CN107145931A - 一种声表面波传感器芯片结构及传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种声表面波传感器芯片结构，该结构包括，压电基片(21)和叉指换能器(20)；其中，叉指换能器(20)包括汇流条(22)和电极部分(23)，电极部分(23)设置为尖角结构；压电基片(21)用于积聚电能；叉指换能器(20)用于将电能转化为机械能，在传播路径上调制声波信号，通过逆压电效应，将机械能转化为电能，为声表面波传感器提供能量。本发明能够使SAW传感器的读写范围大大提升，实现更远距离的接收，满足传感器市场对于读写范围的需求。
Description
技术领域
本发明涉及信号与信息处理领域，尤其涉及一种声表面波传感器装置。
背景技术
声表面波(SAW，Surface Acoustic Wave)传感器，由于其性能好、体积小、成本低等特点，广泛应用于如压力、温度、应变等诸多物理量的监测。
一般无线无源SAW传感器，是由传感器芯片和读写器组成。传感器芯片通过天线接收读写器发射的射频信号，基于压电效应，传感器芯片的叉指换能器将电能转化为机械能，在传播路径上调制声波信号，通过逆压电效应，机械能转化为电能，为传感器提供能量。但是，由于SAW传感器的能量来自于读写器，而射频信号在大气中衰减严重，接收到的信号很弱，通过压电效应产生的能量很弱，因而严重制约着SAW传感器的读写距离。目前SAW无线传感器可实现的最远距离是6米，并不能完全满足传感器市场的需求。
发明内容
本发明的目的在于，解决现有技术中声表面波传感器存在的上述不足之处。
为实现上述目的，本发明提供了一种声表面波传感器芯片结构，该结构包括，压电基片和叉指换能器；其中，叉指换能器包括汇流条和电极部分，电极部分设置为尖角结构；压电基片用于积聚电能；叉指换能器用于将电能转化为机械能，在传播路径上调制声波信号，通过逆压电效应，将机械能转化为电能，为声表面波传感器提供能量。
优选地，声表面波传感器芯片结构所采用的压电基片是铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂晶体(LiTaO3)、氧化锌(ZnO)、或锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)材料，上述材料均是热释电系数大的材料，能够最大限度的进行电荷积累。
优选地，叉指换能器电极部分采用铜、钨、金、铂及其合金材料制作而成。
优选地，汇流条面积根据以下步骤计算获得：
步骤一：根据功率需求确定电流值大小，P＝I2R，式中，R为器件电阻值大小，I为电流大小，P为器件的功率；
步骤二：根据所求电流值大小，依据可求得当前汇流条的表面积。式中，A为汇流条的表面积，p是所用材料的热释电系数，T为当前温度，为温度变化率。
另一方面，本发明提供了一种传感器，该传感器包括读写器和上述传感器芯片。
本发明的有益效果是：本发明利用压电基片具有热释电效应，在压电基片上尽可能多的积聚电能，并在叉指电极处利用尖端放电将电荷高效地释放，为传感器芯片自身提供射频能量，以提高传感器的读写范围，实现更远距离的接收信号。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种声表面波传感器芯片结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明实施例提供的一种声表面波传感器芯片结构示意图。如图1所示，该声表面波传感器芯片结构包括，压电基片21和叉指换能器20；其中，叉指换能器20包括汇流条22和电极部分23，所述电极部分23设置为尖角结构；
压电基片21用于积聚电能；叉指换能器20用于将电能转化为机械能，在传播路径上调制声波信号，通过逆压电效应，将机械能转化为电能，为声表面波传感器提供能量。
具体地，声表面波传感器芯片结构采用的压电基片21是LiNbO3或LiTaO3、ZnO、PZT材料，这些材料均是热释电系数大的材料，能够最大限度的进行电荷积累。
传统SAW传感器的制作过程包括退火还原处理操作，该退火还原处理操作是是为了减少电荷积累对器件的损坏，降低基片热释电系数。而本发明实施例提供的声表面波传感器芯片结构采用的压电基片可以利用电荷积累产生能量，固不做退火还原处理。
具体地，声表面波传感器芯片采用的叉指换能器电极的汇流条22表面积可通过一定方法根据具体功率需求决定，以增大产生热释电效应的区域。具体计算方法如下：
步骤一：根据功率需求确定电流值大小，P＝I2R，式中，R为器件电阻值大小，I为电流大小，P为器件的功率；
步骤二：根据所求电流值大小，依据可求得当前汇流条的表面积。式中，A为汇流条的表面积，p是所用材料的热释电系数，T为当前温度，为温度变化率。
具体地，声表面波传感器采用的叉指换能器电极23采用铜、钨、金、铂及其合金材料制作而成，能够防止过大电荷击穿器件。
具体地，声表面波传感器采用的叉指换能器电极23采用具有相对的尖角结构，该尖角结构是利用局部放电原理，使得到的电荷更高效地释放。
本发明实施例通过对声表面波(SAW)传感器的压电基片进行改进，可以增加压电效应产生的热量，从而提供更多的电能；通过改变叉指换能器电极的结构，可以实现尖端充分放电,提高SAW传感器的读写范围。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种声表面波传感器芯片结构，其特征在于：包括，压电基片(21)和叉指换能器(20)；其中，所述叉指换能器(20)包括汇流条(22)和电极部分(23)，所述电极部分(23)设置为尖角结构；
所述压电基片(21)用于积聚电能；
所述叉指换能器(20)用于将电能转化为机械能，在传播路径上调制声波信号，通过逆压电效应，将机械能转化为电能，为声表面波传感器提供能量。
2.根据权利要求1所述的传感器芯片结构，其特征在于，所述叉指换能器电极部分(23)采用铜、钨、金、铂或其合金材料制作而成。
3.根据权利要求1或2所述的传感器芯片结构，其特征在于，所述压电基片(21)的材料包括LiNbO3、LiTaO3、ZnO或PZT。
4.根据权利要求1所述的传感器芯片结构，其特征在于，所述汇流条(22)面积根据以下步骤计算获得：
步骤一：根据功率需求确定电流值大小，P＝I2R，式中，R为器件电阻值大小，I为电流大小，P为器件的功率；
步骤二：根据所求电流值大小，依据可求得当前汇流条的表面积。式中，A为汇流条的表面积，p是所用材料的热释电系数，T为当前温度，为温度变化率。
5.一种传感器，包括读写器和如权利要求1所述的传感器芯片。
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