CH701162B1 - Elektro-akustischer Sensor für Hochdruckumgebungen. - Google Patents

Abstract

Offenbart ist eine zusammengesetzte Schallwellen-Vorrichtung, AWD genannt, welche dazu ausgelegt ist, insbesondere bei hohem Umgebungsdruck zu arbeiten. Die zusammengesetzte AWD umfasst zwei piezoelektrische Platten (10, 15) die Rücken an Rücken zueinander stehen, mit Elektroden (30, 40), die zwischen den Platten (10, 15), angeordnet sind. Die Platten (10, 15) sind miteinander verbunden, um externe Druckeffekte zu neutralisieren. Weiter offenbart sind ein Sensor, der die zusammengesetzte AWD verwendet sowie ein Verfahren für die Verwendung solcher zusammengesetzter AWDs für physikalische oder chemische Messungen in Umgebungen, in denen ein hoher Druck auftreten kann. Optional wird eine Kavität (110) zwischen den piezoelektrischen Platten (10, 15) geformt, welche die Fähigkeit offeriert, den Druck zu messen und verbleibende Druckeffekte, welche die Messgenauigkeit beeinträchtigen, weiter zu neutralisieren.

Description

Gebiet der Erfindung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Schallwellen-Vorrichtung gemäss Anspruch 1, einen Sensor mit einer solchen Schallwellen-Vorrichtung gemäss Anspruch 10 sowie ein Verfahren zur Messung wenigstens eines physikalischen oder chemischen Parameters einer Substanz gemäss Anspruch 14.

Hintergrund der Erfindung

[0002] Piezoelektrische Sensoren sind gut bekannt. Diese werden verwendet, um Materialeigenschaften, wie Viskosität und Dichte, zu messen, um die Präsenz von bestimmten Materialien in einer Umgebung zu detektieren, um die Reinheit flüssiger Substanzen zu messen und Ähnliches. Strukturen, die für akustische Messungen bekannt sind, reichen von einfachen Kristallresonatoren, zu Kristallfiltern, Akustische-Platten-Modus-Vorrichtungen, Biege-Plattenwellen bzw. Lamb-Wave-Vorrichtungen und Ähnliches. Kurz gesagt weisen diese Vorrichtungen ein Substrat aus piezoelektrischem Material auf wie Quarz, Langasit oder Lithium Niobat, oder Dünnfilmschichten piezoelektrischer Materialien wie Aluminium Nitrit, Zink Oxid oder Kadmium Sulfid, auf einem nicht-piezoelektrischen Substrat. Das Substrat hat wenigstens ein aktives piezoelektrisches Oberflächengebiet, welches stark poliert ist. Auf der Oberfläche sind Eingangs- und Ausgangs-Wandler zum Zwecke vorgesehen, elektrische Energie in akustische Energie innerhalb des Substrats umzuwandeln und akustische Energie in ein elektrisches Ausgangssignal zurück zu wandeln. Diese Wandler können aus einer parallelen Platte (Volumenwellen) oder periodisch interdigitalen (Oberflächenwellen) Wandlern bestehen. Isoliert festgehalten, dass ein einziger Wandler als Eingangswandler um als Ausgangswandler agieren kann.

[0003] Jeder der vorgenannten Sensoren kann derart ausgestaltet sein, dass er arbeiten kann, wenn er vollständig in Flüssigkeit eingetaucht ist. Die empfindliche Elektronik ist in diesem Fall jedoch zumindest Rauschsignalen und Ablesefehlern ausgesetzt, und im Extremfall Korrosion und sogar Explosionsgefahren. Die Passivierung der Oberfläche der Elektronik ist gut bekannt und ist in beschränkten Anwendungen geeignet, wie dies bei Sensoren für Love-Wellen (horizontal polarisierte akustische Scherwellen) und für Oberflächen-Transversalwellen (surface transverse wave (STW)) ersichtlich ist. Solche Sensoren sind beispielsweise in R.L. Baer, CA. Flory, M. Tom-Moy and D.S. Solomon, «STW Chemical Sensors,» Proc. 1992 Ultrasonics Symp., Seiten 293–298 (1991) beschrieben. Die Passivierung ist jedoch nicht vollständig und elektrische Komponenten der Schaltung sind noch immer kapazitiven Ladungen und Rauscheinflüssen ausgesetzt. Ferner benötigen die meisten Passivierungsmethoden die Verwendung von Materialien mit schlechten akustischen Charakteristiken im Vergleich zu Einzelkristall-Materialien. Schlussendlich ist zu beachten, dass passivierte STW-Sensoren eine unerwünscht hohe Scherrate für viele Flüssigphasen aufweisen. Während solche Sensoren potenziell vielen Sensor-Applikationen genügen, sind sie nicht ideal, beispielsweise bei der Messung von Flüssigkeiten in der Ölproduktion in Bohrlochumgebungen.

[0004] In den meisten Anwendungen ist die Oberfläche auf der Gegenseite des Wandlers in direktem oder indirektem Kontakt mit der zu messenden Flüssigkeit und gibt an sie ab und entnimmt von ihr akustische Energie. Zusätzlich zu dieser Schnittstellenfunktion bildet das piezoelektrische Material eine Schutzmembrane zwischen der Flüssigkeit und einer Kavität, die elektrische Komponenten des Sensors enthält. Da das Volumen hinter dem piezoelektrischen Material normalerweise nicht demselben Druck ausgesetzt ist wie die Flüssigkeit, wird das piezoelektrische Material der Druckdifferenz zwischen der Flüssigkeit und dem Druck der Kavität ausgesetzt. Die finale Stärke des Materials limitiert daher den Betriebsdruck, dem der Sensor ausgesetzt werden darf. Sogar wenn das Material genügend stark ist, um dem Druck zu widerstehen, wird der nichtlineare Effekt aufgrund der Biegung der Membrane des Sensors die Sensorcharakteristika ernsthaft beeinträchtigen.

[0005] Andererseits können viele Technologiebereiche von Flüssigkeitsmessungen profitieren, die mit geringer Empfindlichkeit gegenüber Druckschwankungen oder in Bereichen mit hohem Druck durchgeführt werden können. Nicht ausschliesslich genannte Beispiele solcher Technologien umfassen z.B. die Gasproduktion, Ölförderung und Ölpipelines, hydraulische Systeme, Spritzgussvorrichtungen, Anti-Terror-Detektorsysteme für die Detektion biologischer und chemischer Substanzen und Ähnliches. Es besteht daher ein lang anhaltendes und noch nicht befriedigtes Bedürfnis in der Industrie nach einem elektroakustischen Sensor, der geeignet ist, mit einer tiefen Empfindlichkeit gegenüber Druckschwankungen, und/oder in Bereichen mit hohem Umgebungsdruck zu arbeiten. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lösung für diesen Bedarf.

