CN109194302A - 一种声表面波三换能器双端对谐振器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种声表面波三换能器双端对谐振器，所述声表面波三换能器双端对谐振器包括：压电基片、第一金属反射栅阵、第二金属反射栅阵、第一叉指换能器、第二叉指换能器和第三叉指换能器；第三叉指换能器设置在压电基片上，在第三叉指换能器的两侧分别设置第一叉指换能器和第二叉指换能器；在第一叉指换能器的另一侧设置有第一金属反射栅阵，在第二叉指换能器的另一侧设置有第二金属反射栅阵；还包括：第四叉指换能器和敏感膜，第四叉指换能器设置在第二叉指换能器和第三叉指换能器之间，第四叉指换能器与第三叉指换能器的上下回流条相连接；敏感膜设置在第三叉指换能器和第四叉指换能器的中间位置。
Description
技术领域
本发明涉及声表面波器件领域，尤其涉及一种声表面波三换能器双端对谐振器。
背景技术
声表面波传感器是近年来发展起来的一种新型微声传感器，是一种用声表面波器件作为传感元件，将被测量的信息通过声表面波器件中声表面波的速度或频率的变化反映出来，并转换成电信号输出的传感器。声表面波传感器能够精确测量物理、化学等信息(如温度、应力、气体密度)。由于体积小，声表面波器件被誉为开创了无线、小型传感器的新纪元；同时，其与集成电路兼容性强，在模拟数字通信及传感领域获得了广泛的应用。声表面波传感器能将信号集中于基片表面、工作频率高，具有极高的信息敏感精度，能迅速地将检测到的信息转换为电信号输出，具有实时信息检测的特性；另外，声表面波传感器还具有微型化、集成化、无源、低成本、低功耗、直接频率信号输出等优点。国内目前已经形成了包括声表面波压力传感器、声表面波温度传感器、声表面波生物基因传感器、声表面波化学气相传感器以及智能传感器等多种类型。
声表面波传感器有两种基本构型，分别为延迟线型和谐振型。其中，延迟线型和谐振型声表面波传感器在结构上均由压电基片、第一叉指换能器和发射栅共同构成。Mauder与Rapp等分别对应用于传感器的这两种结构的振荡器进行了对比：对于SAW延迟线而言，来自振荡环路相位影响很小，覆盖膜材料所引起声波衰减也相对较小，延迟线容易提供单独的成膜区域。但是声表面波延迟线的缺点是插入损耗相对较大。SAW谐振器具有高品质因子和低损耗的特点，由它作为频控元件组成的振荡器容易起振且能获得良好的频率稳定度。但是谐振器很难提供单独的敏感膜成膜区域，限制了需要活性金膜的自组装敏感膜成膜方式的应用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种声表面波三换能器双端对谐振器。
本发明提供了一种声表面波三换能器双端对谐振器，包括：包括：压电基片、第一金属反射栅阵、第二金属反射栅阵、第一叉指换能器、第二叉指换能器和第三叉指换能器；所述第三叉指换能器设置在所述压电基片上，在所述第三叉指换能器的两侧分别设置所述第一叉指换能器和所述第二叉指换能器；在所述第一叉指换能器的另一侧设置有所述第一金属反射栅阵，在所述第二叉指换能器的另一侧设置有所述第二金属反射栅阵；还包括：第四叉指换能器和敏感膜，
所述第四叉指换能器设置在所述第二叉指换能器和所述第三叉指换能器之间，所述第四叉指换能器与所述第三叉指换能器的上下回流条相连接；所述敏感膜设置在所述第三叉指换能器和所述第四叉指换能器的中间位置。
优选地，所述第三叉指换能器和所述第四叉指换能器结构相同，且反对称放置。
优选地，所述第四叉指换能器设置在所述第一叉指换能器和所述第三叉指换能器之间。
优选地，所述敏感膜沉积在所述第三叉指换能器、所述第四叉指换能器、以及所述第三叉指换能器和所述第四叉指换能器的上下回流条相连接接构成的区域内，且不接触所述第三叉指换能器和所述第四叉指换能器。
