用于SAW谐振、反谐振频率测量的控温装置的制作方法

本发明属于声表面波滤波器生产技术领域，具体涉及用于SAW谐振、反谐振频率测量的控温装置。

背景技术：

SAW器件广泛应用在通信、遥测、导航和测量等行业中，而随着行业的快速发展，要求SAW器件不断向高灵敏、高频、低损耗、小型化方向发展。制作SAW器件基片压电材料的特性将直接影响SAW器件的各项性能，进而对SAW传感器的性能指标产生重要影响。

在众多影响因素中，环境温度是影响SAW器件特性的重要参数之一。随着环境温度的变化，SAW器件的许多参数，如介电常数、弹性常数、压电常数、介质损耗、机械品质因数以及机电耦合系数等都将随之发生变化，进而SAW器件的波速、频率也会因此而发生漂移。同时温度的变化还会产生热应力，恶化SAW器件的工作性能。因此，深入了解SAW器件特性随环境温度变化的关系，对于制备良好稳定性的SAW器件具有重要的理论意义及实用价值。

目前，国际上测试SAW器件特性随温度变化关系的装置，都是利用导线将外部控温装置与安捷伦4294精密阻抗分析仪或其它型号阻抗分析仪相连接进行测量。这种测量方式不仅不能原位表征压电材料参数随温度的变化关系，而且由于导线的长度也造成了传输损耗，降低了测量的精确性。测量精确性的降低，不仅会影响SAW器件温度补偿电路的设计，而且在高精密应用中也会由于环境温度的变化，引起很大的误差，甚至会造成难以挽回的损失。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于SAW谐振、反谐振频率测量的控温装置及控温方法，解决现有技术中存在的传感时间长、测量精度差、不能原位测量等问题。

本发明所采用的技术手段是：

一种用于SAW谐振、反谐振频率测量的控温装置，包括：

精密阻抗分析仪，所述精密阻抗分析仪的测试端放置有待测的SAW器件；

保温仓，包括箱体和控制所述箱体内部温度的温度控制器，所述精密阻抗分析仪的测试端与所述箱体的内壁连接；

温度采集单元，包括置于所述箱体内部的第一温度传感器和靠近所述精密阻抗分析仪的测试端的第二温度传感器。

作为优选技术方案，所述箱体的侧壁包括内侧壁和外侧壁，所述内侧壁与所述外侧壁间隔设置，且所述内侧壁与所述外侧壁之间铺设有导热管，所述导热管与所述温度控制器连接，所述箱体内的温度设定为10-85℃。

作为优选技术方案，所述导热管为铜管，所述铜管的两端均穿过所述箱体的外侧壁，并置于所述箱体的外侧。

作为优选技术方案，所述温度控制器包括可调低温恒温槽，所述低温恒温槽内设有液体，且液体通过进液管和出液管能在所述导热管内循环流动。

作为优选技术方案，所述内侧壁与所述外侧壁之间填充有保温棉，所述内侧壁由铜或铝制作而成。

作为优选技术方案，还包括控制单元，所述控制单元包括主控制器，所述主控制器分别与所述精密阻抗分析仪、所述温度控制器、所述第一温度传感器和所述第二温度传感器电连接。

作为优选技术方案，所述控制单元还包括能设定所述SAW器件的预测量温度的上位机，所述上位机与所述控制器电连接。

作为优选技术方案，所述精密阻抗分析仪包括外壳、触摸屏、阻抗分析电路板、控制开关和接插口，所述触摸屏、控制开关和接插口分布在所述外壳的正面板上，所述阻抗分析电路板位于外壳内，并分别与所述触摸屏、控制开关和接插口相连接。

作为优选技术方案，所述外壳包括正面板、背面板、上壳体、下壳体和连接板，所述上壳体和下壳体通过连接板相连接形成具有内部空间的腔体，所述正面板和背面板相应设置在腔体的前后两端；

所述下壳体上设有安装柱，该安装柱的上端面上设有螺纹孔，并在所述阻抗分析电路板上设有与该螺纹孔相适配的安装孔；

所述阻抗分析电路板包括PCB基板及设置在该PCB基板上的电源模块、扫频信号生成模块、阻抗匹配模块、被测网络模块、采集电路模块和控制单元，该控制单元分别与所述电源模块、扫频信号生成模块、阻抗匹配模块、被测网络模块和采集电路模块相连接。

