專利名稱：聲表面波溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聲表面波(Surface Acoustic Wave, SAW)溫度傳感器,尤其是一種能夠同時實現(xiàn)抗環(huán)境噪聲和電磁干擾的聲表面波溫度傳感器。
背景技術(shù)：
目前，公知的SAW溫度傳感器構(gòu)造包括單一聲表面波器件，聲表面波器件包括諧振器結(jié)構(gòu)和延遲線結(jié)構(gòu)，具體包括壓電基片、基片上放置SAW叉指換能器、反射柵組成。
工作情況下SAW器件接觸測溫點，由于熱脹冷縮，導(dǎo)致SAW器件芯片頻率發(fā)生漂移，從而根據(jù)測量頻率漂移，得到待測溫度點的溫度。如文章《儀器儀表學(xué)報》2003年8月第 24 期第 4 卷 PP403-405 和文章 1981 ((ULTRASONICS SYMPOSIUM )) PP148-151 所述，SAW 器件頻率漂移和溫度在合適的歐拉角情況下，可以實現(xiàn)線性的頻率一溫度關(guān)系，線性單調(diào)溫度系數(shù)報道的有_9(T32ppm。又如專利申請200910101086. 6和201110302933. 2，美國 Sengenuity公司產(chǎn)品所述(見www. visensor. com),制作單一 SAW器件,通過監(jiān)測SAW器件的頻率變化得到待測點的溫度信息。上述SAW器件沒有考慮環(huán)境因素對傳感器件頻率特性變化的影響，因此抗干擾能力弱。
實際SAW傳感器的使用中，由于SAW傳感器工作頻率屬于國家規(guī)定的工業(yè)控制頻率段，除了環(huán)境噪聲外還有各種其他無線干擾窄帶信號，例如對講機(jī)在433MHz附近存在強(qiáng)的電磁干擾。如果強(qiáng)電磁干擾和SAW溫度傳感器的信號同頻率，則讀寫器無法正常接收傳感信號。
目前SAW傳感器既能去除環(huán)境噪聲、強(qiáng)電磁干擾的方式尚未有有效解決方式。
因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，有待于進(jìn)一步改進(jìn)和發(fā)展。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種實現(xiàn)抗環(huán)境噪聲和電磁干擾的聲表面波溫度傳感器。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案聲表面波溫度傳感器，包括設(shè)置在基座上的兩個以上SAW器件，所述SAW器件分別包括壓電基片和設(shè)置在壓電基片上的叉指換能器和反射柵條，其中，所述任意兩個SAW器件的壓電基片的溫度系數(shù)不同；所述SAW器件的壓電基片的頻率和溫度成單調(diào)或者線性的關(guān)系，任意兩個SAW器件的壓電基片的頻率差不為零，根據(jù)任意兩個SAW器件的壓電基片的頻率差得到聲表面波傳感器探測到的溫度。
所述的聲表面波溫度傳感器，其中，所述SAW器件采用叉指換能器和反射柵條混合設(shè)置的諧振結(jié)構(gòu)。
所述的聲表面波溫度傳感器，其中，所述聲表面波溫度傳感器包括三個SAW器件， 所述三個SAW器件的壓電基片分別是第一壓電基片、第二壓電基片和第三壓電基片；第一壓電基片設(shè)置為128° YX_LiNb03，其線性溫度系數(shù)約-90ppm/°C，諧振頻率為第一頻率Π ； 第二壓電基片設(shè)置為JCL石英，切角為0° ,42. 1° ,39°，線性溫度系數(shù)約-22ppm/°C，諧振頻率為第二頻率f2 ;第三基片是LST石英，切角為11.4°，39.4°，35 °，線性溫度系數(shù)約-33ppm/°C，諧振頻率為第三頻率f3 ;|fl-f2|，| f l_f3 |，f 2-f 3依次正比于-68ppm/°C , -57ppm/°C, llppm/°C。
所述的聲表面波溫度傳感器，其中，所述SAW器件采用叉指換能器和反射柵條分離設(shè)置的延遲線結(jié)構(gòu)。
聲表面波溫度傳感器，包括設(shè)置在基座上的兩個以上SAW器件，其中，所述基座上設(shè)置壓電基片，所述壓電基片上設(shè)置多組叉指換能器和反射柵條，多組叉指換能器和反射柵條同所在的壓電基片構(gòu)成SAW器件；所述多組SAW器件之間旋轉(zhuǎn)的角度為-21°至29° ; 切角每變化I'，溫度系數(shù)變化O. 00Γ0. Olppm/°C, SAW器件的壓電基片之間的溫度系數(shù)不同；所述SAW器件的壓電基片的頻率-溫度成單調(diào)或者線性的關(guān)系，任意兩個SAW器件的壓電基片的頻率差不為0，根據(jù)任意兩個SAW器件的壓電基片的頻率差得到聲表面波傳感器探測到的溫度。
