CN111295770A - 具有延迟线编码的多路复用表面声波传感器 - Google Patents

具有延迟线编码的多路复用表面声波传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN111295770A
CN111295770A CN201880058048.4A CN201880058048A CN111295770A CN 111295770 A CN111295770 A CN 111295770A CN 201880058048 A CN201880058048 A CN 201880058048A CN 111295770 A CN111295770 A CN 111295770A
Authority
CN
China
Prior art keywords
saw
delay line
surface acoustic
acoustic wave
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201880058048.4A
Other languages
English (en)
Inventor
M·拉莫思
M-H·李
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aviana Molecular Technologies LLC
Original Assignee
Aviana Molecular Technologies LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aviana Molecular Technologies LLC filed Critical Aviana Molecular Technologies LLC
Publication of CN111295770A publication Critical patent/CN111295770A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes
    • G01N29/2462—Probes with waveguides, e.g. SAW devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02—Analysing fluids
    • G01N29/022—Fluid sensors based on microsensors, e.g. quartz crystal-microbalance [QCM], surface acoustic wave [SAW] devices, tuning forks, cantilevers, flexural plate wave [FPW] devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes
    • G01N29/2468—Probes with delay lines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/34—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/042—Wave modes
    • G01N2291/0423—Surface waves, e.g. Rayleigh waves, Love waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/106—Number of transducers one or more transducer arrays

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

