CN110081918B - 多参数声表面波传感装置及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多参数声表面波传感装置及其制备方法，其中，多参数声表面波传感装置包括：耐高温压电晶体基片和相互远离的第一谐振器、第二谐振器及第三谐振器，耐高温压电晶体基片上形成有悬臂梁和密闭的空腔，耐高温压电晶体基片具有平整的第一表面和相对的第二表面，第一谐振器形成在悬臂梁对应的第一表面上，用于传感振动参数；第二谐振器形成在空腔对应的第一表面上，用于传感压力参数；第三谐振器形成在第一表面上，用于传感温度参数；第二表面上形成有应答天线，应答天线电连接第一谐振器、第二谐振器及第三谐振器。该多参数声表面波传感装置可用于发动机燃烧器、航空航天器表面、发动机、飞行器翅膀等多种位置的参数检测。
Description
技术领域
本发明涉及测量传感技术领域，尤其涉及一种多参数声表面波传感装置及其制备方法。
背景技术
燃烧室是航空发动机的核心部件，是用来将燃油中的化学能通过燃烧转变为热能，并将压气机增压后的高压空腔加热到涡轮前允许的温度，其性能直接影响整个发动机的性能。
燃烧室内热-声-结构耦合效应导致的压力脉动会造成燃油燃烧不稳定，而燃烧室的组件主要是薄壁件，燃烧不稳定会造成这些薄壁件振动和疲劳，使得燃烧室使用寿命缩短，进而使发动机的寿命缩短。
通过获取燃烧室内的温度、压力、振动等多个参数，可以及时了解燃烧室工作情况，以便于及时采取措施防止燃烧室薄壁件受损。传统的方法只能采用温度传感器、压力传感器和振动传感器分别获取各个参数，且结构上需要提供较多的接口，引线复杂，不适合在燃烧室这种高温高压高旋的恶劣工作环境中使用。
发明内容
本发明提供一种多参数声表面波传感装置及其制备方法，用以克服上述现有技术中存在的技术问题，以实现在燃烧室的恶劣工作环境中同时获取温度、压力、振动等多个参数。
本发明提供的一种多参数声表面波传感装置的制备方法，包括：步骤一：将第一耐高温压电晶体基片一侧的边缘部分切除，并在剩余部分上刻蚀出一个凹槽及第一通孔；步骤二：在与所述第一耐高温压电晶体基片直径相同的第二耐高温压电晶体基片上对应所述第一通孔的位置刻蚀出第二通孔；步骤三：将所述第二耐高温压电晶体基片边缘对齐地键合到所述第一耐高温压电晶体基片，以密封所述凹槽形成空腔，使所述第一通孔和所述第二通孔连通，所述第二耐高温压电晶体基片超出所述第一耐高温压电晶体基片的部分形成悬臂梁；步骤四：在所述第一耐高温压电晶体基片的远离所述第二耐高温压电晶体基片的第二表面形成应答天线；步骤五：在所述第一通孔和所述第二通孔中填充导电材料，所述导电材料电连接所述应答天线；步骤六：在所述第二耐高温压电晶体基片的远离所述第一耐高温压电晶体基片的第一表面相互远离地形成第一谐振器、第二谐振器和第三谐振器，并形成与所述导电材料电连接的第一电极线和第二电极线，所述第一谐振器形成在所述悬臂梁上，所述第二谐振器形成在所述空腔上，所述第一电极线电连接所述第一谐振器、所述第二谐振器和所述第三谐振器的第一电极组，所述第二电极线电连接所述第一谐振器、所述第二谐振器和所述第三谐振器的第二电极组。
进一步地，所述步骤六具体包括：在所述第一表面涂敷正性光刻胶；通过光刻掩膜工艺形成谐振器掩膜结构；在形成有所述谐振器掩膜结构的所述第一表面通过磁控溅射形成金属层；剥离掉剩余的所述正性光刻胶；在氮气氛围中进行高温退火，以形成所述第一谐振器、所述第二谐振器和所述第三谐振器。
可选地，上述的方法还包括：在所述第一表面溅射防护层薄膜；在所述第一谐振器与所述第二谐振器之间、在所述第二谐振器与所述第三谐振器之间以及在所述第三谐振器与所述第一谐振器之间涂覆吸波材料。