所述的聲表面波溫度傳感器，其中，該壓電基片為42. 75° Y-X石英基片。
所述的聲表面波溫度傳感器，其中，該壓電基片為Y切石英基片。
所述的聲表面波溫度傳感器，其中，所述SAW器件采用叉指換能器和反射柵條混合設(shè)置的諧振結(jié)構(gòu)；或采用叉指換能器和反射柵條分離設(shè)置的延遲線結(jié)構(gòu)。
所述的聲表面波溫度傳感器，其中，所述SAW器件有三個，包括第一 SAW器件的叉指換能器和反射柵條、第二 SAW器件的叉指換能器和反射柵條和第三SAW器件的叉指換能器和反射柵條；第二 SAW器件的叉指換能器和反射柵條以及第三SAW器件的叉指換能器和反射柵條，相對于第一 SAW器件的叉指換能器和反射柵條旋轉(zhuǎn)-21°至29°之間角度。
本發(fā)明提供的聲表面波溫度傳感器，在基座上設(shè)置2個以上SAW器件，SAW器件采用不同的溫度系數(shù)的壓電基片，優(yōu)選的是單調(diào)且近似線性溫度系數(shù)，通過兩個SAW器件之間的頻率差來計算聲表面波溫度傳感器探測的溫度，可以解決現(xiàn)有SAW傳感器面臨的抗環(huán)境噪聲的問題；進(jìn)一步載基座上設(shè)置3個以上溫度系數(shù)不同的SAW器件，當(dāng)任意一個SAW器件的頻率點被干擾的時候，仍然可以根據(jù)另外2個SAW器件的頻率差來計算聲表面波溫度傳感器探測到的溫度，使聲表面波溫度傳感器具有抗環(huán)境噪聲的能力和抗電磁干擾能力。


圖I為本發(fā)明諧振結(jié)構(gòu)的聲表面波器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明延遲線結(jié)構(gòu)的聲表面器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明聲表面波傳感器中多個SAW器件分別設(shè)置在不同壓電基片上的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明聲表面波傳感器中SAW器件設(shè)置在相同壓電基片上的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為JCL和LCT切向石英基底的頻率偏移隨溫度的變化關(guān)系圖；圖6是實施例4中三種基片材料的頻率隨溫度的變化關(guān)系圖。
具體實施方式
下面結(jié)合優(yōu)選的實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明的聲表面波傳感器，如圖3和4所示，包括多個SAW器件5，所述SAW器件5包括壓電基片2和設(shè)置在壓電基片2上的叉指換能器I和反射柵條3，所述多個SAW器件5 可以設(shè)置在不同壓電基片2上，如圖3所示，所述多個SAW器件5的叉指換能器I和反射柵條3也可以設(shè)置在相同壓電基片2上，如圖4所示。
所述SAW器件5可以采用叉指換能器I和反射柵條3混合設(shè)置的諧振結(jié)構(gòu)，如圖I 所示，也可以采用叉指換能器I和反射柵條3分離設(shè)置的延遲線結(jié)構(gòu)，如圖2所示，這里不做限制。
作為本發(fā)明的第一個優(yōu)選例，以所述聲表面波傳感器設(shè)置2個SAW器件5為例，兩個SAW器件5的壓電基片2采用的溫度系數(shù)不同，優(yōu)選的兩個SAW器件5的壓電基片2分別采用JCL切向和LST切向的石英，如圖5所示，其溫度系數(shù)是單調(diào)且接近線性，根據(jù)壓電基片2的頻率-溫度成線性的關(guān)系，兩個SAW器件2的壓電基片的頻率差不為0，根據(jù)頻率差得到聲表面波傳感器探測到的溫度，而且探測到的溫度可以去掉背景噪聲。其原理是，環(huán)境噪聲對兩者影響基本相同，所以環(huán)境噪聲對SAW傳感器影響可以消除。
作為本發(fā)明的第二個優(yōu)選的實施例，設(shè)置所述三個SAW器件的壓電基片分別是第一壓電基片、第二壓電基片和第三壓電基片，可以將第一壓電基片設(shè)置為128° YX-LiNb03， 其線性溫度系數(shù)約_90ppm/°C，諧振頻率為第一頻率Π ;第二壓電基片設(shè)置為JCL石英，切角為(0°，42. 1° ,39° )，線性溫度系數(shù)約-22ppm/°C，諧振頻率為第二頻率f2 ;第三基片是LST石英，切角為(11. 4° ,39.4°，35° )，線性溫度系數(shù)約_33ppm/°C，諧振頻率為第三頻率 f3 ; I fl-f2 I，fl-f3|, f2-f3| 依次正比于-68ppm/°C，-57ppm/°C，llppm/°C。因此在溫度_頻率差關(guān)系中，形成了 3個斜率不一樣的單調(diào)特性直線。這一特性直線去除了環(huán)境噪聲對聲表面波溫度傳感器的影響。