Kurzbeschreibung der Erfindung

[0006] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schallwellen-Vorrichtung, einen Sensor mit einer solchen Schallwellen-Vorrichtung sowie ein Verfahren anzugeben, die der Messung wenigstens eines physikalischen oder chemischen Parameters einer Substanz dienen und von äusseren Druckeinflüssen, insbesondere hohen Druckbelastungen, weitgehend unabhängig sind. Eine solche Schallwellen-Vorrichtung bzw. ein solcher Sensor soll in eine Substanz eingetaucht werden können, als ob sie einen isobaren Druck erfahren würden. So ein Sensor würde Druckeffekte mit einem stark reduzierten Ausmass erfahren, die nur auf die nichtlinearen Elastizitätskonstanten des piezoelektrischen Materials, eher als auf die viel prominentere Verbiegung der piezoelektrischen Platte zurückzuführen wären. Weiterhin, in bestimmten Aspekten der vorliegenden Erfindung, liegt dieser die Aufgabe zu Grunde, die elektrischen Strukturen des Sensors vor den Einflüssen des gemessenen Flüssigkeit zu schützen, die potenziell korrosiv und gefährlich sein kann, sogar wenn die Flüssigkeit unter hohem Druck steht. Es ist ferner ein Ziel, die elektrische Struktur zu schützen, ohne das Sensor-Element als Diaphragma zwischen der zu messenden Umgebung und einer Tiefdruck-Kavität einzusetzen.

[0007] Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Substrat für einen piezoelektrischen Sensor zur Verfügung gestellt, der aus einer Zusammensetzung von zwei fast identischen Substraten besteht. Das zusammengesetzte Substrat führt zu einer selbst-passivierenden Sonde, in der die aktiven elektrischen Verbindungen und Elektroden des piezoelektrischen Sensors bei oder nahe der Zentrumslinie des zusammengesetzten Substrats angeordnet sind und die äusseren Oberflächen entweder geerdet oder elektrisch inaktiv sind.

[0008] Der Fachmann wird erkennen, dass der Begriff «Elektroden» sich auf geerdete Elektroden, Wandler (speziell im Fall von aktiv treibenden oder getriebenen Elektroden) oder andere Strukturen beziehen kann, die Veränderungen im piezoelektrischen Kristall verursachen oder reflektieren können.

[0009] Gemäss einem Aspekt der Erfindung wird daher eine zusammengesetzte Schallwellen-Vorrichtung (die Schallwellen-Vorrichtung wird nachstehend mit AWD bezeichnet) geschaffen, die eine erste und eine zweite piezoelektrische Platte umfassen, von denen jede eine innere und eine äussere Oberfläche aufweist, wobei die inneren Oberflächen der genannten Platten gegeneinander orientiert sind. Wenigstens eine erste Elektrode ist zwischen den betreffenden inneren Oberflächen der ersten und zweiten piezoelektrischen Platten angeordnet sowie wenigstens eine Rückkehr-Elektrode. In bestimmten Ausgestaltungen wird die Rückkehr-Elektrode auf wenigstens einer der genannten äusseren Oberflächen angeordnet. In einer bevorzugteren Ausgestaltung wird eine zusätzliche, zweite Elektrode zusätzlich zur Rückkehr-Elektrode zwischen der ersten und zweiten Platte angeordnet. In einigen Ausgestaltungen bildet jedoch die zweite Elektrode die Rückkehr-Elektrode.

[0010] Vorzugsweise bilden die erste Elektrode und die zweite Elektrode je einen Parallelplattenresonator mit der Rückkehr-Elektrode, wobei die erste und die zweite Elektrode genügend nahe beieinander angeordnet sind, um den Transfer von akustischer Energie zwischen dem ersten und dem zweiten Resonator zu gestatten. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode, und optional irgendeine Anzahl weiterer Elektroden, können Einzelplattenelektroden, oder interdigitalisierte Elektroden sein.

[0011] In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind das Substrat gewählt und die Elektroden konstruiert, dass eine Verschiebung in den genannten piezoelektrischen Platten erzeugt wird als Antwort auf die Anwendung einer elektrischen Ladung zwischen den Elektroden, wobei die Verschiebung im Wesentlichen parallel zu den genannten äusseren Oberflächen sein soll. Solche Substrat-Auswahl und Elektroden-Konstruktion und der resultierende Sensor ist ähnlich zum gut bekannten Dickenscherwellen-Sensor.

[0012] Optional umfasst die AWD ferner wenigstens eine Beschichtung auf wenigstens einem Teil wenigstens einer der genannten äusseren Oberflächen. Es wird berücksichtigt, dass eine Vielzahl von Abdeckschichten existiert und dass der Begriff «Beschichtung», wie er hier verwendet wird, sich auf eine solche Vielzahl von Beschichtungen als eine singulare Beschichtung bezieht. Die Beschichtung kann sein, ein abnutzungsresistentes Material, ein chemisch resistentes Material, Diamant-ähnlicher Kohlenstoff, eine Messgrössen-empfindliche Beschichtung, wie eine Beschichtung, die auf die Anwesenheit oder Konzentration spezifischer Chemikalien in der gemessenen Umgebungen empfindlich ist, oder irgendeine erwünschte Kombination von Beschichtungen.

[0013] In der bevorzugten Ausgestaltung weisen die erste und zweite piezoelektrische Platte im Wesentlichen ähnliche Abmessungen auf. In einer noch bevorzugteren Ausgestaltung weisen die erste und zweite piezoelektrische Platte eine ähnliche kristalline Orientierung auf.

[0014] Während die ersten und/oder zweiten Wandler (Elektroden) in der bevorzugtesten Ausgestaltung der Erfindung als Einzelplattenelektroden ausgestaltet sind, werden Interdigitalwandler ebenfalls in Erwägung gezogen.

[0015] Um erwünschte Frequenzen zu erzielen, wird in einigen Ausgestaltungen wenigstens eine der genannten Platten, und vorzugsweise werden beide in der genannten äusseren Oberfläche mit einer Einsenkung versehen.

[0016] In bestimmten vorzugsweisen Ausgestaltungen der Erfindung kann jede oben beschriebene AWD mit einer Einsenkung in wenigstens einer der genannten inneren Oberflächen versehen sein. Die Einsenkung definiert eine Kavität zwischen den genannten ersten und zweiten Platten, um einen Sensor-Bereich zu bilden, der auf Druck empfindlich ist.