本发明提供的一种由上述方法制备的多参数声表面波传感装置，包括：耐高温压电晶体基片和相互远离的第一谐振器、第二谐振器及第三谐振器；所述耐高温压电晶体基片一侧的边缘部分形成有具有第一厚度的悬臂梁，所述耐高温压电晶体基片的除去所述悬臂梁的其余部分具有第二厚度，所述第一厚度小于所述第二厚度；所述其余部分中形成有空腔；所述耐高温压电晶体基片具有平整的第一表面，所述第一谐振器形成在所述悬臂梁对应的所述第一表面上，用于传感振动参数；所述第二谐振器形成在所述空腔对应的所述第一表面上，用于传感压力参数；所述第三谐振器形成在所述第一表面上，用于传感温度参数；所述耐高温压电晶体基片具有与所述第一表面相对的第二表面，所述其余部分的第二表面上形成有应答天线，所述应答天线电连接所述第一谐振器、所述第二谐振器及所述第三谐振器；所述第一谐振器、所述第二谐振器和所述第三谐振器均包括叉指换能器、位于所述叉指换能器一侧的第一反射栅和位于所述叉指换能器另一侧的第二反射栅；所述叉指换能器的第一电极组与所述应答天线的馈线端电连接，所述叉指换能器的第二电极组与所述应答天线的接地端电连接。
进一步地，所述耐高温压电晶体基片具有温度相对敏感传播方向、压力相对敏感传播方向和振动相对敏感传播方向，所述第一谐振器沿所述振动相对敏感传播方向设置，以使所述第一谐振器受激产生的声表面波沿所述振动相对敏感传播方向传播；所述第二谐振器沿所述压力相对敏感传播方向设置，以使所述第二谐振器受激产生的声表面波沿所述压力相对敏感传播方向传播；所述第三谐振器沿所述温度相对敏感传播方向设置，以使所述第三谐振器受激产生的声表面波沿所述温度相对敏感传播方向传播。
进一步地，上述的装置还包括贯穿所述第一表面和所述第二表面的电极通孔，所述电极通孔中填充有导电材料，用于使所述应答天线电连接所述第一谐振器、所述第二谐振器及所述第三谐振器。
进一步地，所述电极通孔包括馈线通孔和接地通孔，所述应答天线的馈线端通过所述馈线通孔电连接所述第一谐振器、所述第二谐振器及所述第三谐振器的第一电极组，所述应答天线的接地端通过所述接地通孔电连接所述第一谐振器、所述第二谐振器及所述第三谐振器的第二电极组。
优选地，所述接地通孔包括第一接地通孔和第二接地通孔，对称设置在所述馈线通孔两侧。
进一步地，所述耐高温压电晶体基片采用硅酸镓镧制成。
本发明提供的多参数声表面波传感装置及其制备方法中，由于在同一个耐高温压电晶体基片上形成了三个谐振器，并利用压电晶体基片能够产生和传播声表面波的特性，形成了三个传感器，第一谐振器形成在悬臂梁上可对振动参数良好感知、第二谐振器形成在空腔上可以对压力良好感知，第三谐振器可以对温度良好感知，从而实现了一个传感装置同时获取振动、压力和温度三个参数的功能，且可通过应答天线实现电信号的无线传输，不需要额外的接口和引线，结构简单，在恶劣的工作环境中具有较好的稳定性。另外，由于各谐振器相互远离，从而降低了电信号之间的干扰，采用的耐高温材料的压电晶体基片可以避免传感装置在高温环境中损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种多参数声表面波传感装置的立体分解示意图；
图2为图1所示的多参数声表面波传感装置的局部剖视图；
图3为图1所示的多参数声表面波传感装置的第一表面的结构示意图；
图4为图1所示的多参数声表面波传感装置的第二表面的结构示意图；
图5为图1所示的多参数声表面波传感装置仿真工作时产生的谐振频率的波形图；
图6本发明实施例提供的一种多参数声表面波传感装置的制备方法的流程图；
图7a～7g为图6所示的制备方法部分步骤形成的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的另一种多参数声表面波传感装置的制备方法各步骤形成的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的技术方案更加清楚，以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
