专利名称：使用狭缝声波的saw传感器装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种表面声波(SAW)装置，更具体而言，涉及一种使用狭缝声波(slit acoustic wave)的SAW传感器装置，其可通过使用在谐振器中产生的狭缝声波的频率和速度偏移的相关性，如使用在SAW装置的谐振器中产生的表面声波来感测外部压力的强度以及液体的粘度和介电常数；以及其方法。
背景技术：
最近，由于移动通信系统的发展，诸如蜂窝电话和便携式信息终端的移动通信设备已被迅速普及。这样，存在对设备及其部件的小型化和高性能的日益增长的需求。另外，两种，也就是模拟和数字型无线通信系统，被用于蜂窝电话，并且用于无线通信的频率从800MHz～1GHz的带变化到1.5GHz到2.0GHz的带。
考虑到低损失、功率效率和温度稳定性，电介质谐振器双工器已被广泛地用作用于移动通信系统的天线双工器。
然而，SAW(狭缝声波)双工器是在对SAW滤波器的最近期的低损失设计、对功率效率材料的开发和对具有稳定化温度特性的介质的开发的基础上新近被推荐的。
当把电介质双工器与SAW双工器比较时，除功率效率以外，SAW双工器具有与电介质双工器同等或较为优良的特性。特别是SAW双工器在形状和尺寸上是绝对有利的。尽管如此，SAW双工器仍然比电介质谐振器型双工器昂贵。当根据使用半导体工艺的SAW制造工艺的特性来实现SAW双工器的大规模生产时，SAW双工器将具有有竞争力的价格。
图1是说明一般SAW滤波器的示意图。如图1中所说明的，SAW滤波器包括单晶体介质101、输入叉指式变换器(input inter-digital transducer)(IDT)和输出IDT 103。
当单晶体介质101是诸如石英、LiTaO3和LiNbO3的压电单晶体介质时，输入IDT 102和输出IDT 103包括薄金属膜。
在图1中，被传输给输入IDT 102的电信号通过压电单晶体介质101而转换成机械波，并且通过单晶体介质101而传播到输出IDT 103。被传输到输出IDT 103的波根据压电效应而被再次转换成电信号，然后被输出。
就是说，用于过滤高频信号的通常在移动通信终端中使用的SAW滤波器是通过以下而选择性地通过想要频率的信号的手动装置用薄金属膜在压电单晶体介质上图形化变换器，并且将该变换器连接于I/O终端。
SAW滤波器的谐振器的频率响应总传递函数被提供为材料特性，如压电材料的物理特性、晶体的纯度和薄金属膜的特性的复合函数(compositefunction)，并且装置变量包括在电极设计中考虑的变量。
已知对谐振频率范围的最小值的限制是由装置的尺寸来确定的，并且对其最大值的限制受电极的线宽度和电波的损失的影响。由于谐振器具有很窄带宽的频率响应和长脉冲响应，它可通过根据电极设计来精确制造电极而实施想要的特性。
如以上所述，SAW装置的特性旨在适用于其它应用领域，特别是传感器领域。
发明内容
本发明的目的是至少解决以上问题和/或缺点并且提供至少以下描述的优点。
因此，本发明的一个目的是通过提供一种使用狭缝声波的SAW传感器装置以及其方法来解决上述问题，该装置可通过使用在谐振器中产生的狭缝声波的频率和速度偏移的相关性，如使用在SAW装置的谐振器中产生的表面声波来感测外部压力的强度以及经过窄狭缝的液体的粘度和介电常数。
以上和其它目的和优点是通过提供一种使用狭缝声波的SAW传感器装置来实现的，该装置包括压电介质，其具有其一个部分处的薄膜，另一个部分处的介质，以及狭缝声波在其内部经过的窄狭缝；输入IDT，其被形成于压电介质的窄狭缝中的外部处，用于将电输入信号转换成狭缝声波；以及输出IDT，其被形成于与输入IDT相对的外部，用于接收经传播的狭缝声波并将该波转换成电信号，从而使被传输给装置的外部压力被感测。
窄狭缝的宽度根据被传输给薄膜的压力而变化，并且在窄狭缝中传播的狭缝声波的速度根据窄狭缝宽度的变化而偏移。
另外，狭缝声波的速度根据压电介质的介质特性而偏移。
依照本发明的另一个方面，一种使用狭缝声波的SAW传感器装置包括压电介质，其具有狭缝声波在其内部经过的窄狭缝，并且从窄狭缝被划分成上部和下部；输入IDT，其被形成于压电介质的一侧，用于将电输入信号转换成狭缝声波；输出IDT，其被形成于压电介质中与输入IDT相对的一侧，用于接收经传播的狭缝声波并将该波转换成电信号；输入液体端口，用于将液体输入到压电介质的窄狭缝中；以及输出液体端口，用于输出压电介质的窄狭缝的液体，从而使装置中的液体被感测。
