專利名稱：自編號聲表面波無源無線諧振型傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及物聯網無線傳感器，特別是聲表面波(SAW)無源無線諧振型傳感器 (SAW傳感器)。
背景技術：
聲表面波(SAW)傳感器是利用壓電芯片及其上的叉指換能器等換能結構對外界環(huán)境參量應力的敏感性，測試其電學特性來獲得環(huán)境參量值，已在許多領域得到應用。物聯網的興起使無線傳感器受到重視，由于SAW器件不需外界能源、其叉指換能器可直連天線收發(fā)射頻無線電波并且能在惡劣環(huán)境下工作等特點，無源無線SAW傳感器成為各國研發(fā)重點。SAW無源無線傳感器按檢測原理分為兩種類型延遲型和諧振型。SAW無源無線諧振型傳感器(下稱SAW傳感器)，主要利用了 SAW諧振器的諧振頻率與所處環(huán)境傳感量值相關的特點，已有商品應用在汽車輪胎、電力網等多種場合?，F今SAW傳感器，主要結構為直接連接一小型天線(傳感器天線)的SAW諧振器(組合)。SAW諧振器是一個諧振元件，其諧振頻率對所處環(huán)境的傳感量敏感。當傳感器天線接收到閱讀器發(fā)出的同頻段脈沖詢問信號后，被強迫激勵，儲存電磁能量。在詢問脈沖激勵完成后，能量弛豫，會通過傳感器天線向外發(fā)射具有頻率為其諧振頻率的電磁回波。閱讀器接收并檢測回波頻率特性，就可以換算出傳感器所處環(huán)境的傳感量值。其特點是頻率測試技術成熟；回波信號較強，測試靈敏度好；利用諧振器諧振頻率的不同，可以實現防碰撞功倉泛。目前SAW傳感器，采用了多種結構
單諧振器型傳感器僅由一個SAW諧振器構成，測試其諧振頻率來得到傳感器環(huán)境傳感量值。其不足是直接測試高頻頻率，需要高精度本振源；當傳感器與閱讀器距離變化時，無線信道對頻率測試影響加大。雙諧振器型傳感器由兩個諧振頻率不同的SAW諧振器構成，測試兩個SAW諧振器諧振頻率差，來得到傳感器所處環(huán)境傳感量值，克服了單諧振器型的不足，這種頻差結構是目前SAW傳感器的主流。多諧振器型為多個物理量同時檢測而增加諧振頻率不同的SAW諧振器。如汽車用SAW胎壓傳感器，使用了三個諧振頻率不同的SAW諧振器封裝在一個管座內，共用一個天線，可同時測出汽車輪胎內的溫度和壓力。自編號傳感器附加了只作為編號碼元用的N個諧振頻率不同的SAW諧振器，實現 2N編號。由于一個傳感器至少有N+1個諧振頻率不同的SAW諧振器，占用頻段寬，結構復雜。
由上述，為獲得傳感器所處環(huán)境下待檢測傳感量值，必須保證在規(guī)定環(huán)境下傳感量參考值時(校準狀態(tài)下)的傳感器各SAW諧振器諧振頻率(基礎值)與產品規(guī)范標稱值一致。目前，由于器件制程工程能力的限制，實際SAW傳感器在校準狀態(tài)下其各SAW諧振器諧振頻率基礎值與其標稱值有較大的差異，導致測試精度下降。

發(fā)明內容
采用編號SAW傳感器可解決因器件制程工程能力的限制，實際SAW傳感器的諧振頻率基礎值與其標稱值有較大差異，導致測試精度下降這個問題。通過現場識別SAW傳感器編號，查閱該傳感器實際參數(各諧振器諧振頻率基礎值等)資料，就能明顯提升傳感量值的測試精度。但現有自編號傳感器，至少由N+1個諧振頻率不同的SAW諧振器構成，結構復雜。本發(fā)明設計一種自編號SAW無源無線諧振型傳感器(SAW傳感器)，是將頻差結構中的一個諧振器設計為基準諧振器，并通過頻分方式實現編號。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是自編號SAW無源無線諧振型傳感器采用多個SAW諧振器并接。其中一個為基準諧振器，采用傳感量敏感特性較小的設計，其諧振頻率f0稱為SAW傳感器的基準頻率。其余的SAW諧振器，稱為敏感諧振器，其諧振頻率稱為SAW傳感器的敏感頻率，至少一個敏感諧振器對應于一個待測傳感量，它們分別設計為對相應待測傳感量具有明顯敏感特性的結構。所有SAW諧振器通過匹配網絡與傳感器小型天線直連 。不同的SAW諧振器，可以是采用不同壓電材料制作的，也可以是在同一壓電材料上通過晶向各異排列、叉指換能器結構以及加載介質膜等設計工藝技術制作的。