本发明还提供了一种控温方法，应用于上述的用于SAW谐振、反谐振频率测量的控温装置中，其包括以下步骤：

将SAW器件放置在精密阻抗分析仪的测试端；

启动温度控制器，并使保温仓的箱体内的温度升温，且保持一定的温度；

将第一温度传感器采集的温度值与第二温度传感器采集的温度值进行比较，直至使二者的差值小于设定的误差值；

精密阻抗分析仪采集SAW器件的谐振、反谐振频率。

与现有技术相比，本发明产生的有益效果是：

本发明通过设计独立的保温仓，将保温仓与精密阻抗仪测试端有机结合，进而精确控制测试端的温度，本发明的特点是采用独立测温与控温的方式精确控制SAW器件的测试温度。第二温度传感器放置在所测试SAW器件的附近采集SAW器件的实际温度，第一温度传感器放置在保温仓内，检测保温仓的温度，当实际采集到的温度误差大于设定误差时，通过第一温度传感器的反馈自动调整保温仓的温度，直至第一温度传感器与第二温度传感器的差值小于或等于设定误差，这时会对SAW器件进行谐振、反谐振频率的测量。本发明不仅可以在精确的温度下测量SAW器件谐振、反谐振频率，解决现有技术中存在的传感时间长、测量精度差、不能原位测量等问题，而且可计算出精确温度下SAW器件的机械品质因数以及机电耦合系数等参数，为开发性能优良的SAW器件提供条件。

附图说明

图1为用于SAW谐振、反谐振频率测量的控温装置；

图2为控温方法的主要步骤流程图。

其中：1、精密阻抗分析仪；11、测试端；2、保温仓；21、箱体；22、温度控制器；23、导热管；31、第一温度传感器；32、第二温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然所描述的实施例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的前提下所获的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本实施例中所述的SAW器件是声表面滤波器。

如图1所示，本实施例提供的一种用于SAW谐振、反谐振频率测量的控温装置，包括精密阻抗分析仪1、保温仓2和温度采集单元。精密阻抗分析仪1的测试端11放置有待测的SAW器件；保温仓2包括箱体21和控制箱体21内部温度的温度控制器22，精密阻抗分析仪1的测试端11与箱体2的内壁连接；温度采集单元包括置于箱体2内部的第一温度传感器31和靠近精密阻抗分析仪1的测试端的第二温度传感器32。

本实施例设置独立的保温仓2，将保温仓2与精密阻抗仪1测试端11有机结合，进而精确控制测试端11的温度，第二温度传感器32放置在所测试SAW器件的附近采集SAW器件的实际温度，第一温度传感器31放置在保温仓2内，检测保温仓2的温度，当实际采集到的温度误差大于设定误差时，通过第一温度传感器31的反馈自动调整保温仓2的温度，直至第一温度传感器31与第二温度传感器32的差值小于或等于设定误差，这时会对SAW器件进行谐振、反谐振频率的测量。本实施例不仅可在精确的温度下测量SAW器件谐振、反谐振频率，解决现有技术中存在的传感时间长、测量精度差、不能原位测量等问题，而且可计算出精确温度下SAW器件的机械品质因数以及机电耦合系数等参数，为开发性能优良的SAW器件提供条件。

具体地，保温仓2的箱体21的侧壁包括内侧壁和外侧壁，内侧壁与外侧壁间隔设置，且内侧壁与外侧壁之间铺设有导热管23，导热管23与温度控制器22连接。温度控制器22控制导热管23的温度，进而将温度传导至箱体21内，并且能保持一段时间。

在本实施例中，导热管23为铜管，铜管的两端均穿过箱体21的外侧壁，且其端部置于箱体21的外侧。温度控制器22包括可调低温恒温槽，低温恒温槽内设有液体，且液体通过进液管和出液管能在导热管23内循环流动。具体地，进液管与铜管的一端连接，出液管与铜管的另一端连接，可调低温恒温槽内的液体通过进液管进入到铜管内，然后再经过出液管排到低温恒温槽内，实现液体的循环。在启动温度控制器22加热之前，可以先设定需要加热的温度，然后温度控制器22加热并使保温仓2内达到设定的温度值。

为了使保温仓2具有较好的保温性能，在箱体21的内侧壁与外侧壁之间还填充有保温棉。箱体21的内侧壁采用高导热率材料制作而成，例如采用铜或铝等金属材质作为箱体21的内侧壁，使其能快速传热；箱体21的外侧壁采用低导热率材料制作而成，尽量减少热量的损失。在本实施例中，保温仓2的箱体21内的温度可以控制在10-85℃范围内，并且误差不超过±0.1℃。

用于SAW谐振、反谐振频率测量的控温装置还包括控制单元，控制单元包括主控制器，主控制器分别与精密阻抗分析仪1、温度控制器22、第一温度传感器31和第二温度传感器32电连接。控制单元还包括能设定SAW器件的预测量温度的上位机，上位机与控制器电连接。在上位机上能设置保温仓2内预测量的温度、温度误差及保温的时间。控制器将第一温度传感器31采集的温度和第二温度传感器32采集的温度进行差值计算，并且与预设的温度误差进行比较，以控制精密阻抗分析仪1是否启动采集SAW器件的谐振和反谐振频率的数据，并且将数据进行保存。