一种多路复用表面声波(SAW)装置，用于SAW传感器的同步激励或多种被分析物、目标或生物剂的同步传感。该装置包括排列为阵列的多个SAW传感器。每个传感器具有延迟线，并且每根延迟线的长度不同。该多路复用SAW装置的传感器被同步激励，以生成沿着每个SAW传感器的延迟线传播的表面声波阵列。因为每个SAW传感器的延迟线长度彼此不同，表面声波的传播时间至少部分地基于长度变化而变化。根据延迟线的长度差，可生成具有特异性时间延迟的压缩脉冲串。该压缩脉冲的相位或其它信息是可提取的。

Description

具有延迟线编码的多路复用表面声波传感器
相关申请的交叉引用
本申请主张2017年7月7日提交的美国临时专利申请62/529,725以及该临时专利申请一起提交的题为《用于调频表面声波传感器的设备和方法》的附录A和题为《体声波和/或表面声波》的附件B的优先权，其整体内容通过引用而并入本文。
技术领域
本公开一般涉及使用表面声波(SAW)或体声波(BAW)传感器同步地鉴别、检测、测量或传感多种被分析物的装置和方法。更具体地，本公开涉及能使用具有不同长度的延迟线的SAW和/或BAW传感器来同步传感多种目标材料的多路复用SAW和/或BAW传感器装置。
背景技术
表面声波(SAW)或体声波(BAW)传感器是用于鉴别、检测、传感或测量各种化学或生物材料，如液体介质和有机或无机气体中的那些材料的物理、化学或生物学数量或数量变化的元件或装置。迫切需要具有高灵敏度和特异性且无需任何样品处理的定点护理(出结果的时间小于30分钟)、便携、多路复用(可同步筛选来自生物流体的多种目标被分析物)的传感器。
发明内容
SAW传感器是无源电子装置。将输入电信号施加到垫上。转换器将电信号转化为被称为表面声波(SAW)的机械信号。传感器响应等同于机械波的性质改变(相位、振幅和频率或延迟)。例如，接收信号(Rx)和/或激励信号的脉冲之间的振幅、相位、频率或时间延迟中至少一者的变化。例如，多路复用SAW测量系统可包括相位检测，其可测定对应于多个相对于彼此的脉冲中的每一个和/或激励信号的相位。例如，SAW传感器的延迟线长度差导致所接收的信号(Rx)的脉冲间的时间延迟。压缩脉冲串的脉冲间的时间域位移对应于与特定SAW传感器相关联的相移。可测定相移，例如使用软件程序或现场可编程门控阵列(FPGA)硬件。
一方面，本公开提供表面声波(SAW)装置，包括：压电基板；以及附接到该压电基板并且排列在该压电基板上的多个SAW传感器，该多个SAW传感器包括具有被构造成传播第一表面声波的第一延迟线的第一SAW传感器，以及具有被构造成传播第二表面声波的第二延迟线的第二SAW传感器，其中第一延迟线的长度大于第二延迟线的长度。
一个实施方案中，第一SAW传感器包括：用于沿着第一延迟线传播第一表面声波的第一转换器，以及用于在第一表面声波沿着第一延迟线传播时接收第一表面声波的第二转换器。
一个实施方案中，第一SAW传感器包括位于基板上的转换器和位于基板上且位于该转换器对面的反射器，其中该转换器沿着第一延迟线传输第一表面声波，并且该转换器在第一表面声波从该反射器反射出来并且沿着第一延迟线二次传播时接收第一表面声波。
一个实施方案中，反射器是第一反射器，以及其中第一SAW传感器还包括位于基板上且相对于转换器更接近第一反射器的第二反射器，其中该转换器被构造成当第一表面声波从第二反射器反射出来并且沿着第一延迟线二次传播时接收第一表面声波。
一个实施方案中，第一反射器被构造成反射具有第一频率的表面声波，并且第二反射器被构造成反射具有第二频率的表面声波。
一个实施方案中，第一SAW传感器包括第一对电触头，并且第二SAW传感器包括第二对电触头，以及其中第一对和第二对电触头是电性连接的。
一个实施方案中，SAW传感器各自被构造成接收激励信号。
一个实施方案中，激励信号包括脉冲电压、正弦电信号、调频、线性调频、双曲调频、正交频率编码、随机调制、连续相位调制、频移键控、多频移键控、相移键控、小波调制或宽带频率信号中的至少一种。
一个实施方案中，SAW传感器各自被构造成同步接收激励信号。
一个实施方案中，装置还包括：与第一SAW传感器和第二SAW传感器的每一个通讯的一个或多个处理器，该一个或多个处理器被构造成至少部分地基于从第一SAW传感器和第二SAW传感器接收的信号来生成接收信号。
一个实施方案中，一个或多个处理器还被构造成至少部分地基于该接收信号而测定或监控至少一种被分析物。