图1为本发明实施例提供的一种多参数声表面波传感装置的立体分解示意图，图2为图1所示的多参数声表面波传感装置的局部剖视图，图3为图1所示的多参数声表面波传感装置的第一表面的结构示意图，图4为图1所示的多参数声表面波传感装置的第二表面的结构示意图，如图1～4所示，本实施例提供的多参数声表面波传感装置包括：耐高温压电晶体基片1和相互远离的第一谐振器2、第二谐振器3及第三谐振器4。其中，耐高温压电晶体基片1一侧的边缘部分形成有具有第一厚度a的悬臂梁11，耐高温压电晶体基片的除去该悬臂梁11的其余部分具有第二厚度b，第一厚度a小于第二厚度b，且该其余部分中形成有12空腔。同时，耐高温压电晶体基片1具有平整的第一表面S1，第一谐振器2形成在悬臂梁11对应的第一表面S1上，用于传感振动参数，第二谐振器3形成在空腔12对应的第一表面S1上，用于传感压力参数，第三谐振器4形成在第一表面上，用于传感温度参数。
另外，该耐高温压电晶体基片1具有与所述第一表面相对的第二表面S2，具有第二厚度b的其余部分的第二表面S2上形成有应答天线5，该应答天线电连接第一谐振器2、第二谐振器3及第三谐振器4。
上述的多参数声表面波传感装置采用了在一个压电晶体基片1上形成多个谐振器的方式构成了多个声表面波传感器，工作时，这些传感器通过应答天线接收脉冲激励信号，并通过应答天线5与各谐振器之间的电连接传递至各谐振器，由谐振器将该激励信号在压电晶体基片1激励出声表面波，实现了电信号和声波的转换。声表面波在压电晶体基片1上传播再由谐振器转换为谐振信号，再通过应答天线将该谐振信号发射出去，实现了声波和电信号的转换。当多参数传感装置所处环境的压力、振动、温度等参数发生变化时，压电晶体基片1的物理参数会发生变化，使得声表面波的传播速度会发生变化，相应地，谐振信号的频率也发生变化，通过检测谐振信号的频率变化可以获得相应的参数变化。
上述的多参数声表面波传感装置的压电晶体基片1具有悬臂梁11结构，悬臂梁11部分的第一厚度a小于压电晶体基片1其余部分的第二厚度b，使得厚度较小的这部分压电晶体基片1能较好地感知振动参数，也就是说，压电晶体基片1振动时，悬臂梁11更容易产生的大幅度的振动，在悬臂梁11对应的第一表面S1上形成第一谐振器2可提升振动参数的测量准确性。
上述的多参数声表面波传感装置的压电晶体基片1具有第二厚度b的其余部分中形成有空腔12，如图2所示，空腔12部分上边和下边的压电晶体基片1厚度较小，当压电晶体基片1承受压力时，空腔12部分的压电晶体基片1会产生形变，从而使得经过这部分压电晶体基片1的声表面波的传播速度发生变化。通过在空腔12对应的第一表面S1上形成第二谐振器3，可以实现对压力参数的准确感知。
需要说明的是，图2中，分别示出了悬臂梁11部分和空腔12部分的局部放大图，为了更清楚地表示这两个部分，空腔12部分的放大比例大于悬臂梁11部分的放大比例。同时需要说明的是，图3和图4中只是示意性示出了叉指换能器P，虽然它叉指数量与图1和图2所示的叉指换能器P叉指数量不一致，但它与图1和图2所示的相同编号谐振器中的叉指换能器P在功能上是完全相同的，在本发明中作为谐振器的组件而产生谐振信号。
另外，在温度发生变化时，压电晶体基片1的物理参数也会发生变化，相应地，其上经过的声表面波的传播速度也会发生变化，通过在第一表面S1上形成第三谐振器4，可以实现对温度参数的准确感知。将各个谐振器相互远离地设置，可以最大程度地避免电信号之间的相互干扰，从而提高测量的准确性。同时，上述的压电晶体基片1采用耐高温材料制成，使得该多参数声表面波传感装置能适用于航空发动机燃烧室这样的高温环境中，本领域技术人员所知的材料有硅酸镓镧晶体、氮化铝陶瓷等。
另外，如本领域技术人员所知，通过设计各谐振器的尺寸，可以实现每个谐振器的谐振频率的变化范围相互独立，不重叠，图5为图1所示的多参数声表面波传感装置仿真工作时产生的谐振频率的波形图，如图5所示，横坐标为频率，温度谐振频率、振动谐振频率和压力谐振频率相互独立、不重叠，因此，可以提高参数测量的准确性。
本发明实施例提供的多参数声表面波传感装置中，由于在同一个耐高温压电晶体基片上形成了三个谐振器，并利用压电晶体基片能够产生和传播声表面波的特性，形成了三个传感器，第一谐振器形成在悬臂梁上可对振动参数良好感知、第二谐振器形成在空腔上可以对压力良好感知，第三谐振器可以对温度良好感知，从而实现了一个传感装置同时获取振动、压力和温度三个参数的功能，且可通过应答天线实现电信号的无线传输，不需要额外的接口和引线，结构简单，在恶劣的工作环境中具有较好的稳定性。
