使用一个IDT的单端输入单端输出的 结构，有效地减小了传感器的体积。
[0032] 本实施例中叉指换能器包括单端口输入和单端口输出，用于接收天线发送的激 励信号，在压电基片表面产生声表面波，以及接收第一正负反射栅反射回的第一反射信号 和第二正负反射栅反射回的第二反射信号，并将反射回的信号经过天线发送至信号处理单 JL·〇
[0033] 2、多条親合器
[0034] 多条親合器（MultistripCoupler)是沉积在压电基片上的平行金属条阵列，它可 以将声功率从一个轨道转移到另一个轨道，合理设计金属条数，可以实现功率的百分之百 转换，而只有很小的结构损耗，改变声表面波的传播声路，很大程度的抑制了体声波和三次 行程信号。
[0035] 本实施例中多条耦合器，改变声表面波中表面波信号SAW的传播方向，使其依次 经过第一正负反射栅和第二正负反射栅；不改变声表面波中体声波信号BAW的传播方向， 体声波信号BAW传播至压电基片衬底边缘时，被吸声材料吸收。
[0036] 3、压电基片
[0037] 本实施例中压电基片采用石英晶体，其表面还敷设有吸声材料，用于吸收声表面 波中的体声波信号。
[0038] 4、正负反射栅
[0039] 如图4所示，本实施例中第一正负反射栅和第二正负反射栅均包括开路反射栅和 短路反射栅。其中，开路反射栅如图2所示，短路反射栅如图3所述。
[0040] 5、信号处理单元
[0041] 本实施例中信号处理单元，用于向叉指换能器发送激励信号。
[0042] 信号处理单元依据第一反射信号和第二反射信号之间的相位差值的变化量，度量 温度的变化量。其中，
[0043] 相位差值的变化量Δφ21的计算公式为：
[0044] Δφ21= 2iif〇XAt21 (1)
[0045] 式（1)中，t21为第一反射信号和第二反射信号到达叉指换能器的时间差， 2d Ld为第一正负反射栅和第二正负反射栅之间的距离，VSAW为声表面波的传播速 度，距离d和传播速度vSAW依据温度的变化而变化；△ 121为所述时间差的变化量。
[0046] Φ21为叉指换能器接收到的第一反射信号和第二反射信号的相位差值，Φ21 = 2 3Τf〇t21;
[0047]f。为声表面波的谐振频率。
[0048] 本实施例中双声路声表面波温度传感器的工作过程为：
[0049] 激励信号经过天线加载到叉指换能器上，压电基片表面将产生声表面波，产生的 声表面波传播至多条耦合器，多条耦合器能够将上声路的声表面波信号完全转移到下声路 输出，但不改变原声路中体声波传播方向和路线，体声波传播至衬底边缘处，然后被吸声材 料吸收，实现了将声表面波和体声波信号分离，消除外界扰动量的目的。传播至下声路处的 声表面波经过第一正负反射栅和第二正负反射栅，然后会被反射回来，当外界温度发生变 化时，声表面波的传播速度VSAW，以及第一正负反射栅和第二正负反射栅之间的距离d会随 之发生变化，从而导致第一正负反射栅和第二正负反射栅产反射的声表面波相位差值发生 变化，相位差值的变化量作为温度参数的度量，从而得到温度信号。
[0050] 最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实 施例。基于本申请中的实施例，本领域谱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，都属于本申请保护的范围。
【主权项】
1. 一种双声路声表面波温度传感器，其特征在于，所述声表面波温度传感器包括信号 处理单元，以及设置在压电基片上的叉指换能器、多条耦合器、第一正负反射栅和第二正负 反射栅；所述压电基片表面还敷设有吸声材料； 所述叉指换能器，用于接收天线发送的激励信号，在压电基片表面产生声表面波，以及 接收第一正负反射栅反射回的第一反射信号和第二正负反射栅反射回的第二反射信号，并 将反射回的信号经过天线发送至信号处理单元； 所述多条耦合器，改变所述声表面波中表面波信号的传播方向，使其依次经过第一正 负反射栅和第二正负反射栅；不改变所述声表面波中体声波信号的传播方向，所述体声波 信号传播至压电基片衬底边缘时，被所述吸声材料吸收。2. 如权利要求1所述的双声路声表面波温度传感器，其特征在于，所述信号处理单元， 用于向所述叉指换能器发送激励信号； 所述信号处理单元，依据所述第一反射信号和第二反射信号之间的相位差值的变化 量，度量温度的变化量。3. 如权利要求2所述的双声路声表面波温度传感器，其特征在于，所述相位差值的变 化量Α φ21的计算公式为：Δ Φ21= 2 π f 0Χ Δ t21 (1) 其中，t21为第一反射信号和第二反射信号到达叉指换能器的时间差， d为第 一正负反射栅和第二正负反射栅之间的距离，VSAW为声表面波的传播速度，所述距离d和传 播速度VSAW依据温度的变化而变化；△ 121为所述时间差的变化量； Φ21为叉指换能器接收到的第一反射信号和第二反射信号的相位差值，Φ 21= 2 3Τ f〇t21; f。为声表面波的谐振频率。4. 如权利要求1所述的双声路声表面波温度传感器，其特征在于，所述第一正负反射 栅和第二正负反射栅均包括开路反射栅和短路反射栅。5. 如权利要求1所述的双声路声表面波温度传感器，其特征在于，所述叉指换能器包 括单?而口输入和单?而口输出。6. 如权利要求1所述的双声路声表面波温度传感器，其特征在于，所述压电基片为石 英晶体。
【专利摘要】本发明提供了一种双声路声表面波温度传感器，包括信号处理单元，以及设置在压电基片上的叉指换能器、多条耦合器、第一正负反射栅和第二正负反射栅；叉指换能器，用于接收天线发送的激励信号，在压电基片表面产生声表面波，以及接收正负反射栅反射回的信号；多条耦合器，改变声表面波中表面波信号的传播方向，使其依次经过第一正负反射栅和第二正负反射栅；不改变声表面波中体声波信号的传播方向，体声波信号传播至压电基片衬底边缘时，被吸声材料吸收。与现有技术相比，本发明提供的一种双声路声表面波温度传感器，能够提高频率响应，抑制频率响应曲线中的旁瓣，提高品质因素，消除外界扰动量，提高测温精度，减少传感器体积，便于集成化。
【IPC分类】G01K11/22
【公开号】CN105333972
【申请号】CN201510836156
【发明人】郑天祥, 陈硕, 李璐, 孙海江
【申请人】国网智能电网研究院, 国网浙江省电力公司, 国家电网公司
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年11月26日