[0017] Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Sensor mit einer zusammengesetzten AWD geschaffen, der ähnlich ist zu irgendeiner der oben beschriebenen AWDs. Ferner wird elektrische Energie durch eine Schaltungsanordnung wenigstens zwischen der ersten Elektrode und der Rückkehr-Elektrode gekoppelt. Offensichtlich ist es erwünscht, ferner eine Messeschaltung zu haben, um wenigstens einen Parameter der genannten elektrischen Energie messen zu können. Diese Schaltungsanordnung kann jedoch auch separat implementiert werden.

[0018] Die bevorzugteste Ausgestaltung gemäss diesem Aspekt der Erfindung umfasst einen Montagebolzen. Vorzugsweise ist die Schaltungsanordnung oder ein Teil davon innerhalb des Montagebolzens eingebettet, beispielsweise in der Basis des Montagebolzens, während sich das AWD-Sensorelement von der Basis hin zur Substanz des Messguts erstreckt. In Ausgestaltungen mit separaten Eingangs- und Ausgangswandlern agiert die erste Elektrode als Eingangswandler, um elektrische Signale in die AWD einzuführen, und die zweite Elektrode agiert als Ausgangswandler, um elektrische Signale aus der AWD zu extrahieren. Typischerweise umfasst die Schaltungsanordnung eine mit dem Eingangswandler gekoppelte Signalquelle, um ein Eingangssignal darin einzukoppeln, und eine Messschaltung, die geeignet ist, wenigstens ein Verhältnis zwischen dem Eingangsignal und dem extrahierten Signal zu messen.

[0019] Gemessene Parameter können eine oder mehrere Eigenschaften der AWD umfassen, die elektrisch aufgezeichnet werden können, wie beispielsweise die relative Phase des Eingangssignals und des Ausgangssignals, die individuelle oder relative Amplitude des Eingangssignals oder des Ausgangssignals, die Frequenz eines Signals, das eine konstante Phasenverschiebung aufrechterhält, die Verzögerungszeit eines gepulsten Signals durch den Sensor, die Impedanz eines Wandlers, oder irgendeine erwünschte Kombinationen davon.

[0020] In einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, das der Messung wenigstens eines physikalischen Parameters einer Substanz dient, ohne dass von hohem Druck verursachte Interferenzen auftreten. Das Verfahren umfasst die Schritte, des Platzierens irgendeiner AWD, wie sie oben beschrieben wurde, in Kontakt mit der genannten Substanz, des Einkoppelns eines elektrischen Signals in die erste Elektrode, und der Messung des von der AWD extrahierten elektrischen Signals. Worin das extrahierte Signal vom eingekoppelten Signal abweicht und worin die Differenz einen gemessenen Parameter des Sensors repräsentiert. Dieser Parameter ist bekannt von einer chemischen oder physikalischen Messgrösse beeinflusst zu werden. Der Schritt des Messens umfasst vorzugsweise die Messung eines Parameters des Verhältnisses zwischen dem extrahierten Signal und dem ein gekoppelten Signal, wobei der Parameter aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus der Frequenz, des Einkopplungsverlusts, der Phase, der Verzögerungszeit, oder irgendeiner Kombination davon besteht. In der bevorzugtesten Ausgestaltung wird der zu messende physikalische Parameter aus einer Gruppe ausgewählt, welche die Viskosität, die Dichte, die Temperatur, den Druck, die chemische Konzentration oder eine Kombination davon umfasst.

[0021] In der bevorzugtesten Ausgestaltung bilden AWD-aktive Elektroden, wie beschrieben, einen ersten operativen Sensor. Weiter, die AWD umfasst einen Drucksensor mit einer Einsenkung in wenigstens einer der genannten inneren Oberflächen und am bevorzugtesten identische Einsenkungen in beiden inneren Oberflächen, die Einsenkung definiert eine Kavität zwischen den ersten und zweiten inneren Oberflächen. Innerhalb der Kavität wird ein Sensorelement vorgesehen, welches auf Druckeffekte empfindlich ist, die in der Region der genannten, mit der Einsenkung versehenen Platte auftreten. Das Sensorelement kann ein Dehnmessstreifen oder noch bevorzugter wenigstens ein Wandler sein.

[0022] Die bevorzugteste Ausgestaltung verlangte nach Einsenkungen mit ähnlichen Abmessungen, die in beiden inneren Oberflächen einander gegenüber orientiert sind, so dass die Kombination der ersten und zweiten Einsenkungen die Kavität definiert. Weiter sind ein erster Eingangswandler und ein erster Ausgangswandler in der ersten Einsenkung sowie ein zweiter Eingangswandler und ein zweiter Ausgangswandler in der zweiten Einsenkung deponiert.

[0023] Das Verfahren oder die oben beschriebenen Verfahren umfassen vorzugsweise weiterhin den Schritt, das Ausgangssignal des genannten ersten operativen Sensors mit dem Ausgangssignal zu vergleichen, das von dem genannten Drucksensor abgegeben wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[0024] Die obige Kurzbeschreibung und die nachfolgende detaillierte Beschreibungen werden mit Blick auf die beigefügten Zeichnungen besser verstanden, welche Details der bevorzugten Ausgestaltungen zeigen. Es ist allerdings zu beachten, dass die Erfindung nicht auf die exakten Anordnungen in den Zeichnungen beschränkt ist und dass die Zeichnungen lediglich als Beispiele präsentiert werden. <tb>Fig. 1<sep>zeigt eine Schnittdarstellung einer prinzipiellen Ausgestaltung der Erfindung. <tb>Fig. 2<sep>zeigt eine vereinfachte Schnittdarstellung mit einem Aufriss der bevorzugtesten Ausgestaltung der Erfindung. <tb>Fig. 3a<sep>zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung der Elektroden und elektrischen Verbindungen. <tb>Fig. 3b<sep>zeigt eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Elektroden und elektrischen Verbindungen. <tb>Fig. 4<sep>zeigt eine Randsicht der bevorzugten Ausgestaltung, die elektrische Verbindungen zeigt. <tb>Fig. 5<sep>zeigt einen mit einem Bolzen verbundenen Sensor, was das bevorzugteste Montageverfahren darstellt. <tb>Fig. 6<sep>zeigt eine Ausgestaltung einer geätzten Membrane. <tb>Fig. 7<sep>zeigt eine Ausgestaltung eines kombinierten Druck- und Viskositätssensors. <tb>Fig. 8<sep>zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung eines kombinierten Sensors, in dem komplementäre druckempfindliche und druckunempfindliche Strukturen implementiert sind. <tb>Fig. 9<sep>zeigt ein vereinfachtes Diagramm einer bevorzugten elektronischen Schaltung, die mit dem Sensorelement gekoppelt ist. <tb>Fig. 10<sep>zeigt eine einfache Treiberschaltung für einen Sensor, der als Teil eines Oszillators agiert.

