一種聲表面波溫度傳感應(yīng)答器的制造方法
【專利摘要】一種聲表面波諧振器型溫度傳感應(yīng)答器，采用兩個(gè)同頻段聲表面波諧振器，一個(gè)為溫度敏感諧振器，而另一個(gè)為對(duì)溫度不敏感的基準(zhǔn)諧振器，其諧振頻率在溫度敏感諧振器諧振頻率的變化范圍外；兩諧振器通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)連接到同一根天線。雙諧振器型溫度傳感應(yīng)答器，克服了現(xiàn)有單諧振器型溫度傳感應(yīng)答器回波頻率與閱讀距離有關(guān)及高頻頻率精度測(cè)量要求高的不足。
【專利說(shuō)明】一種聲表面波溫度傳感應(yīng)答器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于聲表面波傳感器，具體而言，是一種聲表面波諧振器型溫度傳感應(yīng)答器。
【背景技術(shù)】
[0002]聲表面波諧振器利用在壓電基片上制作的叉指換能器和周期反射柵陣等金屬電極結(jié)構(gòu)形成聲表面波諧振腔，基于(逆)壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電學(xué)諧振的無(wú)源電子元件，已在現(xiàn)代電子【技術(shù)領(lǐng)域】中得到廣泛應(yīng)用。
[0003]由于聲表面波諧振器的固有諧振頻率會(huì)被所處環(huán)境溫度影響而產(chǎn)生微弱變化(圖1)，其變化幅度主要取決于壓電基片溫度特性。檢測(cè)此頻率變化就可推知環(huán)境溫度的改變，即聲表面波諧振器具有輸出準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)的溫度傳感功能。
[0004]由于聲表面波器件的叉指換能器，能直接連接天線，收發(fā)無(wú)線電波，具有無(wú)線通信功能，所以聲表面波諧振器是最簡(jiǎn)單的無(wú)線無(wú)源溫度傳感器件。
[0005]聲表面波無(wú)線溫度傳感器系統(tǒng)，基于超高頻電磁波反向散射探測(cè)機(jī)理，采用聲表面波諧振器作為溫度敏感元件，具有小型無(wú)源和全天候應(yīng)用特點(diǎn)，能應(yīng)用于智能電網(wǎng)、食品安全等民用領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)相關(guān)環(huán)境溫度，將在未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中發(fā)揮其獨(dú)特作用。
[0006]基于聲表面波諧振器的無(wú)線溫度傳感系統(tǒng)由應(yīng)答器和閱讀器組成(圖2)。閱讀器是一雷達(dá)類電子設(shè)備，應(yīng)答器僅由聲表面波諧振器和天線封裝而成(圖3)，其中電感作用是匹配和防干擾。系統(tǒng)工作原理如下:閱讀器主動(dòng)發(fā)射一個(gè)激勵(lì)載波脈沖，應(yīng)答器天線接收后饋電到聲表面波諧振器，使其產(chǎn)生受迫振蕩，并發(fā)回激勵(lì)脈沖響應(yīng)回波(圖4左部波形)，同時(shí)儲(chǔ)存電磁波能量在聲表面波諧振器內(nèi)。激勵(lì)脈沖發(fā)射完后，應(yīng)答器的聲表面波諧振器將以其固有諧振頻率向外發(fā)射其儲(chǔ)存的電磁波能量，形成諧振器傳感響應(yīng)回波(圖4右部波形)。應(yīng)答器傳感響應(yīng)回波為一幅度衰減的調(diào)幅高頻信號(hào)，由于此回波高頻頻率是受環(huán)境溫度影響的聲表面波諧振器的固有特征，已攜帶有環(huán)境溫度參量的影響，所以閱讀器接收回波后經(jīng)過(guò)處理即可得到環(huán)境溫度參量實(shí)時(shí)值，完成待測(cè)環(huán)境溫度無(wú)線傳感功能。
[0007]現(xiàn)今單聲表面波諧振器型溫度傳感器已在電網(wǎng)等強(qiáng)干擾環(huán)境中得到應(yīng)用，因需要直接測(cè)量射頻回波頻率，對(duì)閱讀器頻率測(cè)量技術(shù)要求高。