另外，由于各谐振器相互远离，从而降低了电信号之间的干扰，如图1～3所示，各谐振器在圆周方向优选以间隔120°的方式布置，使得各谐振器之间的距离最远，从而最大程度地降低电信号之间的干扰。另外，采用的耐高温材料的压电晶体基片可以避免传感装置在高温环境中损坏。
上述实施例中，各谐振器均选择压电晶体基片的相对敏感传播方向分布。如本领域技术人员所知，压电晶体是各向异性材料，在制成基片的过程中要进行切割，不同的切割面和传播方向，压电晶体的性质不同。切割完成的压电晶体基片上具有很多不同的物理量敏感传播方向。在某些传播方向上，随着基片温度参数的变化，谐振器产生的声表面波的传播速度会发生较大幅度的变化，这个传播方向就是温度相对敏感传播方向。在某些传播方向上，随着基片振动参数的变化，谐振器产生的声表面波的传播速度会发生较大幅度的变化，这个传播方向就是振动相对敏感传播方向。在某些传播方向上，随着基片压力参数的变化，谐振器产生的声表面波的传播速度会发生较大幅度的变化，这个传播方向就是压力相对敏感传播方向。
具体地，第一谐振器2沿该振动相对敏感传播方向γA设置，以使第一谐振器2受激产生的声表面波沿振动相对敏感传播方向γA传播；第二谐振器3沿该压力相对敏感传播方向γP设置，以使第二谐振器3受激产生的声表面波沿压力相对敏感传播方向γP传播；第三谐振器4沿温度相对敏感传播方向γT设置，以使第三谐振器4受激产生的声表面波沿温度相对敏感传播方向γT传播。通过这样设置各谐振器，可以使各谐振器能更精确地感知各个参数，从而提升传感装置的感测精度。
上述实施例中，第一谐振器、第二谐振器和第三谐振器均可包括叉指换能器P、位于该叉指换能器P一侧的第一反射栅R1和位于叉指换能器P另一侧的第二反射栅R2。叉指换能器P具有两组电极，以叉指形式布置，其中一组为第一电极组p1，该第一电极组p1与应答天线5的馈线端电连接，叉指换能器P的另一组电极为第二电极组p2，该第二电极组p2与应答天线5的接地端电连接。
如本领域技术人员所知，谐振器的谐振频率与叉指换能器和反射栅的电极的宽度有关，通过设计谐振器的电极宽度，可以使各谐振器的谐振频率不重叠(如图5所示)，因此，可以有效提升感测的准确性。
上述实施例提供的多参数声表面波传感装置中，还可以包括贯穿第一表面S1和第二表面S2的电极通孔6，电极通孔6中填充有导电材料，用于使应答天线5电连接第一谐振器2、第二谐振器3及第三谐振器4。通过设置填充有导电材料的电极通孔6，可以使设置于第一表面S1上的三个谐振器与设置在第二表面S2上的应答天线5之间的电连接线最短，不仅能节约传感装置的制作成本，还可以防止过长的电连接线产生过多的噪声干扰及能量损耗。
上述实施例中，电极通孔6可以包括馈线通孔61和接地通孔62，应答天线5的馈线端通过馈线通孔61电连接第一谐振器2、第二谐振器3及第三谐振器4的第一电极组p1，应答天线5的接地端通过接地通孔62电连接第一谐振器2、第二谐振器3及第三谐振器4的第二电极组p2。
如图1～4所示，电极通孔6可设置于耐高温压电晶体基片1一侧的边缘部分，在第一表面S1，各谐振器的叉指换能器P的第一电极组p1通过直线形的引线L1电连接在一起，并电连接至馈线通孔61内的导电材料，在第二表面S2，应答天线的馈线端也通过直线形的引线L2电连接至馈线通孔61内的导电材料，实现第一电极组p1和馈线端的电连接。另外，在第一表面S1，各谐振器的叉指换能器P的第二电极组p2通过圆弧形的引线L3电连接在一起，并电连接至接地通孔62内的导电材料，在第二表面S2，应答天线5的接地端电连接至接地通孔62内的导电材料，实现两个第二电极组p2和接地端的电连接。
如本领域技术人员所知，上述的引线不限于图示的布设形式，任何可以实现电连接的引线的布设形式，如折线形，曲线形等均可用于本发明。