当液体在窄狭缝中流动时，通过测量窄狭缝的液体的狭缝声波的速度和频率来感测液体的介电常数和粘度。
依照本发明的另一个方面，一种用于感测SAW传感器装置的外部压力的方法包括步骤(a)当薄膜不接收压力时，计算窄狭缝中输入IDT和输出IDT的电信号的频率和速度，并且比较结果值；(b)当薄膜接收外部压力时，计算输入IDT和输出IDT的电信号的频率和速度，并且比较结果值；以及(c)考虑到由于被传输给薄膜的外部压力而造成的速度和频率偏移来感测外部压力的强度。
用于感测外部压力强度的步骤(c)是通过以下来进行的在外部装置中预先设置外部压力下的频率和速度偏移值数据，并且比较这些数据值。
依照本发明的另一个方面，一种用于感测SAW传感器装置的液体的方法包括步骤(a)测量在空狭缝中前进的狭缝声波的相速度，并且计算频率；(b)当窄狭缝中的液体流动经过输入液体端口时，测量窄狭缝中的狭缝声波的相速度，并且计算频率；以及(c)考虑到速度和频率偏移来感测经过窄狭缝的液体的介电常数和粘度。
用于测量狭缝声波的相速度并计算频率的步骤(b)在液体被填充在输出液体端口时计算狭缝声波的速度和频率。
用于感测液体的介电常数和粘度的步骤(c)是通过以下来进行的在外部装置中预先设置所有种类的液体的介电常数和粘度数据，并且比较这些数据值。
依照本发明，外部压力的强度以及液体的粘度和介电常数可通过使用在谐振器中产生的狭缝声波的频率和速度偏移的相关性，如使用在SAW装置的谐振器中产生的表面声波来感测。
本发明的附加的优点、目的和特点的一部分将被提出于以下描述中，而一部分基于对以下内容的检查对本领域的技术人员来说将是显然的，或者可从本发明的实践中被学习。可如在所附权利要求中所具体指出的而实现和达到本发明的目的和优点。
将参照以下附图来详述本发明，在附图中相同的参考数字表示相同的元件，其中图1是说明一般SAW滤波器的示意图；图2是说明依照本发明第一实施例通过使用狭缝声波而被操作为压力传感器的SAW传感器装置的示意横截面图；并且图3是说明依照本发明第二实施例通过使用狭缝声波而被操作为液体传感器的SAW传感器装置的示意横截面图。
具体实施例方式
以下详述将参照附图根据本发明的优选实施例而提出一种使用狭缝声波的SAW传感器装置以及其方法。
图2是说明依照本发明第一实施例通过使用狭缝声波而被操作为压力传感器的SAW传感器装置的示意横截面图。
参考图2，通过使用狭缝声波而被操作为压力传感器的SAW传感器装置包括压电介质203，其具有其上部处的薄膜205，下部处的介质，以及狭缝声波在其内部经过的窄狭缝204；输入IDT 201，其被形成于压电介质203的窄狭缝204中的外部处，用于将电输入信号转换成狭缝声波；以及输出IDT 202，其被形成于与输入IDT 201相对的外部，用于接收经传播的狭缝声波并将该波转换成电信号。
现在将说明依照本发明被操作为压力传感器的SAW传感器装置的操作原理。
输入IDT 201将电信号转换成振动型信号，其是狭缝声波，并且该狭缝声波沿压电介质203而被传播。
就是说，在SAW传感器装置中，当金属电极被形成于显示出高绝缘的介质上并且压电现象被产生于金属电极上时，介质暂时拱曲。物理波是通过使用所述操作来产生的。由于在SAW传感器装置的表面上传输的波的速度比电波低，SAW传感器装置被用作滤波器，用于暂时延迟电信号或者通过特定频率信号。
因此，狭缝声波，沿压电介质203被传播的特定频率信号在与一般SAW装置的表面声波相同的概念上显示出沿介质表面被传输的波的状态。此时，根据压电介质203的特性，波被分成横波和纵波。另外，这样的波在诸如介质特性的各种条件下被衰减。
另一方面，压电介质203中的窄狭缝204的上侧薄膜205包括由于外部压力而变形的薄压电介质，并且狭缝声波可在窄狭缝204中前进。在沿压电介质203传播的狭缝声波中，振动型信号由输出IDT 202转换成电信号。
此时，当外部压力被传输到薄膜205时，薄膜205拱曲。窄狭缝204的宽度(t)被改变，因此在窄狭缝204中前进的狭缝声波的相速度亦被偏移。
另外，附加的应力被产生于压电介质203上，以偏移狭缝声波的速度。