[0008]另外已發(fā)現(xiàn)由于通信鏈路的影響，采用單個(gè)諧振器的應(yīng)答器，回波頻率會(huì)隨閱讀距離不同而發(fā)生變化(圖5)，如應(yīng)用在移動(dòng)閱讀時(shí)，會(huì)使傳感精度大大降低，甚至可能造成無(wú)線傳感功能喪失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]如前述，現(xiàn)有單聲表面波諧振器的無(wú)線溫度傳感系統(tǒng)，有兩個(gè)不足:一是移動(dòng)應(yīng)用有問(wèn)題，二是要求應(yīng)答器的高頻頻率測(cè)試精度高。為此，本專利提出采用雙聲表面波諧振器組成無(wú)線傳感應(yīng)答器是較好的技術(shù)方案(圖6)。[0010]一種聲表面波諧振器型溫度傳感應(yīng)答器，其特征是:采用兩個(gè)同頻段聲表面波諧振器，一個(gè)為溫度敏感諧振器，而另一個(gè)為對(duì)溫度不敏感的基準(zhǔn)諧振器，其諧振頻率在溫度敏感諧振器諧振頻率的變化范圍外。
[0011]一種聲表面波諧振器型溫度傳感應(yīng)答器，其特征是:所述兩諧振器通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)連接到同一根天線。
[0012]傳感響應(yīng)回波，是兩個(gè)聲表面波諧振器諧振頻率的合成，含有其差頻信號(hào)。由于兩諧振器中的基準(zhǔn)諧振器諧振頻率不對(duì)環(huán)境溫度敏感，差頻變化值就是溫度敏感諧振器諧振頻率的相對(duì)變化量，即應(yīng)答器所處環(huán)境溫度的度量。測(cè)量此差頻，就完成溫度無(wú)線遙測(cè)，測(cè)量技術(shù)要求降低許多。
[0013]由于溫度傳感信息為差頻信號(hào)所攜帶，而兩諧振器電阻抗特性是一致的，所以無(wú)線鏈路的影響完全抵消了。
[0014]所以本發(fā)明解決了現(xiàn)有單諧振器型溫度傳感應(yīng)答器的不足。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1溫度檢測(cè)用聲表面波諧振器諧振頻率的溫度特性。
[0016]圖2聲表面波溫度傳感系統(tǒng)。
[0017]圖3現(xiàn)有的單聲表面波諧振器型溫度傳感應(yīng)答器電路。
[0018]圖4聲表面波溫度傳感系統(tǒng)應(yīng)答器回波。
[0019]圖5單聲表面波諧振器型溫度傳感應(yīng)答器諧振頻率與閱讀器距離的關(guān)系。
[0020]圖6本發(fā)明:雙聲表面波諧振器型溫度傳感應(yīng)答器。
[0021 ] 圖7聲表面波諧振器示意。
[0022]圖8具有負(fù)溫度系數(shù)的石英溫度敏感聲表面波諧振器的頻率溫度曲線。
[0023]圖9具有正溫度系數(shù)的石英溫度敏感聲表面波諧振器的頻率溫度曲線。
[0024]圖10諧振器LC匹配網(wǎng)絡(luò)。
[0025]圖11諧振器LC匹配效果。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]如圖6所示，為本發(fā)明雙聲表面波諧振器型溫度傳感應(yīng)答器的電路，本發(fā)明的第一個(gè)特征是:采用兩個(gè)同頻段聲表面波諧振器，一個(gè)為溫度敏感諧振器，而另一個(gè)為對(duì)溫度不敏感的基準(zhǔn)諧振器，其諧振頻率在溫度敏感諧振器諧振頻率的變化范圍外。
[0028]聲表面波諧振器(圖7)利用在壓電基片上制作的叉指換能器(IDT)和周期反射柵陣(反射器)等金屬電極結(jié)構(gòu)形成聲表面波諧振腔，基于(逆)壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電學(xué)諧振的無(wú)源電子元件，已在現(xiàn)代電子【技術(shù)領(lǐng)域】中得到廣泛應(yīng)用。
[0029]目前制作聲表面波諧振器的壓電基片主要為石英、鈮酸鋰和鉭酸鋰等單晶，都是各向異性晶體材料，隨其切型切向不同，其材料特性會(huì)有較大差異，例如石英，其頻率溫度系數(shù)可在±50 μμι/Κ范圍變化。選擇適當(dāng)切型切向的壓電基片，可滿足應(yīng)用要求。
[0030]圖8為具有負(fù)頻率溫度系數(shù)(-21.4 ppm/K)的石英溫度敏感聲表面波諧振器的諧振頻率溫度特性，而圖9為具有正頻率溫度系數(shù)(22 ppm/K)的石英溫度敏感聲表面波諧振器的諧振頻率溫度特性。