上述实施例中，接地通孔62可以如图所示包括第一接地通孔n1和第二接地n2通孔，对称设置在馈线通孔61两侧。如此设置，一方面考虑元件排布的美观，另一方面，接地通孔62通常接地，以馈线通孔61为中心两侧对称设置接地通孔62有利于整个传感装置可靠接地。
另外，上述实施例中，耐高温压电晶体基片可优先采用硅酸镓镧制成，硅酸镓镧(La3Ga5SiO14)晶体有优秀的耐高温性能，从室温至熔点(1470℃)间无任何相变，因此广泛应用于航空航天、武器装备、汽车、能源化工等高温环境中。
本发明实施例还提供了一种多参数声表面波传感装置的制备方法，用于制备上述实施例提供的多参数声表面波传感装置，图6为本发明实施例提供的一种多参数声表面波传感装置的制备方法的流程图，图7a～7g为图6所示的制备方法部分步骤形成的结构示意图，如图6和图7a～7g所示，该方法包括如下步骤。
步骤601：将第一耐高温压电晶体基片71一侧的边缘部分切除，并在剩余部分上刻蚀出一个凹槽711及第一通孔712，如图7a所示。
步骤602：在与第一耐高温压电晶体基片71直径相同的第二耐高温压电晶体基片72上对应第一通孔712的位置刻蚀出第二通孔。
步骤603：将第二耐高温压电晶体基片72边缘对齐地键合到第一耐高温压电晶体基片71，以密封凹槽711形成空腔12，使第一通孔712和第二通孔连通，第二耐高温压电晶体基片72超出第一耐高温压电晶体基片71的部分形成悬臂梁11，如图7b所示。
具体地，连通的第一通孔712和第二通孔构成电极通孔。本实施例形成有三个电极通孔，中间的通孔为馈线通孔，两侧对称的通孔为接地通孔。
步骤604：在第一耐高温压电晶体基片71的远离第二耐高温压电晶体基片72的第二表面S2形成应答天线5，如图7c所示。
具体地，本实施例中应答天线5形成有三个部分，中间的部分为馈线端，两侧对称的部分为接地端。
步骤605：在第一通孔712和第二通孔中填充导电材料，所述导电材料电连接应答天线5，如图7d所示。
具体地，应答天线5的接地端与接地通孔电连接，应答天线5的馈线端与馈线通孔电连接。
步骤606：在第二耐高温压电晶体基片72的远离第一耐高温压电晶体基片71的第一表面S1相互远离地形成第一谐振器2、第二谐振器3和第三谐振器4，并形成与导电材料电连接的第一电极线L1和第二电极线L3，如图7e所示，第一谐振器2形成在悬臂梁11上，第二谐振器3形成在空腔12上，第一电极线L1电连接第一谐振器2、第二谐振器3和第三谐振器4的第一电极组p1，第二电极线L3电连接第一谐振器2、第二谐振器3和第三谐振器4的第二电极组p2。
具体地，第一电极线L1与馈线通孔电连接，第二电极线L3的两端分别与位于馈线通孔两侧的接地通孔电连接。
对于第二耐高温压电晶体基片72，在某些物理量敏感传播方向上，随着基片温度参数的变化，谐振器产生的声表面波的传播速度会发生较大幅度的变化，这个传播方向就是温度相对敏感传播方向γT。在某些传播方向上，随着基片振动参数的变化，谐振器产生的声表面波的传播速度会发生较大幅度的变化，这个传播方向就是振动相对敏感传播方向γA。在某些传播方向上，随着基片压力参数的变化，谐振器产生的声表面波的传播速度会发生较大幅度的变化，这个传播方向就是压力相对敏感传播方向γP。
第一谐振器2可以沿该振动相对敏感传播方向设置，以使第一谐振器2受激产生的声表面波沿振动相对敏感传播方向传播；第二谐振器3可以沿该压力相对敏感传播方向设置，以使第二谐振器3受激产生的声表面波沿压力相对敏感传播方向传播；第三谐振器4可以沿温度相对敏感传播方向设置，以使第三谐振器4受激产生的声表面波沿温度相对敏感传播方向传播。通过这样设置各谐振器，可以使各谐振器能更精确地感知各个参数，从而提升传感装置的感测精度。
本发明实施例提供的多参数声表面波传感装置的制备方法中，由于在同一个耐高温压电晶体基片上形成了三个谐振器，并利用压电晶体基片能够产生和传播声表面波的特性，形成了三个传感器，第一谐振器形成在悬臂梁上可对振动参数良好感知、第二谐振器形成在空腔上可以对压力良好感知，第三谐振器可以对温度良好感知，从而实现了一个传感装置同时获取振动、压力和温度三个参数的功能，且可通过应答天线实现电信号的无线传输，不需要额外的接口和引线，结构简单，在恶劣的工作环境中具有较好的稳定性。
