一种声表面波温度传感器 |
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| 申请号 | CN202410150967.1 | 申请日 | 2024-02-02 | 公开(公告)号 | CN117928766A | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 南方电网数字电网研究院股份有限公司; | 发明人 | 李鹏; 徐振恒; 田兵; 樊小鹏; 谭则杰; 钟枚汕; 尹旭; 刘胜荣; 李立浧; 聂少雄; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种声表面波 温度 传感器 ，包括基底层、 叉指换能器 以及反射栅条，其中：叉指换能器设置在基底层上；反射栅条设置于基 地层 上，并设置在叉指换能器的两侧。 石英 基底层由石英晶体按照特定的 角 度切割而成，能够提高器件的Q值。本发明通过切割设定角度的石英晶体，解决现有的声表面波温度传感器存在的Q值较低和插入损耗较大的问题。且本发明通过电 信号 输出，具有较好的 精度 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种声表面波温度传感器，其特征在于，包括基底层、叉指换能器以及反射栅条，其中： |
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| 说明书全文 | 一种声表面波温度传感器技术领域背景技术[0003] 石英晶体的切割方式对传感器的性能和灵敏度有很大的影响，石英晶体的晶面和切割角度不同，所产生的机械和电学特性也不同。传统的基于石英基底的声表面波温度传感器往往采用XT、AT切型的石英基底，Q值较低且插入损耗较大。 发明内容[0005] 根据本发明提供的一种声表面波温度传感器，包括基底层、叉指换能器以及反射栅条，其中： [0006] 叉指换能器设置在基底层上； [0007] 反射栅条设置于基底层上，并设置在叉指换能器的两侧。 [0008] 在一个实施例中，基底层采用石英基底。 [0009] 在一个实施例中，石英基底的φ角的范围是‑14°至‑24°；石英基底的θ角的范围是‑25°至‑45°；石英基底的ψ角的范围是+8°至+28°。 [0012] 在一个实施例中，叉指换能器以重叠的形式设置在基底层上。 [0013] 在一个实施例中，叉指换能器设置在基底层中间。 [0014] 在一个实施例中，反射栅条等间距设置在基底层的左右两侧。 [0015] 在一个实施例中，叉指换能器的长度方向和基底层的长度方向一致。 [0016] 在一个实施例中，反射栅条设置在叉指换能器的左右两侧，每侧平行设置有多条反射栅条。 [0017] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果： [0019] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显： [0020] 图1为本发明的具体实施方式提供的基于特殊切型石英基底的声表面波温度传感器的结构示意图； [0021] 图2为本发明的基于特殊切型石英基底的声表面波温度传感器的温度频率线性关系图； [0022] 图3为本发明的螺旋天线的结构示意图。 [0023] 图中示出： [0024] 叉指换能器1； [0025] 反射栅条2； [0026] 基底3。 具体实施方式[0027] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。 [0028] 在一个示例性的实施例中，如图1所示，本发明提供的声表面波温度传感器可以包括：叉指换能器1、反射栅条2，以及基底层3。 [0029] 其中，叉指换能器设置在所述基底层上；反射栅条设置于所述基底层上，并设置在叉指换能器的两侧。叉指换能器即为在压电基片表面上形成形状像两只手的手指交叉状的金属图案，它的作用是实现声与电之间的能量转换。反射栅条即为在基底层刻划的一系列平行等宽、等距的刻线。基底层即为表面波温度传感器的基底。 [0030] 可选的，叉指换能器可以用于将所获取的声表面波进行获取并转换为电信号。反射栅条设置于所述基底层上，并设置在叉指换能器的两侧。 [0031] 上述声表面波温度传感器通过在基底层上设置叉指换能器，并在叉指换能器的两侧均设置反射栅条，能够实现提高声表面波温度传感器存在的Q值，并降低插入的损耗的效果。 [0032] 在上述实施例的基础上，在一个示例性的实施例中，提供了一种基于特殊切型石英基底的声表面波温度传感器，包括叉指换能器1、反射栅条2和基底3，叉指换能器1以重叠的形式设置在基底3上，特定数量的反射栅条2设置于叉指换能器1两侧，且基底层采用石英基底。 [0033] 可选的，由于石英晶体的晶面和切割角度不同，所产生的机械和电学特性也不同，因此本具体实施方式采用的石英基底。 [0034] 进一步的，石英基底的φ角的范围可以是‑14°至‑24°，石英基底的θ角的范围可以是‑25°至‑45°，石英基底的ψ角的范围可以是+8°至+28°，如图2所示，此种切型石英基底构成的声表面波温度传感器，具有较高的Q值，较低的插入损耗，其温度和频率满足要求的线性关系。 [0035] 可以理解的是，通过设置采用石英基底的基底层，并设置石英基底的φ角、θ角和ψ角的范围，能够实现提高声表面波温度传感器存在的Q值，并降低插入的损耗，进而使声表面波传感器的温度和频率满足要求的线性关系的效果。 [0036] 在一个示例性的实施例中，上述生表面波温度传感器可以包括螺旋天线。 [0037] 其中，螺旋天线的信号输出端与叉指换能器的信号输出端连接。 [0038] 可选的，可以将石英晶体按照所需切型进行切割并制作成晶圆片，并利用微纳加工工艺制作声表面波单端对谐振器。上述叉指换能器1共用信号输入端与信号输出端，螺旋天线的结构图可以如图3所示；且螺旋天线的信号输出端与叉指换能器的信号输出端连接。 [0040] 在一个示例性的实施例中，在实际生产过程中，可以通过微纳加工光刻工艺中的负胶剥离工艺的方法，保证本传感器所有设计要求的叉指换能器及反射栅条的线条精准度。 [0041] 在一个示例性的实施例中，叉指换能器1的材料可以为铝、铜或铂。 [0042] 需要说明的是，通过将叉指换能器的材料设置为铝、铜或铂，可以提高叉指换能器对声信号与电信号之间的能量交换的效率和准确性。 [0043] 在一个示例性的实施例中，叉指换能器设置在基底层中间，叉指换能器的长度方向和所述基底层的长度方向一致。 [0044] 可选的，如上述图1所示，叉指换能器和基底层均可以为长方形形状，较长的一条边即为长度；进一步的，叉指换能器的长度方向与基底层的长度方向一致。 [0045] 进一步的，反射栅条设置在所述叉指换能器的左右两侧，每侧平行设置有多条反射栅条。 [0046] 可选的，如上述图1所示，反射栅条可以设置在叉指换能器的左右两侧，且每一侧均可以包括多条反射栅条，每一侧的反射栅条均互相平行。 [0047] 可以理解的是，通过设置叉指换能器的长度方向和所述基底层的长度方向一致，并叉指换能器的左右两侧的反射栅条均互相平行，能够实现提高声表面波温度传感器存在的Q值，并降低插入的损耗的效果。 [0048] 在一个示例性的实施例中，在声表面波温度传感器中，基底层上的叉指换能器能够实现对声波的激发与检测，当温度变化时，叉指换能器所激发的声波的频率改变，进而导致由压电效应转成的电信号的频率也随之改变。例如，若温度变化1℃，器件中心频率偏移5kHz。 [0049] 可以理解的是，基于声表面波温度传感器，在温度变化时，将频率改变的声波转换为频率随之改变电信号，通过擦亮电信号的频率变化，能够实现将温度变化量映射到器件中心频率变化量，进而通过电信号输出，能够具有较好的精度。 |
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