所述近似線性溫度系數(shù)的材料有YZ-LiNbO3,128 ° YX-LiNbO3 ;石英包括LST、 JCL、Y切及其相關(guān)X旋轉(zhuǎn)、LGS等均存在線性溫度系數(shù)在這一特性。
本實施例在所述聲表面波溫度傳感器上設(shè)置3個SAW器件5，使聲表面波溫度傳感器既可以防環(huán)境噪聲，還可以抗電磁干擾。其原理是，由于強(qiáng)電磁干擾通常隨機(jī)發(fā)生在某一個頻率點，當(dāng)傳感器包括的SAW器件多于3個時候，總有2個以上頻率點未受到干擾，這樣，當(dāng)任意一個SAW器件的頻率點被干擾的時候，仍然有2個SAW器件5工作，仍然能夠通過未受干擾SAW器件之間的頻率差來確定測溫點的溫度，因此可以形成較強(qiáng)的抗電磁干擾能力。這就使聲表面波溫度傳感器同時具有抗環(huán)境噪聲、抗電磁干擾能力。
作為本發(fā)明的第三個優(yōu)選例，SAW傳感器由3個SAW器件5組成，如圖4所示，且 3個SAW器件5均制作在一個作為壓電基片2的石英基片上，多組叉指換能器和反射柵條同所在的壓電基片構(gòu)成SAW器件，石英基片是42. 75° Y-X石英。圖4中最左邊的是第一 SAW器件的叉指換能器I和反射柵條3。第二 SAW器件的叉指換能器I和反射柵條3以及第二 SAW 器件的叉指換能器I和反射柵條3，相對于第一 SAW器件的叉指換能器I和反射柵條3旋轉(zhuǎn)-21°至29°的角度，也就是聲波傳播方向和X軸夾角的為-21°至29°，例如可以選擇旋轉(zhuǎn)分別20°或29°。實驗發(fā)現(xiàn)，由于切角每變化I'，溫度系數(shù)變化O. 00Γ0. Olppm/°C, 因此第二 SAW器件的叉指換能器I和反射柵條3以及第三SAW器件的叉指換能器I和反射柵條3，相對于第一 SAW器件的叉指換能器I和反射柵條3旋轉(zhuǎn)將形成不同的單調(diào)溫度系數(shù)差。
更進(jìn)一步的，所述3個SAW器件5的壓電基片均采用Y切石英基片，歐拉角分別5為(O。，90。, 10° )，(0。，90。，20。)，(0。，90。，30。)，其溫度系數(shù)從 20ppm/°C 4 ppm/°C線性單調(diào)變化。因此任意兩個SAW器件的頻率差和溫度的關(guān)系是一一對應(yīng)的，通過測量任意兩個SAW器件的頻率差，就可以得到測溫點的溫度。
作為本發(fā)明的第4個優(yōu)選的實施例，所述的3個SAW器件5的壓電基片分別采用 ST-X石英，XY- La3Ga5SiO14,和YZ-LiNbO3 ;這三種材料在0_300°C范圍進(jìn)行溫度傳感的時候，其溫度系數(shù)單調(diào)，且接近線性，如圖6所示。盡管不是線性，但是任意兩者之間的頻率差依然是隨溫度單調(diào)的，因此任意兩個SAW器件的頻率差和溫度的關(guān)系是一一對應(yīng)的。同樣的原理，通過測量任意兩個SAW器件的頻率差，就可以得到測溫點的溫度。
本發(fā)明的聲表面波溫度傳感器，在基座上設(shè)置2個以上SAW器件，SAW器件采用不同的溫度系數(shù)的壓電基片，優(yōu)選的是單調(diào)且近似線性溫度系數(shù)，通過兩個SAW器件之間的頻率差來計算聲表面波溫度傳感器探測的溫度，可以解決現(xiàn)有SAW傳感器同面臨的抗環(huán)境噪聲的問題；進(jìn)一步載基座上設(shè)置3個以上溫度系數(shù)不同的SAW器件，當(dāng)任意一個SAW器件的頻率點被干擾的時候，仍然可以根據(jù)另外2個SAW器件的頻率差來計算聲表面波溫度傳感器探測到的溫度。
以上內(nèi)容是對本發(fā)明的優(yōu)選的實施例的說明，可以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員更充分地理解本發(fā)明的技術(shù)方案。但是，這些實施例僅僅是舉例說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施方式