就是说，狭缝声波的相速度取决于窄狭缝204的宽度(t)。
因此，窄狭缝204的宽度(t)和狭缝声波的速度的相关性是在以下事实的基础上获得的窄狭缝204的宽度(t)根据外部压力的强度而被改变，并且狭缝声波的速度由于窄狭缝204宽度(t)的变化而被偏移，由此感测外部压力的强度。
现在将详述用于将SAW传感器装置操作为压力传感器的过程。
当薄膜205不接收压力时，输入IDT 201的电信号的频率和速度被计算，输出IDT 202的电信号的频率和速度被计算，并且结果值被相互比较(S21)。此时，输入和输出信号的频率和速度很少被偏移。
当薄膜205接收外部压力时，输入IDT 201的电信号的频率和速度被计算，输出IDT 202的电信号的频率和速度被计算，并且结果值被相互比较(S22)。此时，输入和输出信号的频率和速度被偏移。
另外，可通过使用公式“f＝v/λ”来获得所述相关性。在此，“f”、“v”和“λ”分别表示频率、速度和波长。
这样，速度偏移导致频率偏移，其取决于外部压力。
就是说，当薄膜205接收外部压力时，窄狭缝204拱曲，这影响在窄狭缝204中前进的狭缝声波。因此，输入IDT 201和输出IDT 202的信号的频率和速度被偏移。
外部压力下的频率和速度偏移值数据被预先以数据库的形式设置于外部装置中(S23)。
因此，外部压力的强度可通过以下来感测比较由于被传输给薄膜205的外部压力而偏移的速度和频率值与数据库的速度和频率偏移数据值(S24)，从而使SAW传感器装置可被作为压力传感器操作。
<第二实例>
图3是说明依照本发明第二实施例通过使用狭缝声波而被操作为液体传感器的SAW传感器装置的示意横截面图。
如图3中所描述的，被操作为液体传感器的SAW传感器装置包括压电介质301，其具有狭缝声波在其内部经过的窄狭缝304，并且从窄狭缝304处被划分成上部和下部；输入IDT 302，其被形成于压电介质301的一侧，用于将电输入信号转换成狭缝声波；输出IDT 303，其被形成于压电介质301中与输入IDT 302相对的一侧，用于接收经传播的狭缝声波并将该波转换成电信号；输入液体端口305，用于将液体输入到压电介质301的窄狭缝305中；以及输出液体端口306，用于输出压电介质301的窄狭缝304的液体。
现在将说明依照本发明被操作为液体传感器的SAW传感器装置的操作原理。
在输入IDT 302中被转换的狭缝声波由压电介质301来传输，并且在输出IDT 303中被再次转换成电信号。经过压电介质301的窄狭缝304的狭缝声波通过特定的频率。
当狭缝声波被传播于压电介质301的窄狭缝304中时，狭缝声波的相速度取决于窄狭缝304中的液体的介电常数。就是说，当假定在空狭缝中前进的狭缝声波的速度是v0并且在具有液体的狭缝中前进的狭缝声波的速度是v1时，狭缝声波的相速度根据液体的介电常数而被偏移。
另外，波功率的损失是根据液体的粘度来产生的，其偏移相速度。
由于狭缝声波的相速度根据液体的粘度和介电常数而被偏移，通过使用所述相关性将SAW传感器装置作为液体传感器操作。现在将详述该操作。
为了获得液体的粘度和介电常数，在空狭缝304中前进的狭缝声波的相速度v0被测量(S304)，并且频率f0被计算(S31)。此时，可通过使用公式“f＝v/λ”来获得速度和频率的相关性。
当液体在窄狭缝304中流过输入液体端口305时，窄狭缝304中的狭缝声波的相速度v1被测量，并且频率f1被计算(S32)。此时当液体被填充在输出液体端口306中时狭缝声波的速率和频率被计算。
因此，考虑到速度偏移v0和v1以及频率偏移f0和f1，经过窄狭缝304的液体的介电常数和粘度可被获得。
就是说，由于狭缝声波的相速度和频率偏移而导致的所有种类的液体的介电常数和粘度值数据被预先以数据库形式设置于外部装置中(S33)。
此时，液体的介电常数和粘度可通过以下来感测搜索与在外部装置中预先设置的所有种类的液体的介电常数和粘度值数据类似的值(S34)，从而使SAW传感器装置可被作为液体传感器操作。
工业实用性如较早时所讨论的，依照本发明，使用狭缝声波的SAW传感器装置及其方法可通过使用在谐振器中产生的狭缝声波的频率和速度偏移的相关性，如使用在SAW装置的谐振器中产生的表面声波来感测外部压力的强度。