在本实施例中，第一温度传感器31和第二温度传感器32均采用的是热电偶，也可以采用其它形式的温度传感器，在此不做限定。

在本实施例中，精密阻抗分析仪包括外壳、触摸屏、阻抗分析电路板、控制开关和接插口，所述触摸屏、控制开关和接插口分布在所述外壳的正面板上，具体的，所述触摸屏位于正面板的右侧位置，接插口和控制开关按从上至下的顺序分布在正面板的左侧位置，给操作使用带来方便。所述阻抗分析电路板位于外壳内，并分别与所述触摸屏、控制开关和接插口相连接。合理在外壳的正面板上设有触摸屏，能通过触摸进行直接操作，并能快速、直观获得所需测试数据，而且还设有控制开关和接插口，进一步给使用操作带来方便，另外整体结构紧凑，巧妙将主机部分与显示部分集为一体，体积小，重量轻，携带方便，且测试速度快，精度高，操作简单方便。

所述外壳包括正面板、背面板、上壳体、下壳体和连接板，具体的，上壳体的两侧边对称向下弯折形成上连接部，下壳体的两侧边对称向上弯折形成下连接部，上连接部通过连接板与下连接部相连接，实现将所述上壳体和下壳体相连接形成具有内部空间的腔体，所述正面板和背面板相应设置在腔体的前后两端。

为方便安装固定阻抗分析电路板，在所述下壳体上设有安装柱，该安装柱的上端面上设有螺纹孔，并在所述阻抗分析电路板上设有与该螺纹孔相适配的安装孔。通过螺丝穿过安装孔并拧入螺纹孔，即实现将阻抗分析电路板固定在下壳体上。

所述阻抗分析电路板包括PCB基板及设置在该PCB基板上的电源模块、扫频信号生成模块、阻抗匹配模块、被测网络模块、采集电路模块和控制单元，该控制单元分别与所述电源模块、扫频信号生成模块、阻抗匹配模块、被测网络模块和采集电路模块相连接。扫频信号生成模块主要采用单片机控制DDS产生固定幅值的变频信号。之所以采用DDS方式主要是利用其数字可调频特点，可灵活产生变频扫频信号，且频率转换时间、高分辨率、相位连续性、正交输出以及集成化等一系列性能指标方面远远超过了传统频率合成技术所能达到的水平，可以为系统提供了优于模拟信号源的性能。阻抗匹配模块主要是变压器线圈匹配，目的有两个：（1）使前级信号源内阻与本级负载阻抗互为共轭；（2）使负载阻抗与信号源内阻互为共轭。被测网络模块是换能器和采样电阻切换模块的串联电路。其中采样电阻切换模块按照一定的自适应算法自动切换。当选通某一路采样电阻时，这一路可产生压电换能器模拟电压信号和模拟电流信号。采集电路模块用于采集前级的电压和电流信号。控制单元选用ATMEGA1280-16AU，其内存单元，为可以用于相位差检测算法和自适应扫频算法提供的足够的内存单元。单片机控制DDS可变频率正弦波信号生成和可控增益芯片倍数取值，并通过ADC转换结果控制自适应扫频步进频率和采样电阻档位切换，另负责与上位机通讯，将压电换能器的电压电流幅度比和相位差数据传给上位机。

本实施例还提供了一种控温方法，应用于上述的用于SAW谐振、反谐振频率测量的控温装置中。如图2所示，控温方法主要包括以下步骤：

将SAW器件放置在精密阻抗分析仪1的测试端11；

启动温度控制器22，并使保温仓2的箱体21内的温度升温，且保持一定的温度；

将第一温度传感器31采集的温度值与第二温度传感器32采集的温度值进行比较，直至使二者的差值小于设定的误差值；

精密阻抗分析仪1采集SAW器件的谐振、反谐振频率。

具体地，下面详细介绍下该控温方法，其包括以下步骤：

步骤一、将SAW器件放置在精密阻抗分析仪1的测试端11，在上位机上设定预测量的温度值、温度误差及保温的时间。

步骤二、启动温度控制器22，并使保温仓2的箱体21内的温度升温，且达到预测量温度值。

步骤三、保温仓2内的温度达到预测量的温度值后，第一温度传感器31采集的温度和第二温度传感器32采集的温度进行差值计算，并且与设定的温度误差进行比较，如果大于设定的温度误差，通过第一温度传感器31将采集的实际温度值反馈给控制器，控制器控制温度控制器22调整保温仓2的箱体21内的温度，直至第一温度传感器31采集的温度与第二温度传感器32采集的温度的差值在设定的保温时间内小于或等于设定的温度误差，才会启动精密阻抗分析仪1采集SAW器件的谐振、反谐振频率。

步骤四、第一温度传感器31采集的温度与第二温度传感器32采集的温度的差值在设定的保温时间内小于或等于设定的温度误差，控制器控制精密阻抗分析仪1启动，采集采集SAW器件的谐振、反谐振频率，并将采集的数据进行保存。在本实施例中，第一温度传感器31采集的温度与第二温度传感器32采集的温度的差值等于或小于0.1℃并且保温时间在10秒后启动精密阻抗分析仪。

使用该控温装置及控温方法进行检测，测试结果表明控温装置通过模块化设计，不仅维护简单，功能扩展方便，而且具有以下特点：谐振、反谐振频率测试精度高；谐振、反谐振频率测试的数据计算的机电耦合系数误差小于等于0.025%。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。