僅限于這些實施例的說明。對本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演和變換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.聲表面波溫度傳感器，包括設(shè)置在基座上的兩個以上SAW器件，所述SAW器件分別包括壓電基片和設(shè)置在壓電基片上的叉指換能器和反射柵條，其特征在于，所述任意兩個SAW 器件的壓電基片的溫度系數(shù)不同；所述SAW器件的壓電基片的頻率和溫度成單調(diào)或者線性的關(guān)系，任意兩個SAW器件的壓電基片的頻率差不為零，根據(jù)任意兩個SAW器件的壓電基片的頻率差得到聲表面波傳感器探測到的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聲表面波溫度傳感器，其特征在于，所述SAW器件采用叉指換能器和反射柵條混合設(shè)置的諧振結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聲表面波溫度傳感器，其特征在于，所述聲表面波溫度傳感器包括三個SAW器件，所述三個SAW器件的壓電基片分別是第一壓電基片、第二壓電基片和第三壓電基片；第一壓電基片設(shè)置為128° YX_LiNb03，其線性溫度系數(shù)約_90ppm/°C， 諧振頻率為第一頻率fl ;第二壓電基片設(shè)置為JCL石英，切角為0° ,42. 1°，39°，線性溫度系數(shù)約-22ppm/°C，諧振頻率為第二頻率f2 ;第三基片是LST石英，切角為11.4°， 39.4。，35。，線性溫度系數(shù)約-33ppm/°C，諧振頻率為第三頻率f3 ;|fl-f2|，| fl_f3 |，f 2-f 3 依次正比于 _68ppm/°C，_57ppm/°C, llppm/°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聲表面波溫度傳感器，其特征在于，所述SAW器件采用叉指換能器和反射柵條分離設(shè)置的延遲線結(jié)構(gòu)。
5.聲表面波溫度傳感器，包括設(shè)置在基座上的兩個以上SAW器件，其特征在于，所述基座上設(shè)置壓電基片，所述壓電基片上設(shè)置多組叉指換能器和反射柵條，多組叉指換能器和反射柵條同所在的壓電基片構(gòu)成SAW器件；所述多組SAW器件之間旋轉(zhuǎn)的角度為-21°至 29° ;切角每變化I'，溫度系數(shù)變化O. OOfO. 01ppm/°C，SAW器件的壓電基片之間的溫度系數(shù)不同；所述SAW器件的壓電基片的頻率-溫度成單調(diào)或者線性的關(guān)系，任意兩個SAW器件的壓電基片的頻率差不為0，根據(jù)任意兩個SAW器件的壓電基片的頻率差得到聲表面波傳感器探測到的溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聲表面波溫度傳感器，其特征在于，該壓電基片為 42. 75° Y-X石英基片。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聲表面波溫度傳感器，其特征在于，該壓電基片為Y切石英基片。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聲表面波溫度傳感器，其特征在于，所述SAW器件采用叉指換能器和反射柵條混合設(shè)置的諧振結(jié)構(gòu)；或采用叉指換能器和反射柵條分離設(shè)置的延遲線結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的聲表面波溫度傳感器，其特征在于，所述SAW器件有三個，包括第一 SAW器件的叉指換能器和反射柵條、第二 SAW器件的叉指換能器和反射柵條和第三 SAW器件的叉指換能器和反射柵條；第二 SAW器件的叉指換能器和反射柵條以及第三SAW 器件的叉指換能器和反射柵條，相對于第一 SAW器件的叉指換能器和反射柵條旋轉(zhuǎn)-21° 至29。之間角度。
全文摘要
聲表面波溫度傳感器，包括設(shè)置在基座上的兩個以上SAW器件，所述SAW器件分別包括壓電基片和設(shè)置在壓電基片上的叉指換能器和反射柵條，所述任意兩個SAW器件的壓電基片的溫度系數(shù)不同；所述SAW器件的壓電基片的頻率和溫度成單調(diào)或者線性的關(guān)系，任意兩個SAW器件的壓電基片的頻率差不為零，根據(jù)任意兩個SAW器件的壓電基片的頻率差得到聲表面波傳感器探測到的溫度。本發(fā)明通過兩個SAW器件之間的頻率差來計算聲表面波溫度傳感器探測的溫度，可以解決現(xiàn)有SAW傳感器面臨的抗環(huán)境噪聲和電磁干擾的問題。
文檔編號G01K11/26GK102928111SQ20121046320
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月17日
發(fā)明者李強(qiáng), 李紅浪 申請人:中科微聲(天津)傳感技術(shù)有限公司