一个实施方案中，一个或多个处理器被构造成通过检测对应于激励信号的脉冲、对应于第一SAW传感器的脉冲、或对应于第二SAW传感器的脉冲中的至少两者间的振幅、相位、频率或时间延迟的变化来测定或监控鉴别至少一种被分析物。
一个实施方案中，接收信号包含具有多个脉冲的压缩脉冲串。
一个实施方案中，压缩脉冲串的多个脉冲包括：对应于第一SAW传感器的第一脉冲，和对应于第二SAW传感器的第二脉冲。
一个实施方案中，第一脉冲的定时至少部分地基于第一延迟线的长度，并且第二脉冲的定时至少部分地基于第二延迟线的长度。
一个实施方案中，压缩脉冲串的多个脉冲包含对应于激励信号的脉冲。
一个实施方案中，压电基板包含36°Y石英、36°YX钽酸锂、硅酸镓镧、钽酸镓镧、铌酸镓镧、锆钛酸铅、硫化镉、块磷铝矿、碘酸锂、四硼酸锂、或氧化铋锗中的至少一者。
一个实施方案中，压电基板包括压电晶体层。
一个实施方案中，压电晶体层包含的厚度大于拉夫波在非压电基板上的渗透深度。
一个实施方案中，该装置还包括位于第一延迟线并且被构造成附接到被分析物或与被分析物反应的传感区域。
一个实施方案中，该装置还包括用于测量表面声波相位响应的检测器，所述相位响应作为被添加到传感区域的被分析物的函数的。
一个实施方案中，传感区域包括用于从液体介质捕捉被分析物的生物敏感界面。
一个实施方案中，传感区域包括用于从液体介质吸收被分析物的化学敏感界面。
一个实施方案中，该装置还包括位于第一延迟线上的引导层。
一个实施方案中，引导层包括聚合物、SiO2或ZnO中的至少一者。
一个实施方案中，对应于第一SAW传感器的第一表面声波包含大于100MHz、大于300MHz、大于500MHz、或大于1000MHz的频率。
一方面，本公开提供一种方法，包括以下步骤：生成激励信号；将该激励信号传输到表面声波(SAW)装置，其中该SAW装置包括具有被构造成传播第一表面声波的第一延迟线的第一SAW传感器，和具有被构造成传播第二表面声波的第二延迟线的第二SAW传感器，其中第一延迟线的长度大于第二延迟线的长度；接收该SAW装置的输出信号，该输出信号指示第一延迟线、第二延迟线的长度、或被暴露于第一SAW传感器或第二SAW传感器中至少一者的被分析物中的至少一者；以及至少部分地基于该SAW装置的输出信号测定或监控被分析物。
一方面，本公开提供一种方法，包括以下步骤：接收激励信号；生成传播跨越SAW装置的第一SAW传感器的第一延迟线的第一表面声波；生成传播跨越该SAW装置的第二SAW传感器的第二延迟线的第二表面声波，其中第一延迟线的长度大于第二延迟线的长度；接收传播跨越第一延迟线后的第一表面声波；接收传播跨越第二延迟线后的第二表面声波；以及，至少部分地基于所接收的第一表面声波、所接收的第二表面声波、或该激励信号中至少一者生成信号。
一个实施方案中，第一SAW传感器包括被构造成反射第一表面声波的反射器，以及该接收第一表面声波在第一声波被反射后发生。
一个实施方案中，第二SAW传感器包括被构造成反射第二表面声波的反射器，以及该接收第二表面声波在第二声波被反射后发生。
一方面，本公开提供一种方法，包括以下步骤：生成激励信号；将所述激励信号传输到表面声波(SAW)装置，其中所述SAW装置包括具有被构造成传播第一表面声波的第一延迟线的第一SAW传感器，以及具有被构造成传播第二表面声波的第二延迟线的第二SAW传感器，其中所述第一延迟线的长度大于所述第二延迟线的长度；在所述SAW装置处接收所述激励信号；生成传播跨越第一延迟线的第一表面声波；生成传播跨越第二延迟线的第二表面声波；接收传播跨越第一延迟线后的第一表面声波；接收传播跨越第二延迟线后的第二表面声波；至少部分地基于所接收的第一表面声波或所接收的第二表面声部中至少一者生成信号，其中该信号指示第一延迟线、第二延迟线的长度、或暴露于第一SAW传感器或第二SAW传感器中至少一者的被分析物中的至少一者；以及至少部分地基于所生成的信号来测定或监控该被分析物。