[0031]精心選擇石英基片和器件工藝，商品化石英聲表面波諧振器的一次頻率溫度系數(shù)為零，二次溫度系數(shù)僅為0.02 ppm /K2，已在聲表面波振蕩電路中得到廣泛應(yīng)用，本專利采用此種類型諧振器作為應(yīng)答器的基準(zhǔn)諧振器。
[0032]無(wú)線遙測(cè)設(shè)備使用的無(wú)線頻段，是受各國(guó)嚴(yán)格管制的，一般為434MHz，868MHz，915MHz 和 2.45GHz 等頻段。
[0033]一個(gè)具體實(shí)施方案采用了 434MHz頻段，溫度測(cè)試范圍為(_40°C~80°C)。其中溫度敏感諧振器采用了正頻率溫度系數(shù)為22 ppm/K的石英諧振器，室溫(20°C )諧振頻率為434.1MHz，溫度敏感范圍為(433.5MHz~434.7MHz)共1.2MHz。故可取基準(zhǔn)諧振器的室溫諧振頻率為433.3MHz，室溫差頻0.8MHz，最大差頻1.4MHz，最小差頻0.2MHz。
[0034]傳感響應(yīng)回波，是兩個(gè)聲表面波諧振器諧振頻率的合成，含有其差頻信號(hào)。由于兩諧振器中的基準(zhǔn)諧振器諧振頻率不對(duì)環(huán)境溫度敏感，差頻變化值就是溫度敏感諧振器諧振頻率相對(duì)變化量，即應(yīng)答器所處環(huán)境溫度的度量。測(cè)量此差頻，就完成溫度無(wú)線遙測(cè)，測(cè)量技術(shù)要求降低許多。
[0035]本發(fā)明的進(jìn)一步的特征是:所述兩諧振器通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)連接到同一根天線。
[0036]雙諧振器傳感應(yīng)答器中，兩諧振器和天線都是并聯(lián)的，聲表面波諧振器的阻抗與天線阻抗一般相差較大，采用匹配網(wǎng)絡(luò)對(duì)平衡諧振器特性及極大化傳感組件的傳感響應(yīng)是有益的。
[0037]現(xiàn)今的單電感聲表面波器件匹配網(wǎng)絡(luò)，匹配效果差。雙元件gamma型匹配網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢杂兴姆N:雙電容、雙電感和電感電容，但以圖10所示的串電容并電感的組態(tài)為優(yōu)，因?yàn)椴⒙?lián)電感還能起器件保護(hù)作用。圖11是聲表面波諧振器采用LC雙元件匹配前后的Sll性能比較，說(shuō)明匹配效果明顯。
[0038]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，但附圖和實(shí)施例并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，自當(dāng)可作各種變化或潤(rùn)飾，但同樣在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本申請(qǐng)的權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種聲表面波溫度傳感應(yīng)答器，其特征在于:采用兩個(gè)同頻段聲表面波諧振器，一個(gè)為溫度敏感諧振器，而另一個(gè)為對(duì)溫度不敏感的基準(zhǔn)諧振器，其諧振頻率在溫度敏感諧振器諧振頻率的變化范圍外；所述兩個(gè)同頻段聲表面波諧振器通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)連接到同一根天線； 所述聲表面波諧振器利用在壓電基片上制作的叉指換能器和周期反射柵陣金屬電極結(jié)構(gòu)形成聲表面波諧振腔； 雙諧振器傳感應(yīng)答器中，兩諧振器和天線都是并聯(lián)的。
【文檔編號(hào)】G01K11/26GK203606038SQ201320625502
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】陳培杕, 朱衛(wèi)俊, 夏前亮 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所