上述实施例提供的制备方法中，步骤606，即在第一表面S1形成三个谐振器的步骤，具体可包括如下步骤。
步骤6061：在第一表面S1涂敷正性光刻胶。
步骤6062：通过光刻掩膜工艺形成谐振器掩膜结构。
步骤6063：在形成有谐振器掩膜结构的第一表面通过磁控溅射形成金属层。具体地，该金属层可以是银层。
步骤6064：剥离掉剩余的正性光刻胶。
步骤6065：在氮气氛围中进行高温退火，以形成第一谐振器2、第二谐振器3和第三谐振器4。
上述实施例中，多参数声表面波传感装置的制备方法还可以包括如下步骤。
步骤607：在第一表面S1溅射防护层薄膜，如图7f所示。
步骤608：在第一谐振器2与第二谐振器3之间、在第二谐振器3与第三谐振器4之间以及在第三谐振器4与第一谐振器2之间涂覆吸波材料K，如图7g所示。
设置防护层薄膜的作用是将第一耐高温压电晶体基片71和第二耐高温压电晶体基片72的表面形成的电元件覆盖，以防止形成的多参数声表面波传感装置在使用过程中因温度、压力、振动等因素导致的电元件受损。防护层薄膜具体可以为氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)等。在相邻两个谐振器之间涂敷吸波材料的作用是降低各谐振器信号之间的串扰。
另外，上述实施例的步骤601中，在第一耐高温压电晶体基片71上刻蚀出凹槽具体可采用湿法腐蚀工艺。
上述实施例的步骤604中，具体可利用银浆通过丝网印刷工艺在第二表面S2印制应答天线5，随后在100℃的环境中对形成的应答天线5进行低温烧结。
上述实施例的步骤605中，具体可利用银浆填充通孔，随后按照银浆烧结曲线进行高温烧结。
图8为本发明实施例提供的另一种多参数声表面波传感装置的制备方法各步骤形成的结构示意图。如图8所示，各步骤形成的结构按照箭头所指的方向排列，具体地，该制备方法包括如下步骤。
(1)利用湿法腐蚀工艺在硅酸镓镧基底上刻蚀出一个空腔。
(2)通过键合工艺形成密封空腔和悬臂梁结构。
(3)利用银浆通过丝网印刷工艺印制背部应答天线，在100℃的环境中进行低温烧结。
(4)利用银浆填充通孔，按照银浆烧结曲线进行高温烧结。
(5)利用正胶通过光刻掩膜工艺形成金属电极掩膜结构。
(6)通过磁控溅射金属形成声表面波电极结构，剥离掉未曝光的正胶，其中，金属具体可以为银。
(7)在氮气(N2)氛围中进行器件的高温退火，形成致密的金属电极结构。
(8)溅射防护层薄膜，如Al2O3、AlN。
(9)在每个反射栅旁边涂覆吸波材料，减小各个谐振单元的串扰。
由该方法形成的多参数声表面波传感装置，实现了一个传感装置同时获取振动、压力和温度三个参数的功能，且可通过应答天线实现电信号的无线传输，不需要额外的接口和引线，结构简单，在恶劣的工作环境中具有较好的稳定性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种多参数声表面波传感装置的制备方法，其特征在于，包括：
步骤一：将第一耐高温压电晶体基片一侧的边缘部分切除，并在剩余部分上刻蚀出一个凹槽及第一通孔；
步骤二：在与所述第一耐高温压电晶体基片直径相同的第二耐高温压电晶体基片上对应所述第一通孔的位置刻蚀出第二通孔；
步骤三：将所述第二耐高温压电晶体基片边缘对齐地键合到所述第一耐高温压电晶体基片，以密封所述凹槽形成空腔，使所述第一通孔和所述第二通孔连通，所述第二耐高温压电晶体基片超出所述第一耐高温压电晶体基片的部分形成悬臂梁；
步骤四：在所述第一耐高温压电晶体基片的远离所述第二耐高温压电晶体基片的第二表面形成应答天线；
步骤五：在所述第一通孔和所述第二通孔中填充导电材料，所述导电材料电连接所述应答天线；