Detaillierte Beschreibung

[0025] [0036] Der Begriff zusammengesetztes Substrat bezeichnet wenigstens zwei Regionen eines substantiell ähnlichen erregbaren Substrats, welches üblicherweise aus piezoelektrischem Material besteht, aber auch aus magnetostriktivem, elektrostriktivem, piezomagnetischem, ferroelektrischem oder ferromagnetischem Material sein kann, welche alle generell als erregbare Substrate beschrieben werden und in Bezugnahmen zum Zweck der Klarheit konsequent als piezoelektrisch bezeichnet werden. Der Fachmann wird erkennen, dass die Bezugnahmen zum piezoelektrischen Effekt und zum piezoelektrischen Substrat oder Material universell anwendbar sind und andere Verfahren einschliessen sollen, bei denen ein elektrisches Signal im Substrat akustische Wellen oder Ultraschallwellen verursachen kann und umgekehrt. In dieser Beschreibung und den zugehörigen Patentansprüchen werden die Regionen normalerweise als «piezoelektrische Platten» bezeichnet. Es versteht sich, dass der Begriff sich auf verschiedene Formen und Querschnitte irgendeines erwünschten erregbaren Substrats bezieht, um einem Sensor die gewünschten Charakteristika zu verleihen. Weiterhin wird festgehalten, dass die hier beschriebenen Strukturen und Lösungen angewendet werden können, um wenigstens eine primäre Charakteristik, und optional, um eine Mehrzahl von Charakteristika einer Flüssigkeit zu messen, welche als sekundäre Charakteristika bezeichnet werden, ohne dass eine spezielle Bedeutung eines Parameters gegenüber einem anderen resultieren soll. Also, anhand eines nicht-einschränkenden Beispiels kann eine primäre Charakteristik die Viskosität, und eine sekundäre Charakteristik kann die Dichte sein, wie dies beispielsweise in der PCT-Anmeldung PCT/ÜS2004/012 546 der Anmelderin offenbart ist, oder die Scherrate sein, wie dies in der U.S.-Patentanmeldung 10/958,896 offenbart ist.

[0026] Im grundlegendsten Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung ein zusammengesetztes Substrat mit zwei piezoelektrischen Platten irgendeines oben beschriebenen erregbaren Materials. Die zwei piezoelektrischen Platten weisen vorzugsweise ähnliche Abmessungen auf und bestehen aus ähnlichem Material, entweder kristalliner Ausrichtung und Ähnlichem. Der Bereich der Verbindung der zwei piezoelektrischen Platten hat wenigstens eine, und vorzugsweise eine Mehrzahl aktiver Elektroden. Mehrere Elektrodenanordnungen werden nachstehend anhand eines nicht-einschränkenden Beispiels beschrieben. Zur gegenseitigen Verbindung der zwei piezoelektrischen Platten und zur Isolation der Elektroden von der Umgebung wird ein Bindemittel verwendet. Da keine Kavität zwischen den piezoelektrischen Platten benötigt wird, und da beide Platten ähnlichem Druck ausgesetzt sind, werden Biegebelastungen der Platten, die im Zusammenhang mit asymmetrischem Druck stehen, wirksam neutralisiert. Daher, während das piezoelektrische Material gegebenenfalls zusammengepresst wird, wird es sich so lange nicht verbiegen oder brechen, bis solcher Druck das Material kollabieren lässt. Ein weiterer Vorteil ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass der Sensor die doppelte effektive Wandlerfläche aufweist, welche eine tiefere Wandlerimpedanz ergibt und eine höhere Masse an piezoelektrischem Material aufweist, woraus eine tiefere äquivalente Scherrate bei einer gegebenen akustischen Leistungsbewertung resultiert. Bei der Verwendung der heute bekannten Technologien würden diese Verbesserungen eine Verdopplung des Elektrodenbereiches und eine dazu korrespondierende Vergrösserung in den Abmessungen und im Gewicht des gesamten Gehäuses des Sensors erfordern. Jeder der oben genannten Faktoren erlaubt die Konstruktion von qualitativ höherwertigen Sensoren mit nur minimalen volumetrischen Änderungen.

[0027] In der grundlegendsten Ausgestaltung umfasst die Erfindung zwei ähnlich dimensionierte piezoelektrischen Platten (d.h. Regionen) 10, 15 aus erregbarem Substrat, von denen jede wenigstens eine Oberfläche hat, die im Wesentlichen flach und poliert ist. Die flachen Oberflächen werden als «innere Oberflächen» bezeichnet und liegen einander gegenüber. Zwischen den beiden flachen Oberflächen liegt eine aktive Elektrode 5. Die beiden piezoelektrischen Platten sind durch ein Bindematerial 70 miteinander verbunden, welches kompatible physikalische Charakteristika und gute akustische Charakteristika aufweist. Vorzugsweise ist das Bindematerial ein Borosilikat-Glas mit tiefem Schmelzpunkt. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass andere geeignete Materialien wie bestimmte Epoxy-Materialien, thermoplastische Materialien und Polyimid-Materialien bei tiefen Frequenzen und Silane und Siloxan Wafer Bonding Verfahren bei hohen Frequenzen anwendbar sind, und Ähnliches. Basiselektroden (ground electrodes), 20 und 25, sind auf den äusseren Oberflächen der Platten angeordnet. Es wird festgehalten, dass anstelle einer Einzelelektrode 5 ein Interdigitalwandler verwendbar ist, in welchem Fall die Basiselektroden optional sind, und während sich die Erfindung auf solche Ausgestaltungen erstreckt, sind sie nicht gezeigt, da dies für den Fachmann klar ist.

