【摘 要】
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传感技术是人类进入信息化时代以来一直不断研究和探索的支柱型信息技术之一,它也是一个国家的信息化水平的高低的标志之一。声表面波（SAW）传感技术作为一种新型的传感手段,因其特殊的传感原理和优异的传感性能,已被广泛的研究和设计成多种类型的传感器。在面对复杂、恶劣环境下的传感需求,如工业生产、航空航天、电力设施等环境,具有低运行成本和维护成本、高安全性和可靠性以及优良的传感性能的声表面波传感技术引起了人
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传感技术是人类进入信息化时代以来一直不断研究和探索的支柱型信息技术之一,它也是一个国家的信息化水平的高低的标志之一。声表面波（SAW）传感技术作为一种新型的传感手段,因其特殊的传感原理和优异的传感性能,已被广泛的研究和设计成多种类型的传感器。在面对复杂、恶劣环境下的传感需求,如工业生产、航空航天、电力设施等环境,具有低运行成本和维护成本、高安全性和可靠性以及优良的传感性能的声表面波传感技术引起了人们的注意。对此,声表面波无线无源温度传感器具有重要的研究意义和广阔的应用前景。本文首先基于128°Y-X铌酸锂压电衬底材料,研究了不同的声表面波谐振器结构设计对谐振器性能的影响,结果表明,叉指与反射栅的间距对器件的影响不大,仅需满足1/4波长的整数倍即可;而叉指换能器的叉指对数的多少对器件的谐振性能有着重要的影响,叉指对数的增多在一定范围内将增强谐振峰的强度、减小带宽并增加Q值;本文发现声孔径的长度是声表面波谐振器的最重要的参数,声孔径长度的大小决定了谐振器在128°Y-X铌酸锂衬底上激发出的何种波模式的谐振峰最强,以及杂峰的存在与否。当谐振器具有较大声孔径长度时,器件的瑞利波模式谐振峰更强,器件无杂峰;而当声孔径长度较小时,谐振器的水平剪切波模式的谐振峰更强,但是存在着较多的杂峰。利用已研究获得的器件设计规律,最终制作了叉指线宽为3μm、叉指对数为200对、声孔径长度为200λ、叉指与反射栅间距为7λ/4的声表面波谐振器。本文利用基于128°Y-X铌酸锂的声表面波谐振器,设计制作了SAW无线温度传感器原型,在常温和升温过程中研究了其无线测温能力。研究发现随着距离的增加,传感器信号大幅度衰减,天线增益越高传输距离越远。在室温下,低增益的单极子探测天线可以实现150cm下的信号传输,而高增益的八木天线能够在400cm的远距离下分辨出信号。升温实验中,该传感器在200℃范围内,保持了声表面波谐振器良好的线性频率温度特性,反复升温时传感器保持良好的重复性。最后通过控制声表面波谐振器叉指线宽的方法,在线宽为3μm的器件基础上,制备了一组性能一致、工作带宽互不交叉干扰的声表面波谐振器,并基于其设计制作了一套无线无源声表面波温度传感器阵列,多个传感器在无线温度测试时表现出良好的一致性,该套传感器已被实验证明了其对多点同时测温的能力。
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