优选地，所述敏感膜为导电性敏感膜或高粘滞性敏感膜。
本发明的三换能器双端对谐振器，通过增加一个叉指换能器，保证了谐振器高品质因子和低损耗的优点，有助于提升传感器检测灵敏度、一致性与稳定性。同时在两个叉指换能器之间内置敏感膜，克服了敏感膜成膜区域问题，很容易应用到传感器领域。另外在沉积敏感膜时避免敏感膜接触到叉指指条的电极，以保证换能器性能和品质因数不受影响。
附图说明
图1为现有技术中一种声表面波三换能器双端对谐振器示意图；
图2为现有技术中声表面波三换能器双端对谐振器在谐振频率时声表面波振幅大小分布图；
图3为本发明实施例提供的一种声表面波三换能器双端对谐振器示意图；
图4为本发明实施例提供的声表面波三换能器双端对谐振器在谐振频率时声表面波振幅大小分布图。
具体实施方式
为使本发明实施例的技术方案以及优点表达的更清楚，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为现有技术中一种声表面波三换能器双端对谐振器，包括：压电基片11、第一金属反射栅阵12、第二金属反射栅阵13、第一叉指换能器14、第二叉指换能器15和第三叉指换能器16。在该声表面波三换能器双端对谐振器中，将第三叉指换能器16设置在压电基片11上，第一叉指换能器14和第二叉指换能器15分别对称的设置在第三叉指换能器16的两端，第一金属反射栅阵12和第二金属反射栅阵13分别对称的设置在第一叉指换能器14和第二叉指换能器15的两端，其中第一叉指换能器14和第二叉指换能器15的结构完全相同，第一金属反射栅阵12和第二金属反射栅阵13的结构也完全相同。
当声表面波三换能器双端对谐振器的第一叉指换能器14和第二叉指换能器15作为输入端，第三叉指换能器16作为输出端，进行工作时，根据声学理论可知，声表面波三换能器双端对谐振器的压电基片11表面声表面波的振幅表达式为：
其中，a±(x,y)表示周期介质中右向、左向传播的声表面波，A±(x,y)表示周期介质中右向、左向传播的声表面波的振幅，k为延x方向传播的声表面波的波数，k0为未受扰动的声表面波波数。
根据耦合模方程可以得到：
δ＝k-jγα+κ11-k0
其中，κ11和κ12为耦合模参量，α为激发系数，γα为衰减常数，V为电极之间施加的电压。
通过计算分别得到右向和左向传播的声表面波，叠加后可得到压电基片11表面声表面波的振幅分布：
在一个实施例中，如图2示意了现有技术中声表面波三换能器双端对谐振器在谐振频率时声表面波振幅大小分布图，其声波能量主要集中在双端对谐振器的中间区域，且声表面振幅大小在2.9左右。这种结构的单端对谐振器虽然具有低损耗、高品质因数的优点，但是其灵敏度比较低，且由于缺少镀膜区域，很难应用到传感器领域。
为了克服这个问题，如图3所示的一种声表面波三换能器双端对谐振器，在现有的声表面波三换能器双端对谐振器中增加了一个第四叉指换能器17和敏感膜18。其中第四叉指换能器17设置在第一叉指换能器14和第二叉指换能器15之间，可在第三叉指换能器16的左边，也可在第三叉指换能器16的右边(图3示意的是在第三叉指换能器16的右边)，敏感膜18设置在第三叉指换能器16和第四叉指换能器17中间位置。
可选地，敏感膜18采用的沉积方法可以是常规的涂附、喷涂等方式实现敏感膜18的沉积。
可选地，敏感膜18适用于多种敏感膜，在导电性敏感膜和高粘滞性敏感膜上有一定的优势。通过优选导电性敏感膜和高粘滞性敏感膜，避免其它此类敏感膜的沉积导致器件无法使用或品质因数损失较大的现象。
可选地，第三叉指换能器16和第四叉指换能器17结构相同，反对称放置，相当于叉指指条161的数目增加了一倍，使得声表面波三换能器双端对谐振器在谐振频率时，激发的声表面波数目增加，叠加后的振幅也会增大。