[0028] Fig. 2 repräsentiert eine bevorzugtere Ausgestaltung der Erfindung. Ähnlich zu der in Fig. 1 gezeigten Ausgestaltung bildeten die zwei piezoelektrischen Platten 10 und 15 ein zusammengesetztes Substrat. Ein Eingangswandler 30 und ein Ausgangswandler 40 sind zwischen den zwei piezoelektrischen Platten angeordnet. In der bevorzugtesten Ausgestaltung wird eine Einzelelektrode für jeden Wandler verwendet, wie dies in Fig. 3agezeigt ist. Fig. 3bzeigt eine alternative Ausgestaltung, in der Interdigitalwandler vorgesehen sind. Sofern erwünscht, kann, zusätzlich zu den aktiven Elektroden 30 und 40, die Region 50 zwischen den beiden Wandlern ein Zwischengitter (intermediate grating), wie eine nicht aktive Elektrode, aufweisen, wie dies der Fachmann erkennen wird. Vorzugsweise werden optionale Basiselektroden 20 und 25 auf den äusseren Oberflächen der piezoelektrischen Platten angeordnet.

[0029] Wie dies an den schematischen Wellen-Darstellungen 31 und 32 ersichtlich ist, koppelt der Eingangswandler 30 an beide, die obere und die untere piezoelektrische Platte 10 bzw. 15 in einer symmetrischen, akustisch spiegelähnlichen Art, welche sich zu dem gekoppelten Ausgangswandler 40 ausbreitet, wie dies bei den schematischen Wellen-Darstellungen 41 und 42 gezeigt ist. Vorzugsweise werden der Eingangswandler und der Ausgangswandler genügend nahe beieinander angeordnet, um akustische Kopplung 36, 37 zwischen den Wandlern zu bewirken. Am bevorzugtesten wird die Distanz zwischen den Wandlern derart gewählt, dass ein mehrpoliger Resonator geschaffen wird. Die in Fig. 3a gezeigte Struktur passt zu dem so genannten monolithischen piezoelektrischen Sensor, wie er in US Patent 6,033,852 des heutigen Erfinders offenbart ist. Die in Fig. 3bgezeigte Struktur passt zu einer AWD, die auf Interdigitalwandlern (IDT) basiert, wie Akustische-Platten-Modus (APM)-Vorrichtungen, Biege-Plattenwellen-Vorrichtungen, Love- Wellen-Vorrichtungen, Oberflächenwellen-Vorrichtungen und Ähnliches.

[0030] In der in Fig. 3a gezeigten bevorzugtesten Ausgestaltung werden einfache Platten-Elektroden als Eingangswandler und Ausgangswandler 30 bzw. 40 verwendet. Beide Elektroden sind auf der piezoelektrischen Platte 10 angeordnet. In der in Fig. 3bgezeigten Ausgestaltung umfassen die Wandler 30 und 40 periodische Elektroden, die auf der inneren Oberfläche wenigstens einer der piezoelektrischen Platten angeordnet sind. Fig. 3bzeigt ferner das optionale Zwischengitter 35. In beiden Fig. 3a und 3b verlaufen Versorgungsleitungen 65 von den Wandlern zum Rand der piezoelektrischen Platte, wo sie über den Rand der piezoelektrischen Platte gebogen sind, um Anschlusskontakte 75 zu bilden, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Fig. 4 ist eine Seitenansicht des Randes des Sensors, die zweite piezoelektrischen Platten 10 und 15 zeigt. Die Kontakte 75 sind elektrisch mit den Wandlern verbunden und bilden passende Oberflächen, die den Anschluss an den Sensor erlauben. Nur eine der optionalen Basiselektroden 20 ist gezeigt, zusammen mit dem dazu korrespondierenden Basiskontaktanschluss 80.

[0031] Die bevorzugteste Ausgestaltung des Sensorenelements verwendet eine einfache Metallelektrode für jeden Wandler 30 und 40, mit den Wandlern, die sich auf die einschliessende Basisebene beziehen und Parallelplatten-Resonatoren bilden. Jeder Wandler etabliert eine Parallelplattendicke-Modus-Resonanz, deren Frequenz durch die totale Dicke der piezoelektrischen Platte bestimmt wird, die einem erwünschten Vielfachen einer akustischen Wellenlänge entspricht. Die relative Dicke der piezoelektrischen Platten und daher der Position des aktiven Metallbereichs wird mehr oder weniger korrespondierend zu einer Spitze des elektrischen Potenzials gewählt, welches mit dem erwünschten Vielfachen assoziiert ist. Am bevorzugtesten ist es erwünscht, dass das Vielfache gleich eins ist und dass die entsprechenden piezoelektrischen Platten identische Dicken aufweisen. Die geeignete Wahl des Abstandes zwischen den Wandlern 30 und 40 erlaubt die Energiezufuhr in den Wandler 30, um diesen in den durch den Wandler 40 gebildeten Resonator einzukoppeln, und umgekehrt, wie dies mit punktierten Linien 36 und 37 gezeigt ist. Das resultierende gekoppelte Resonator-Filter, insbesondere wenn es entsprechend der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, offeriert zahlreiche Vorteile im Vergleich zu anderen Sensoren. Diese Vorteile umfassen einfache Beschichtung mit Metall, extreme tiefe akustische Leistungspegel im Bereich des Verbindungsmaterials und eine exzellente Beherrschung der Sensor-Scherrate. Da die Anwendbarkeit dieser Strukturen für Flüssigphase-Messungen bis anhin sowohl durch Druckeffekte als auch durch exzessive Wandlerimpedanzen limitiert wurde, ist die vorliegende Erfindung besonders vorteilhaft, dass sie Druckeffekte kompensiert und die Wandlerimpedanz halbiert.

[0032] Die bevorzugteste Ausgestaltung ruft nach der Montage des Sensorelements auf einem Träger, wie einem Bolzen 85, um eine Sensoreinrichtung zu bilden, die leicht einsetzbar ist. Fig. 5 zeigt eine vereinfachte Ausgestaltung einer solchen Einrichtung. Der Sensor ist mit dem Rand des Bolzens bei oder in der Nähe des mit einem Gewinde versehenen Teils 90 des Bolzens gekoppelt. Elektrische Kontakte sind vorgesehen, die an die Anschlusskontakte 75 und 80 angepasst sind. Ein Dichtungsmittel 95 für hohen Druck wurde angewendet, um das Sensorelement auf dem Bolzen zu stützen und die Kontakte gegenüber der Umgebung zu isolieren. Das Dichtungsmittel kann aus irgendeinem Material und von irgendeiner Dicke sein, welche benötigt werden, um dem Druck und den Umgebungseinflüssen zu widerstehen. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird Keramikmaterial als Dichtungsmaterial verwendet. Brosilikat-Glas, Epoxy-, Silikon-, und Polyimid-Material und Äquivalente sind weitere Beispiele, welche der Fachmann als geeignete Dichtungsmaterialien erkennt.