在規(guī)定的SAW傳感器工作頻段內，采用頻分方式設置各SAW諧振器的諧振頻率容許區(qū)間組。區(qū)間大小應考慮在需要的傳感量變化范圍內和使用環(huán)境條件下，各SAW諧振器的諧振頻率變化和器件工藝容差之和不超出區(qū)間。各諧振器的諧振頻率區(qū)間組內區(qū)間數可以不同，所有諧振器諧振頻率的區(qū)間均不重合。SAW傳感器采用頻率區(qū)間組合編號。粗測出SAW傳感器的各諧振頻率值，可得到 SAW傳感器的編號。同一型號SAW傳感器的編號總數等于各諧振頻率區(qū)間數的積?！┚幪柦M合的多個SAW傳感器構成的傳感器組,具有防碰撞功能。本發(fā)明有益效果在于所述自編號傳感器結構簡單，它保持了通用頻差結構SAW傳感器的優(yōu)點，并且通過粗測傳感器內各諧振器的諧振頻率，可識別其編號，引用該個體傳感器的實際參數，能較大提升傳感量值測試精度。


圖I為本發(fā)明實施例的自編號SAW無源無線諧振型傳感器示意圖。圖2為本發(fā)明實施例的一 SAW雙諧振器型溫度傳感器例的頻率區(qū)間設置和編號為 Al的傳感器的兩個諧振器諧振頻率標稱值。圖3為本發(fā)明實施例的防碰撞功能示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。圖I為本發(fā)明自編號SAW無源無線諧振型傳感器的示意圖，傳感器采用多個SAW 諧振器并接。其中一個為基準諧振器，采用傳感量敏感特性較小的設計，其諧振頻率f0稱為SAW傳感器的基準頻率。其余N個SAW諧振器，稱為敏感諧振器，其諧振頻率稱為SAW傳感器的敏感頻率，至少一個敏感諧振器對應于一個待測傳感量，它們分別設計為對相應待測傳感量具有明顯敏感特性的結構。所有SAW諧振器通過匹配網絡與傳感器小型天線直連。不同的SAW諧振器，可以是采用不同壓電材料制作的，也可以是在同一壓電材料上通過晶向各異排列、叉指換能器結構以及加載介質膜等設計工藝技術制作的。本發(fā)明可以采用多個諧振器同時檢測多個傳感量，諧振器的數目至少比待測傳感量數多一個(即必須有一個基準諧振器)。采用一個傳感量敏感特性較小設計的SAW諧振器作為基準諧振器，有兩個優(yōu)點 一是增加同型號傳感器的編號能力，二是對產品一致性較好的傳感器，即使不引入個體傳感器的實際參數，差頻測試的測試誤差不會太大，有較好的實用性。SAff基準諧振器一般是采用石英基片制作的高Q諧振器，采取多種技術手段，盡量減小工藝制程和環(huán)境應力對其諧振頻率的影響。這樣，基準諧振器的單個頻率區(qū)間范圍較窄，也就是說，可以設置較多的基準頻率區(qū)間。為簡明，下面以一采用雙諧振器的溫度傳感器為例說明本發(fā)明。溫度傳感器設計工作頻率為434MHz頻段。在434MHz頻段內，石英基準諧振器的頻率區(qū)間只要0. 2MHz，利用2MHz頻寬就可以設置十個基準諧振器區(qū)間。敏感諧振器，需要較寬的頻率區(qū)間,其寬度主要由壓電基片材料的傳感量敏感特性、待測傳感量值范圍、其它環(huán)境參數影響和器件制程工藝容差等確定。前述溫度傳感器設計例，選用壓電材料的溫度系數為8ppm/°C，待測溫度范圍為 IOO0C，在434MHz頻段內，溫度敏感諧振器的頻率區(qū)間約為0. 5MHz，利用2MHz頻寬最多只能設置四個溫度敏感諧振器頻率區(qū)間。在規(guī)定的SAW傳感器工作頻段內，采用頻分法設置各SAW諧振器的固有諧振頻率容許區(qū)間，各區(qū)間不重合。在上述溫度傳感器設計例中，因只檢測環(huán)境溫度，故采用兩個SAW諧振器已足夠。 使用432MHz 436MHz頻段，可以設置傳感器的基準頻率區(qū)間和溫度敏感頻率區(qū)間如圖2，其中基準頻率區(qū)間采用字母A，B，一J表示，位于433MHz 435MHz間，每個區(qū)間寬0. 2MHz，而溫度敏感頻率區(qū)間采用數字1，2，…表示，分列基準頻率區(qū)間的兩側，區(qū)間寬度為0. 5MHz。SAW傳感器采用頻率區(qū)間組合編號，同一型號SAW傳感器的編號總數等于各頻率區(qū)間數的積。在所述溫度傳感器設計例中，其編號依次為A1，A2，A3，A4，BI,…J4，共40個編號。其中Al表示傳感器的基準諧振器諧振頻率標稱值為433. 1MHz，位于基準頻率區(qū)間A， 而其敏感諧振器諧振頻率標稱值為432. 25MHz，位于敏感頻率區(qū)間1，如圖2中的粗實線表示。余此類推。在使用時，應先粗測出SAW傳感器的基準頻率和敏感頻率，由兩頻率值得到各自的頻率區(qū)間，由于設置的頻率區(qū)間不重合，所測SAW傳感器的編號是唯一的，就可以查閱該編號傳感器個體在校準狀態(tài)下基準頻率和敏感頻率的基礎值。由此，再采用差頻測試技術， 就能得到準確的待測環(huán)境溫度。