其中，第三叉指换能器16和第四叉指换能器17结构相同，反对称放置，是为了使左右向传播的声表面波叠加后振幅的最大值出现中间位置。
可选地，第三叉指换能器16和第四叉指换能器17的回流条162要相连接，这样以保证两个叉指换能器中间规划出一个用于沉积敏感膜18的区域。
可选地，沉积后敏感膜18不接触第三叉指换能器16和第四叉指换能器17，以避免敏感膜18接触叉指指条161的电极后换能器性能损坏，同时也避免敏感膜18接触叉指指条161的电极引起的换能器品质因数的下降。
由于声表面波三换能器双端对谐振器采用的对称结构，左右向传播的声表面波叠加后振幅的最大值出现中间位置，所以将敏感膜18选在中间区域可使得声表面波三换能器双端对谐振器的灵敏度最大。
在一个实施例中，如图4示意了本发明实施例中声表面波三换能器双端对谐振器在谐振频率时声表面波振幅大小分布图，声表面振幅在中间敏感膜18位置大小在11左右。通过对比图2中现有技术中声表面波三换能器双端对谐振器的声表面波振幅，本发明改进后的声表面波三换能器双端对谐振器的振幅远大于现有技术中声表面波三换能器双端对谐振器的振幅，这样可以大幅度提升传感器检测灵敏度、一致性与稳定性，且提供的镀膜区域，通过沉积敏感膜，使得本发明的声表面波三换能器双端对谐振器很容易应用到传感器领域。
其中，相比较声表面波单端对谐振器用于无线无源类型的传感器，本申请改进后的声表面波三换能器双端对谐振器多用于振荡器型的传感器。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述的具体实施方式，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，以上所述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)
1.一种声表面波三换能器双端对谐振器，包括：压电基片(11)、第一金属反射栅阵(12)、第二金属反射栅阵(13)、第一叉指换能器(14)、第二叉指换能器(15)和第三叉指换能器(16)；所述第三叉指换能器(16)设置在所述压电基片(11)上，在所述第三叉指换能器(16)的两侧分别设置所述第一叉指换能器(14)和所述第二叉指换能器(15)；在所述第一叉指换能器(14)的另一侧设置有所述第一金属反射栅阵(12)，在所述第二叉指换能器(15)的另一侧设置有所述第二金属反射栅阵(13)；其特征在于，还包括：第四叉指换能器(17)和敏感膜(18)，
所述第四叉指换能器(17)设置在所述第二叉指换能器(15)和所述第三叉指换能器(16)之间，所述第四叉指换能器(17)与所述第三叉指换能器(16)的上下回流条(162)相连接；所述敏感膜(18)设置在所述第三叉指换能器(16)和所述第四叉指换能器(17)的中间位置。
2.根据权利要求1所述的声表面波三换能器双端对谐振器，其特征在于，所述第三叉指换能器(16)和所述第四叉指换能器(17)结构相同，且反对称放置。
3.根据权利要求1所述的声表面波三换能器双端对谐振器，其特征在于，所述第四叉指换能器(17)设置在所述第一叉指换能器(14)和所述第三叉指换能器(16)之间。
4.根据权利要求1所述的声表面波三换能器双端对谐振器，其特征在于，所述敏感膜(18)沉积在所述第三叉指换能器(16)、所述第四叉指换能器(17)、以及所述第三叉指换能器(16)和所述第四叉指换能器(17)的上下回流条(162)相连接接构成的区域内，且不接触所述第三叉指换能器(16)和所述第四叉指换能器(17)。
5.根据权利要求1所述的声表面波三换能器双端对谐振器，其特征在于，所述敏感膜(18)为导电性敏感膜或高粘滞性敏感膜。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20220318 |