[0033] Während die elektrischen Kontakte des auf dem Bolzen montierten Sensors zu einer getrennt vom Sensor angeordneten Elektronik geführt werden kann, wird die unterstützende elektronische Schaltungsanordnung 100 in der bevorzugtesten Ausgestaltung in die Sensoren-Vorrichtung eingebettet, und nur konditionierte und normierte Daten werden von der Vorrichtung abgegeben. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung innerhalb des Bolzens angeordnet. Gemäss einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Schaltungsanordnung eine RF-(Hochfrequenz)-Schaltung, mittels derer akustische Wellen angeregt und gemessen werden können, Schaltungen zur Messung der Frequenz, zur Detektion der Leistung und/oder zur Messung der Phase, um die RF-Signale in eine Sensor-Antwort umzuwandeln, einen analog/digital Wandler, und einen Mikroprozessor mit einer für den Anschluss einer externen Steuereinheit geeigneten digitalen Schnittstelle, oder irgendeine Kombination davon sowie andere erwünschte Schaltungen.

[0034] In der bevorzugtesten Ausgestaltung ist das Sensorelement auf einer Halterung 93 montiert, welche einen LTCC (Low Temperature co-fired Ceramic) oder eine ähnliche hybride Schaltung 93 umfasst, in der die elektronische Schaltungsanordnung eingebettet ist und die mit dem Rand des Sensors verbunden ist, an dem die Kontaktanschlüsse vorgesehen sind. Die Halterung ist mit dem Bolzen mittels irgendeines Verfahrens verbunden, wie Gewindemittel, Verbindungsweg und Ähnliches. In einer solchen Ausgestaltung bildet die Hochdruckdichtung 95 vorzugsweise einen Teil der Halterung 93.

[0035] Es ist wünschbar, jedoch nicht zwingend erforderlich, dass das Bindemittel zwischen den piezoelektrischen Platten signifikant dünner ist als die effektive Dicke der piezoelektrischen Platten. Das ideale Verbindungsmaterial weist hinsichtlich der akustischen Charakteristika eine hohe Qualität auf, haftet fest an allen Teilen, so dass Hohlräume vermieden werden, und ist thermisch kompatibel mit dem Plattenmaterial oder ist genügend elastisch, um eine thermische Expansion zu ermöglichen. Da es zwischen den piezoelektrischen Platten angeordnet ist, wird es ebenfalls nur einen minimalen Effekt auf den Energietransfer zwischen den Wandlern und den Platten haben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass die piezoelektrischen Platten in irgendeiner gewünschten Distanz voneinander angeordnet werden können, solange der Raum zwischen den beiden Platten mit Bindemittel oder anderem Material gefüllt ist, welches den Druckeffekten entgegengewirkt. Die Wandler sind bei gleichen Maxima der stehenden Wellen angeordnet. Falls dies gewünscht ist, kann daher eine Zwischenschicht zwischen den piezoelektrischen Platten vorgesehen werden. Es ist klar, dass insofern Ausgestaltungen separate Wandler für jede piezoelektrische Platte benötigt werden.

[0036] Die bevorzugte Methode der Herstellung der Vorrichtung involviert das Schneiden eines Kristalls in parallele Wafer; wenigstens einer Oberfläche jedes Wafers und, noch bevorzugter, beider Oberflächen. Sofern eine oder mehrere nicht-flache Oberflächen gewünscht werden, wird die gewünschte Form eingeätzt oder anderweitig in die Oberfläche eingeformt. Nicht einschränkende Beispiele umfassen strukturierte Oberflächen, die Flüssigkeitskollektoren für Dichtemessungen bilden; zylindrische, elliptische oder kreisförmige Konturierung für die erweiterte Erfassung von Energie der akustischen Wellen sowie geätzte dünne Membranen. In der vorzugsweisen Ausgestaltung von Fig. 6 ist eine geätzte Membrankonstruktion gezeigt, in der Einsenkungen 105 in die Aussenseiten der piezoelektrischen Platten eingeformt sind, um eine erwünscht hohe Betriebsfrequenz und Massenempfindlichkeit zu erzielen, während eine dickere, robuste Supportregion aufrechterhalten bleibt.

[0037] Wenn die Oberflächen der piezoelektrischen Platten die erwünschte Form und Glattheit aufweisen, wird die Seite, welche von allen piezoelektrischen Platten die äussere Sensoroberfläche bildet, vorzugsweise metallisiert. Aktive Elektroden werden auf den einander gegenüberliegenden Seiten wenigstens der Hälfte der Platten angeordnet. Elektrische Anschlüsse werden ebenfalls am Rand der piezoelektrischen Platte angebracht. Jedes Paar der piezoelektrischen Platten wird miteinander verbunden und das Sensorelement wird auf einer Halterung 93 angebracht. Es ist klar, dass andere Verfahren ebenfalls zur Verfügung stehen. Ein solches Verfahren involviert die Anordnung von Elektroden auf den Innenseiten der piezoelektrischen Platten und die Verbindung, was, je nach Wunsch, entweder die Kontaktierung zwischen den beiden Elektrodenanordnungen erlaubt, oder auch nicht.

[0038] Ein primärer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Vermeidung von Plattenbiegespannungen, die bei bekannten Lösungen aus dem Stand der Technik von der Druckdifferenz zwischen den äusseren und inneren Oberflächen der piezoelektrischen Platten herrühren. Es ist jedoch auch wichtig zu beachten, dass diese Druckdifferenz unter bestimmten Umständen vorteilhafter genutzt werden kann. Daher, wie dies beispielsweise in Fig. 7 gezeigt ist, kann eine Kavität 110 mit vorsichtig gewählten Abmessungen an einer separaten Sektion des zwischen den beiden piezoelektrischen Platten vorgesehen sein. Ein Stresssensor, wie ein MEMS, ein Dehnmessstreifen, oder vorzugsweise bei Interdigitalwandler 120 wird innerhalb der Kavität angeordnet und dazu verwendet, um wenige Spannungen zu messen, die direkt vom Druck des gemessenen Mediums abhängig sind. Der Sensor erlaubt daher, zusätzlich zum primär gemessenen Parameter, kombinierte Messungen des Drucks.