一方面，本公开提供一种方法，包括以下步骤：将SAW装置的至少一部分暴露于包含被分析物的样品介质中，其中所述SAW装置包含具有被构造成传播响应激励信号的第一表面声波的第一延迟线的第一SAW传感器，以及具有被构造成传播响应所述激励信号的第二表面声波的第二延迟线的第二SAW传感器，其中所述第一延迟线的长度大于所述第二延迟线的长度，以及其中所述第一延迟线或所述第二延迟线中至少一者的敏感区域与所述被分析物反应，使得所述第一表面声波或所述第二表面声波中的至少一者被改变；接收对应于SAW装置输出的信号；鉴别所接收的信号的第一脉冲，其中第一脉冲对应于第一SAW传感器；鉴别所接收的信号的第二脉冲，其中第二脉冲对应于第二SAW传感器；鉴别所接收的信号的第三脉冲，其中所述第三脉冲对应于所述激励信号；测定第一脉冲、第二脉冲或第三脉冲中至少两者的相位、频率、振幅或定时中的至少一者；以及至少部分地基于该测定，鉴别或监控该被分析物。
一个实施方案中，鉴别或监控该被分析物包括测定第一脉冲、第二脉冲或第三脉冲中至少两者间的振幅、相位、频率或时间延迟中至少一者的变化。
一方面，本公开提供一种方法，包括以下步骤：依次生成若干个激励信号，通过多路复用器将这些信号依次路由到不同的延迟线，这些延迟线生成响应，并且通过相同或不同的多路复用器将这些响应依次路由到电子接收器件。
一种表面声波(SAW)装置，包括压电基板，以及附接到该压电基板并且排列在该压电基板表面上的多个SAW传感器。多个SAW传感器包括第一SAW传感器和第二SAW传感器。第一SAW传感器包括被构造成传播第一表面声波的第一延迟线。第二SAW传感器包括被构造成传播第二表面声波的第二延迟线。第一延迟线的长度大于第二延迟线的长度，或者第二延迟线的长度大于第一延迟线的长度。
前述段落的装置也可包括本段落描述的下述特征以及本文所述其它特征的任意组合。一些实施方案中，第一SAW传感器还包括：用于沿着第一延迟线传播第一表面声波的第一转换器，以及用于在第一表面声波沿着第一延迟线传播时接收第一表面声波的第二转换器。
前述任何段落的装置也可包括本段落描述的下述特征以及本文所述其它特征的任意组合。一些实施方案中，第一SAW还可包括位于基板上的转换器和位于基板上且位于该转换器对面的反射器。转换器被构造成沿着第一延迟线传输第一表面声波，并且该转换器还被构造成在第一表面声波从反射器反射出来并且沿着第一延迟线二次传播之后接收第一表面声波。一些实施方案中，该反射器是第一反射器，并且第一SAW传感器还包括位于基板上并且相对于转换器更靠近第一反射器的第二反射器。转换器被构造成在第一表面声波从第二反射器反射出来并沿着第一延迟线二次传播时接收第一表面声波。一些实施方案中，第一反射器被构造成反射具有第一频率的表面声波，并且第二反射器被构造成反射具有第二频率的表面声波。
前述任何段落的装置也可包括本段落描述的下述特征以及本文所述其它特征的任意组合。一些实施方案中，第一SAW传感器包括第一对电触头，并且第二SAW传感器包括第二对电触头。第一对和第二对电触头是电性连接的。一些实施方案中，SAW传感器各自被构造成接收激励信号。一些实施方案中，激励信号包括脉冲电压、正弦电信号、调频、线性调频、双曲调频、正交频率编码、随机调制、连续相位调制、频移键控、多频移键控、相移键控、小波调制或宽带频率信号中的至少一种。一些实施方案中，SAW传感器各自被构造成同步接收激励信号。
前述任何段落的装置也可包括本段落描述的下述特征以及本文所述其它特征的任意组合。一些实施方案中，SAW装置还包括与第一SAW传感器和第二SAW传感器中的每一个通讯的一个或多个处理器。该一个或多个处理器可被构造成生成部分地基于从第一SAW传感器和第二SAW传感器接收的信号的接收信号。一些实施方案中，一个或多个处理器还被构造成至少部分地基于该接收信号而测定或监控至少一种被分析物。一些实施方案中，一个或多个处理器还被构造成通过检测对应于激励信号的脉冲、对应于第一SAW传感器的脉冲、或对应于第二SAW传感器的脉冲中的至少两者间的振幅、相位、频率或时间延迟的变化来鉴别至少一种被分析物。
前述任何段落的装置也可包括本段落描述的下述特征以及本文所述其它特征的任意组合。一些实施方案中，接收信号包括具有多个脉冲的压缩脉冲串。一些实施方案中，压缩脉冲串的多个脉冲包括：对应于第一SAW传感器的第一脉冲，和对应于第二SAW传感器的第二脉冲。一些实施方案中，第一脉冲的定时至少部分地基于第一延迟线的长度，并且第二脉冲的定时至少部分地基于第二延迟线的长度。一些实施方案中，压缩脉冲串的多个脉冲包括对应于激励信号的脉冲。