另外，使用狭缝声波的SAW传感器装置及其方法可通过使用在SAW装置狭缝的谐振器中产生的狭缝声波的频率和速度偏移的相关性来获得经过窄狭缝的液体的粘度和介电常数。
尽管已参照本发明的优选实施例示出和描述了本发明，本领域的技术人员将理解，可在所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内对其中在形式和细节上进行各种改变。
以上实施例和优点仅仅是示例性的，而不应被理解成限制本发明。当前所讲可容易地应用于其它类型的设备。对本发明的描述旨在是说明性的，而不是限制权利要求的范围。许多可替换形式、修改和变化对本领域的技术人员将是显然的。在权利要求中，装置加功能的条款旨在覆盖在此被描述为实施所列功能的结构以及结构等效形式和等效结构。
权利要求
1.一种使用狭缝声波的SAW传感器装置，包括压电介质，其具有其一个部分处的薄膜，另一个部分处的介质，以及狭缝声波在其内部经过的窄狭缝；输入IDT，其被形成于压电介质的窄狭缝中的外部处，用于将电输入信号转换成狭缝声波；以及输出IDT，其被形成于与输入IDT相对的外部，用于接收经传播的狭缝声波并将该波转换成电信号，从而使被传输给该装置的外部压力被感测。
2.权利要求1的SAW传感器装置，其中窄狭缝的宽度根据被传输给薄膜的压力而变化，并且在窄狭缝中传播的狭缝声波的速度根据窄狭缝宽度的变化而偏移。
3.权利要求1的SAW传感器装置，其中狭缝声波的速度根据压电介质的介质特性而偏移。
4.一种使用狭缝声波的SAW传感器装置，包括压电介质，其具有狭缝声波在其内部经过的窄狭缝，并且从窄狭缝被划分成上部和下部，用于感测装置中的液体；输入IDT，其被形成于压电介质的一侧，用于将电输入信号转换成狭缝声波；输出IDT，其被形成于压电介质中与输入IDT相对的一侧，用于接收经传播的狭缝声波并将该波转换成电信号；输入液体端口，用于将液体输入到压电介质的窄狭缝中；以及输出液体端口，用于输出压电介质的窄狭缝的液体。
5.权利要求4的SAW传感器装置，其中当液体在窄狭缝中流动时，通过测量窄狭缝的液体的狭缝声波的速度和频率来感测液体的介电常数和粘度。
6.一种用于感测SAW传感器装置的外部压力的方法，包括步骤(a)当薄膜不接收压力时，计算窄狭缝中输入IDT和输出IDT的电信号的频率和速度，并且比较结果值；(b)当薄膜接收外部压力时，计算输入IDT和输出IDT的电信号的频率和速度，并且比较结果值；以及(c)考虑到由于被传输给薄膜的外部压力而造成的速度和频率偏移来感测外部压力的强度。
7.权利要求6的方法，其中用于感测外部压力强度的步骤(c)是通过以下来进行的对外部装置预先设置外部压力下的频率和速度偏移值数据，并且比较这些数据值。
8.一种用于感测SAW传感器装置的液体的方法，包括步骤(a)测量在空狭缝中前进的狭缝声波的相速度，并且计算频率；(b)当窄狭缝中的液体流动经过输入液体端口时，测量窄狭缝中的狭缝声波的相速度，并且计算频率；以及(c)考虑到速度和频率偏移来感测经过窄狭缝的液体的介电常数和粘度。
9.权利要求8的方法，其中用于测量狭缝声波的相速度并计算频率的步骤(b)在液体被填充在输出液体端口时计算狭缝声波的速度和频率。
10.权利要求8的方法，其中用于感测液体的介电常数和粘度的步骤(c)是通过以下来进行的在外部装置中预先设置所有种类的液体的介电常数和粘度数据，并且比较这些数据值。
全文摘要
本发明公开了一种使用狭缝声波的SAW传感器装置及其方法。该使用狭缝声波的SAW传感器装置包括压电介质，其具有其一个部分处的薄膜，另一个部分处的介质，以及狭缝声波在其内部经过的窄狭缝；输入IDT，其被形成于压电介质的窄狭缝中的外部处，用于将电输入信号转换成狭缝声波；以及输出IDT，其被形成于与输入IDT相对的外部，用于接收经传播的狭缝声波并将该波转换成电信号，从而使被传输给该装置的外部压力被感测。使用狭缝声波的SAW传感器装置及其方法可通过使用在窄狭缝的谐振器中产生的狭缝声波的频率和速度偏移的相关性，来获得外部压力的强度以及经过窄狭缝的液体的粘度和介电常数。
文档编号G01L9/00GK1659426SQ03812631
公开日2005年8月24日 申请日期2003年6月9日 优先权日2002年6月8日
发明者瓦连京·切列德尼克, 米哈伊尔·德弗舍尔斯托夫, 崔用林 申请人:Lg伊诺特有限公司