[0039] Fig. 8 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung eines Sensors für kombinierte Messgrössen, bei dem eine Messgrösse der Druck ist. Er umfasst im Wesentlichen zwei komplementäre Sensoren, die in unterschiedlichen Bereichen der piezoelektrischen Platten angeordnet sind. Ein erster Sensor 150 wird gemäss einem der oben genannten Beispiele gebildet und für die Messungen irgendeiner erwünschten Messgrösse oder Messgrössen verwendet. Der Sensor 150 ist mit Einsenkungen 105 auf den Aussenseiten der piezoelektrischen Platten versehen, wie dies oben beschrieben ist. Ein komplementärer zweiter Sensor 160 ist mit ähnlichen Einsenkungen 106 geformt, die in die gegenüberliegenden (inneren) Oberflächen der piezoelektrischen Platten eingeätzt sind, so dass eine Kavität 110 geformt wird, wenn die inneren Oberflächen der piezoelektrischen Platten aneinander liegen. Die beiden Sensoren weisen in deren entsprechenden aktiven Bereichen eine ähnliche totale Dicke und Impedanz auf. Für die beiden Sensoren kann irgendein erwünschter Wandlertyp verwendet werden. In der bevorzugten Ausgestaltung wird der Einzelelektrodenwandler für jeden der Eingangswandler 30 und 130 und Ausgangswandler 40 und 140 verwendet. Vorzugsweise weist jede piezoelektrische Platte 10 und 15 ähnliche Wandleranordnungen auf, so dass, wenn zwei Wandler für den ersten Sensoren 150 verwendet werden, auch zwei Wandler 130 und 140 auf jeder der piezoelektrischen Platten im zweiten Sensor 160 entsprechend verwendet werden. Da der erste und der zweite Sensor 150 und 160 ähnliche Impedanz, Masse, Frequenz und Empfindlichkeit aufweisen, sind sie in Abwesenheit von Druck gut aneinander angepasst. Da der erste Sensor ausgestaltet ist, eine sehr tiefe Druckempfindlichkeit aufzuweisen, und der zweite Sensor ausgestaltet ist, eine druckempfindliche Kavität 110 zu verwenden, bildet die Kombination des ersten und zweiten Sensors ein differenzielles Paar, welches mit nur einer piezoelektrischen Struktur erlaubt, die Druckeffekte präzise zu messen. Weiterhin kann der gemessene Druck zur Korrektur von irgendwelchen verbliebenen Druckeffekten im druckunempfindlichen ersten Sensor verwendet werden, welches eine noch präzisere Messung der Messgrösse(n) des ersten Sensorteils erlaubt.

[0040] Ferner können eine oder mehrere Abdeckschichten, gesamthaft als Abdeckung bezeichnet, optional auf den äusseren Oberflächen des Sensors oder Teilen davon vorgesehen werden. Solche Abdeckungen 55 und 60 können gewünschte Charakteristika verleihen, wie die Vermeidung der Anhaftung der gemessenen Substanz, Widerstand gegen Abnutzung, Verleihung von chemischer Resistenz und Ähnlichem. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird eine solche Abdeckung durch Deponierung von Diamant-ähnlichem Kohlenstoff, Bor Nitrid, Silizium-Aluminium Oxynitrid oder ähnlichem Material auf der Sonde. In der bevorzugtesten Ausgestaltung wird eine fluorinierte Diamant-ähnliche Kohlenstoffschicht über einer wärmebeständigen Metallbasisschicht deponiert.

[0041] Optional, durch die Deponie eines Substanz-empfindlichen Films, vorzugsweise als äusserste Schicht der Abdeckung 55, 60, ob direkt oder indirekt, kann die Sonde dazu adaptiert werden, spezifische Substanzen zu detektieren. Der Substanz-empfindliche Film kann ein Polymerfilm, ein biochemischer Film, ein Metalloxidfilm oder ein metallischer Film oder anderes Material sein, welches chemisch derart strukturiert ist, dass spezifische Moleküle oder Molekülgruppen erfasst werden können. Wenn solche Moleküle erfasst werden, verursacht der Wechsel in den physikalischen Eigenschaften des Films (z.B. die Masse, die Steifigkeit, die Viskosität oder Leitfähigkeit) eine Änderung in der Signalausbreitungscharakteristik, welche gemessen werden kann, um die Präsenz solcher Moleküle zu detektieren. Solche Strukturen machen den Sensor leicht verwendbar für die Detektion sogar kleiner Mengen biochemischer Substanzen, indem Enzyme, Antikörper, Antigene, Nukleinsäuren als Abdeckung verwendet werden. Die Anwendung von elektrochemischen Verfahren auf einem metallischen Film wird ebenfalls in Erwägung gezogen, um gelöste Metalle aufzuspüren. Solch ein Sensor weist einen äusseren Leiter auf, der mit irgendeinem Potenzial verbunden werden kann, und als Arbeitselektrode einer elektrochemischen Zelle verwendet wird. Der Fachmann wird zahlreiche weitere chemisch selektive Abdeckungen erkennen, die anwendbar sein können, und chemisch selektive Sensoren, die aus solchen Kombinationen resultieren können.

[0042] Die Auswahl piezoelektrischer Materialien, Ausrichtungen, Vorrichtungsgeometrien, und korrespondierende Wandler, um verschiedene physikalische Parameter, wie Energielevel, die am besten an die erwünschte Messgrösse angepasst sind, und optimale Sensorcharakteristika, und Ähnliches, zu erlangen, liegt im Lichte der Lehre der verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung innerhalb der Fähigkeiten des Fachmanns und ist eine Sache der technischen Auswahl. Ähnlich ist die Auswahl der geeigneten Supportschaltung und Instrumentierung eine Sache der technischen Auswahl, um die gewünschten Endresultate zu erzielen, und wird entsprechend den verschiedenen Ausgestaltungen wesentlich variieren, ist aber klar für den Fachmann.

[0043] Fig. 9 zeigt ein vereinfachtes Diagramm der bevorzugten elektronischen Schaltungen, die mit dem Sensorelement gekoppelt ist. In der bevorzugten Ausgestaltung wird eine Struktur mit zwei Wandlern eingesetzt, was separierte Eingangsignale und Ausgangssignale ergibt. Eine Signalquelle 900 ist mit dem Wandler 30 verbunden und ein Signaldetektor 910 überwacht den Ausgangswandler 40. Datenwandler 920 und 930 konvertieren die Signale des Eingangswandlers und des Ausgangswandlers entsprechend, um Signale zu erzeugen, die von der CPU 940 interpretiert werden können. Die Signale werden von der CPU verglichen und das Verhältnis wird als Messgrösse des Sensors interpretiert. Die CDU überträgt das Messeresultat via einen digitalen Bus 950.