選取編號各位相異的多個SAW傳感器構成的一組,具有防碰撞功能,最大防碰撞數為基準頻率和各敏感頻率的頻率區(qū)間數中較小值。例如上述溫度傳感器設計例中，采用 A2，BI, C4和D3四個傳感器構成的一組，就具有防碰撞功能，能同時檢測四處的溫度。圖3 上圖示意構成同一防碰撞傳感器組的四個傳感器，它們的八個諧振器的頻率設置，下圖為閱讀器所測諧振頻率譜示意，可以區(qū)分各傳感器，并測出各傳感器所處環(huán)境溫度。SAW傳感器芯片采用標準SAW器件設計和工藝技術制作，并應用戶要求集成為一個實用化的傳感器，閱讀器采用常規(guī)頻率測試技術，并可集成到無線網絡中。以上顯示和描述了本發(fā) 明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內，本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書其等效物界定。
權利要求
1.一種自編號聲表面波無源無線諧振型傳感器，其特征在于它米用多個聲表面波諧振器并接；其中一個為基準諧振器；其余的聲表面波諧振器為敏感諧振器，至少一個敏感諧振器對應于一個待測傳感量，它們分別設計為對相應待測傳感量具有明顯敏感特性的結構；所有諧振器通過匹配網絡與傳感器小型天線直連。
2.根據權利要求I所述的自編號聲表面波無源無線諧振型傳感器，其特征在于在規(guī)定工作頻段內，采用頻分方式設置各聲表面波諧振器諧振頻率容許區(qū)間組，各區(qū)間不重合； 聲表面波傳感器采用頻率區(qū)間組合編號，編號總數等于各頻率區(qū)間數的積。
3.根據權利要求I所述的自編號聲表面波無源無線諧振型傳感器，其特征在于所述基準諧振器，采用傳感量敏感特性較小的設計。
4.根據權利要求I所述的自編號聲表面波無源無線諧振型傳感器，其特征在于所述基準諧振器，是采用石英基片制作的高Q諧振器。
5.根據權利要求I所述的自編號聲表面波無源無線諧振型傳感器，其特征在于不同的聲表面波諧振器，可以是采用不同壓電材料制作的，也可以是在同一壓電材料上通過晶向各異排列、叉指換能器結構以及加載介質膜等設計工藝技術制作的。
6.根據權利要求I和2所述的自編號聲表面波無源無線諧振型傳感器，其特征在于 一些編號組合的多個聲表面波傳感器構成的傳感器組，具有防碰撞功能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自編號聲表面波(SAW)無源無線諧振型傳感器(SAW傳感器)，它采用多個SAW諧振器并接，其中一個為基準諧振器，采用傳感量敏感特性較小的設計。其余的SAW諧振器為敏感諧振器，至少一個敏感諧振器對應于一個待測傳感量，它們分別設計為對相應待測傳感量具有明顯敏感特性的結構。在規(guī)定工作頻段內，采用頻分方式設置各SAW諧振器諧振頻率容許區(qū)間組，各區(qū)間不重合。SAW傳感器采用頻率區(qū)間組合編號，編號總數等于各頻率區(qū)間數的積。本發(fā)明是一種自編號傳感器，它保持了通用頻差結構SAW傳感器的優(yōu)點，且通過粗測傳感器內各諧振器諧振頻率，可識別其編號，引用該傳感器的實際參數，能較大提升傳感量值測試精度。
文檔編號G01D5/48GK102636204SQ201210139979
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月8日 優(yōu)先權日2012年5月8日
發(fā)明者何朝峰, 周宗閩, 周羚, 朱衛(wèi)俊, 陳培杕 申請人:中國電子科技集團公司第五十五研究所