前述任何段落的装置也可包括本段落描述的下述特征以及本文所述其它特征的任意组合。一些实施方案中，压电基板包括36°Y石英、36°YX钽酸锂、硅酸镓镧、钽酸镓镧、铌酸镓镧、锆钛酸铅、硫化镉、块磷铝矿、碘酸锂、四硼酸锂、或氧化铋锗中的至少一者。一些实施方案中，压电基板包括压电晶体层。一些实施方案中，压电晶体层包括大于拉夫波在非压电基板上的渗透深度的厚度。
前述任何段落的装置也可包括本段落描述的下述特征以及本文所述其它特征的任意组合。一些实施方案中，该SAW装置还包括位于第一延迟线并且被构造成附接到被分析物或与被分析物反应的传感区域。一些实施方案中，传感区域包括用于从液体介质捕捉被分析物的生物敏感界面。一些实施方案中，传感区域包括用于从液体介质吸收被分析物的化学敏感界面。一些实施方案中，该SAW装置还包括用于测量表面声波相位响应的检测器，所述相位响应作为被添加到传感区域的被分析物的函数。一些实施方案中，该SAW装置还包括位于第一延迟线上的引导层。一些实施方案中，引导层包括聚合物、SiO2或ZnO中的至少一者。一些实施方案中，对应于第一SAW传感器的第一表面声波包括大于100MHz、大于300MHz、大于500MHz、或大于1000MHz的频率。
如本文所述，方法可包括生成激励信号，以及将该激励信号传输至表面声波(SAW)装置。该SAW装置包括具有被构造成传播第一表面声波的第一延迟线的第一SAW传感器，以及具有被构造成传播第二表面声波的第二延迟线的第二SAW传感器。第一延迟线的长度大于第二延迟线的长度，或者第二延迟线的长度大于第一延迟线的长度。该方法还包括接收SAW装置的输出信号。该输出信号指示第一延迟线、第二延迟线的长度、或暴露于该第一SAW传感器或第二SAW传感器中至少一者的被分析物中的至少一者。该方法还包括至少部分地基于该SAW装置的该输出信号来测定或监控该被分析物。
如本文所述，方法可包括接收激励信号，以及生成传播跨越SAW装置的第一SAW传感器的第一延迟线的第一表面声波。该方法还包括生成传播跨越SAW装置的第二SAW传感器的第二延迟线的第二表面声波。第一延迟线的长度大于第二延迟线的长度，或者第二延迟线的长度大于第一延迟线的长度。该方法还包括接收传播跨越第一延迟线后的第一表面声波，以及接收传播跨越第二延迟线后的第二表面声波。该方法还包括至少部分地基于所接收的第一表面声波、所接收的第二表面声波、或激励信号中的至少一者生成信号。
前述段落的方法也可包括本段落描述的下述步骤或特征以及本文所述其它步骤或特征的任意组合。一些实施方案中，第一SAW传感器包括被构造成反射第一表面声波的传感器，并且接收第一表面声波在第一声波被反射后发生。一些实施方案中，第二SAW传感器包括被构造成反射第二表面声波的传感器，并且接收第二表面声波在第二声波被反射后发生。
如本文所述的方法也可包括生成激励信号，以及将该激励信号传输至表面声波(SAW)装置。该SAW装置包括具有被构造成传播第一表面声波的第一延迟线的第一SAW传感器，以及具有被构造成传播第二表面声波的第二延迟线的第二SAW传感器。第一延迟线的长度大于第二延迟线的长度，或者第二延迟线的长度大于第一延迟线的长度。该方法还包括在SAW装置处接收输出信号；生成传播跨越第一延迟线的第一表面声波；生成传播跨越第二延迟线的第二表面声波；接收传播跨越第一延迟线后的第一表面声波；接收传播跨越第二延迟线后的第二表面声波；以及至少部分地基于所接收的第一表面声波或所接收的第二表面声波中至少一者生成信号。该信号指示第一延迟线、第二延迟线的长度、或暴露于该第一SAW传感器或第二SAW传感器中至少一者的被分析物中的至少一者。该方法还包括至少部分地基于所生成的信号来测定或监控该被分析物。
如本文所公开的方法也可包括生成若干激励信号，以及将该激励信号依次传输到一个或几个SAW装置。射频多路复用器将包含一根或几根延迟线的第一SAW装置段与含有一个或几个激励信号的第一段连接，并且该多路复用器将包含一根或几根延迟线的第二SAW装置段与第二激励信号段连接，以此类推。每个SAW装置段可位于相同或不同的SAW装置上，并且包括一根或几根具有相同或不同长度的延迟线。该方法还包括依次接收对应于该SAW段的输出的信号。使用多路复用器路由来测定SAW装置的那一段处于激活状态。