步骤六：在所述第二耐高温压电晶体基片的远离所述第一耐高温压电晶体基片的第一表面相互远离地形成第一谐振器、第二谐振器和第三谐振器，并形成与所述导电材料电连接的第一电极线和第二电极线，所述第一谐振器形成在所述悬臂梁上，所述第二谐振器形成在所述空腔上，所述第一电极线电连接所述第一谐振器、所述第二谐振器和所述第三谐振器的第一电极组，所述第二电极线电连接所述第一谐振器、所述第二谐振器和所述第三谐振器的第二电极组。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤六具体包括：
在所述第一表面涂敷正性光刻胶；
通过光刻掩膜工艺形成谐振器掩膜结构；
在形成有所述谐振器掩膜结构的所述第一表面通过磁控溅射形成金属层；
剥离掉剩余的所述正性光刻胶；
在氮气氛围中进行高温退火，以形成所述第一谐振器、所述第二谐振器和所述第三谐振器。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述第一表面溅射防护层薄膜；
在所述第一谐振器与所述第二谐振器之间、在所述第二谐振器与所述第三谐振器之间以及在所述第三谐振器与所述第一谐振器之间涂覆吸波材料。
4.一种由权利要求1～3中任一项所述的方法制备的多参数声表面波传感装置，其特征在于，包括：耐高温压电晶体基片和相互远离的第一谐振器、第二谐振器及第三谐振器；
所述耐高温压电晶体基片一侧的边缘部分形成有具有第一厚度的悬臂梁，所述耐高温压电晶体基片的除去所述悬臂梁的其余部分具有第二厚度，所述第一厚度小于所述第二厚度；所述其余部分中形成有空腔；
所述耐高温压电晶体基片具有平整的第一表面，所述第一谐振器形成在所述悬臂梁对应的所述第一表面上，用于传感振动参数；所述第二谐振器形成在所述空腔对应的所述第一表面上，用于传感压力参数；所述第三谐振器形成在所述第一表面上，用于传感温度参数；
所述耐高温压电晶体基片具有与所述第一表面相对的第二表面，所述其余部分的第二表面上形成有应答天线，所述应答天线电连接所述第一谐振器、所述第二谐振器及所述第三谐振器；
所述第一谐振器、所述第二谐振器和所述第三谐振器均包括叉指换能器、位于所述叉指换能器一侧的第一反射栅和位于所述叉指换能器另一侧的第二反射栅；所述叉指换能器的第一电极组与所述应答天线的馈线端电连接，所述叉指换能器的第二电极组与所述应答天线的接地端电连接。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述耐高温压电晶体基片具有温度相对敏感传播方向、压力相对敏感传播方向和振动相对敏感传播方向，所述第一谐振器沿所述振动相对敏感传播方向设置，以使所述第一谐振器受激产生的声表面波沿所述振动相对敏感传播方向传播；所述第二谐振器沿所述压力相对敏感传播方向设置，以使所述第二谐振器受激产生的声表面波沿所述压力相对敏感传播方向传播；所述第三谐振器沿所述温度相对敏感传播方向设置，以使所述第三谐振器受激产生的声表面波沿所述温度相对敏感传播方向传播。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括贯穿所述第一表面和所述第二表面的电极通孔，所述电极通孔中填充有导电材料，用于使所述应答天线电连接所述第一谐振器、所述第二谐振器及所述第三谐振器。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电极通孔包括馈线通孔和接地通孔，所述应答天线的馈线端通过所述馈线通孔电连接所述第一谐振器、所述第二谐振器及所述第三谐振器的第一电极组，所述应答天线的接地端通过所述接地通孔电连接所述第一谐振器、所述第二谐振器及所述第三谐振器的第二电极组。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述接地通孔包括第一接地通孔和第二接地通孔，对称设置在所述馈线通孔两侧。
9.根据权利要求4～8任一项所述的装置，其特征在于，所述耐高温压电晶体基片采用硅酸镓镧制成。
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