[0044] Im Falle einer AWD mit einem einzigen Wandler ist das Ausgangssignal der reflektierte Teil des Eingangssignals. Diese können anhand eines Impedanzanalysators verglichen werden, mittels eines Richtkopplers separiert werden, oder indirekt überwacht werden, indem die AWD zur Steuerung eines Impedanz-basierten Oszillators verwendet wird, der eine Colpitts-, Pierce- oder eine ähnliche Konfiguration aufweist. Diese Messverfahren werden dem Fachmann klar sein. Die bevorzugteste Ausgestaltung der Sensorschaltung verwendet ein Sensorelement als serielles Rückkopplungselement in einem Schleifenoszillator, wie dies in Fig. 10gezeigt ist. Der Oszillator umfasst den Sensor als einen natürlichen Kristall und einen Verstärker 970, der zwischen den Eingangs- und Ausgangswandlern gekoppelt ist. Der Oszillator dient der Messung des Ausgangssignals, der Anwendung eines Eingangssignals als ein verstärktes Replikat des Ausgangssignals und um die vorgewählten Verhältnisse der Phasen und Amplituden zwischen den Signalen zu evaluieren. Solch ein Oszillator erzeugt spontan ein Signal mit der Frequenz, für die die Rückkopplungsschleife ein Mehrfaches einer Phasenverschiebung von 360° aufweist. Die Amplitude des Signals ist derart gewählt, dass der Einkopplungsverlust des Sensors und die gesättigte Verstärkung des Verstärkers in Balance sind. Die Messgrösse wird durch Überwachung des Einkopplungsverlusts des Sensors und/oder der Frequenz des Signals beim spontanen Oszillationspunkt bestimmt.

Claims (17)

1. Eine zusammengesetzte Schallwellen-Vorrichtung, AWD genannt, umfassend: eine erste und eine zweite piezoelektrische Platte (10, 15), von denen jede eine innere und eine äussere Oberfläche aufweist, wobei die inneren Oberflächen der Platten (10, 15) einander gegenüberliegend angeordnet sind; wenigstens eine erste Elektrode (5; 30), die zwischen den entsprechenden inneren Oberflächen der ersten und zweiten piezoelektrischen Platten (10, 15) angeordnet ist; und wenigstens eine Rückkehr-Elektrode (20; 25), dadurch gekennzeichnet, dass die zusammengesetzte AWD einen Resonator, vorzugsweise einen Dickenscherwellen-Resonator, bildet, der derart ausgestaltet ist, dass Energie von der ersten Elektrode (5; 30) im Wesentlichen symmetrisch, vorzugsweise in einer spiegelbildlichen Art zu den Platten (10, 15) koppelbar ist.

2. Eine zusammengesetzte AWD gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkehr-Elektrode (20; 25) auf wenigstens einer der äusseren Oberflächen der Platten (10, 15) angeordnet ist.

3. Eine zusammengesetzte AWD gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine zweite Elektrode (40) zwischen den ersten und zweiten Platten (10, 15) angeordnet ist.

4. Eine zusammengesetzte AWD nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (40) die Rückkehrelektrode ist.

5. Eine zusammengesetzte AWD gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkehr-Elektrode (20; 25) auf wenigstens einer ersten der äusseren Oberflächen der Platten (10, 15) angeordnet ist und die erste Elektrode (30) und die zweite Elektrode (40), mit der Rückkehr-Elektrode (20) je einen ersten und zweiten Parallelplattenwandler bilden, und wobei die ersten und zweiten Elektroden (30, 40) genügend nahe beieinander angeordnet sind, damit akustische Energie zwischen dem ersten und dem zweiten Parallelplattenwandler transferierbar ist.

6. Eine zusammengesetzte AWD nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Rückkehrelektrode (25) auf der gegenüberliegenden zweiten der äusseren Oberflächen der Platten (10, 15) angeordnet ist.

7. Eine zusammengesetzte AWD gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass weiter eine Beschichtung (55; 60) auf wenigstens einem Teil einer der äusseren Oberflächen vorgesehen ist

8. Eine zusammengesetzte AWD gemäss Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (55; 60) hinsichtlich einer Messgrösse empfindlich ist.

9. Eine zusammengesetzte AWD gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten piezoelektrischen Platten (10, 15) ähnliche kristalline Orientierungen aufweisen.

10. Sensor umfassend: eine zusammengesetzte AWD, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 9 beansprucht ist; eine Schaltungsanordnung (900, 910), die es erlaubt, elektrische Energie zumindest zwischen der ersten Elektrode und der Rückkehr-Elektrode zu koppeln.

11. Sensor gemäss Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Messschaltung (100; 920, 930, 940) vorgesehen ist, die es erlaubt, wenigstens einen Parameter der elektrischen Energie zu messen.

12. Sensor gemäss Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass weiter ein Montagebolzen (85) vorgesehen ist.

13. Sensor gemäss Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (900, 910) und/oder die Messschaltung (100; 920, 930, 940) oder ein Teil davon im Montagebolzen (85) eingebettet ist, oder dass die gesamte zusammengesetzte AWD im Montagebolzen (85) eingebettet ist.

14. Verfahren zur Messung wenigstens eines physikalischen oder chemischen Parameters einer Substanz, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: eine zusammengesetzte AWD gemäss einem der Ansprüche 1–9 oder ein Sensor gemäss einem der Ansprüche 10 bis 13 wird in Kontakt mit der Substanz gebracht; ein elektrisches Signal wird in die erste Elektrode (5, 30) eingekoppelt; das von der zusammengesetzten AWD extrahierte elektrische Signal wird gemessen; wobei die Differenz zwischen dem extrahierten Signal und dem eingekoppelten Signal einen von einer physikalischen oder chemischen Messgrösse beeinflussten Messparameter repräsentiert.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrenschritt des Messens das Messen eines Parameters umfasst, der das Verhältnis zwischen dem extrahierten Signal und dem eingekoppelten Signal betrifft, welcher Parameter aus einer Gruppe selektiert wird, welche die Frequenz, den Einkopplungsverlust, die Phase, die Verzögerungszeit oder eine Kombination davon umfasst.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der physikalische oder chemische Parameter aus einer Gruppe selektiert wird, welche die Viskosität, die Dichte, die Temperatur, den Druck, die chemische Konzentration oder eine Kombination davon umfasst.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass AWD-aktive Elektroden (5; 20; 25; 30; 40) einen operativen Sensor bilden und einen Drucksensor umfassen, der eine Einsenkung in wenigstens einer der inneren Oberflächen aufweist, die eine Kavität (110) bildet, in der ein Sensorelement (120) vorgesehen ist, mittels dessen der in der Region der Einsenkung auf die Platten (10, 15) einwirkende Druck erfasst wird.