根据本文的技术，方法也可包括将SAW装置的至少一部分暴露于包含被分析物的样品介质中。该SAW装置包括具有被构造成传播响应激励信号的第一表面声波的第一延迟线的第一SAW传感器，以及具有被构造成传播响应该激励信号的第二表面声波的第二延迟线的第二SAW传感器。第一延迟线的长度大于第二延迟线的长度，或者第二延迟线的长度大于第一延迟线的长度。第一延迟线或第二延迟线中至少一者的敏感区域被构造成与被分析物反应，使得第一表面声波或第二表面声波中的至少一者被改变。该方法还包括接收对应于SAW装置的输出的信号，鉴别所接收信号的第一脉冲、第二脉冲和第三脉冲。第一脉冲对应于第一SAW传感器。第二脉冲对应于第二SAW传感器。第三脉冲对应于该激励信号。该方法还包括测定第一脉冲、第二脉冲或第三脉冲中至少两者的相位、频率、振幅或定时中的至少一者；以及至少部分地基于此而测定、鉴别或监控该被分析物。
前述段落的方法也可包括本段落描述的下述步骤或特征以及本文所述其它步骤或特征的任意组合。一些实施方案中，鉴别或监控该被分析物包括测定第一脉冲、第二脉冲或第三脉冲中至少两者间的振幅、相位、频率或时间延迟中至少一者的变化。
本申请中包括而不限于本文所公开的SAW装置实施方案或方法实施方案中的任一项中公开的任何特征、组分或任何安排或实施方案的细节，可互换地与本文所公开的任何其它特征、组分或任何安排或实施方案的细节组合一形成新的安排或实施方案。
诸如“可”、“将会”、“可能”、“可以”之类的条件性语言，除非明确排除或在所使用的语境中以其它方式理解，否则通常旨在覆盖某些包括其它实施方案所不包括的某些特征、元件和/或步骤的实施方案。因此，此类条件性语言一般不试图暗示一个或多个实施方案以任何方式需要特征、元件和/或步骤，或者一个或多个实施方案必然包括在有无用户输入或提示下决定这些特征、元件和/或步骤是否被包括或将要在任何特定实施方案中被实施的逻辑。
术语“包含”、“包括”、“具有”等是同义的，并且以开放的方式包容性地使用，而且不排除另外的元件、特征、动作、操作等等。而且，术语“或”在其包容性意义(而非其排除性意义)上使用，使得当例如将其用来连接一系列元件时，术语“或”以为所列元件中的一个、一些或全部。同样，用于两个或更多项目的一个系列中时，术语“和/或”覆盖以下所有词汇解释：系列中任何一个项目、系列中的全部项目、以及系列中项目的任意组合。再者，如本文中所用，术语“每一个”除了具有其常规意义之外，可以为应用该术语“每一个”的一组元件的任何子集。此外，当词语“本文”、“上文”、“下文”和类似含义的词语用于本申请中时，这些词语是指本申请的整体而非本申请的任何特定部分。
除非上下文中具有明确的其它需要，否则，贯穿说明书和权利要求是，词语“包含”、“包括”等是在其包容性意义上解释的，与排除性或排他性意义相反；也就是说，是“包括但不限于”的意思。如本文中所用，术语“连接”、“偶合”、“附接”或其任何变形以为两个或更多个元件之间的或直接或间接的任何连接或偶合；元件间的偶合或连接可以是物理性的、逻辑性的或它们的组合。
若上下文允许，则在上述详细说明中使用单数或复数的词语分别也可包括复数或单数形式。用于两个或更多项目的一个系列中时，术语“和/或”覆盖以下所有词汇解释：系列中任何一个项目、系列中的全部项目、以及系列中项目的任意组合。同样，用于两个或更多项目的一个系列中时，术语“和/或”覆盖以下所有词汇解释：系列中任何一个项目、系列中的全部项目、以及系列中项目的任意组合。
取决于实施方案，可添加、融入或完全排除按照不同顺序实施的本文所述任何算法的某些操作、动作、事件或功能(非限制性实例：并非所有这些都是实践所述算法所必需的)。此外，在某些实施方案中，例如，可通过多线程处理、中断处理、或多个处理器或处理器核心或在其它并行架构上同时实施操作、动作、功能或事件，而非依次实施。
结合本文所公开的实施方案描述的各种示例性逻辑块、模块、惯例和算法步骤可作为电子硬件、或作为电子硬件与可执行软件的组合而实现。为了清楚地说明这一可互换性，上文中已经通常地以其功能性术语描述了各种示例性组分、块、模块和步骤。这一功能性是否作为硬件或在硬件上运行的软件而被实现，屈居于具体应用和强加于整个系统的设计约束。对于特定应用，所述功能性可通过不同的途径具体实施，但此类实施决策不应解释为背离本公开的范畴。
此外，关于本文所公开的实施方案描述的各种示例性逻辑块和模块可通过机械具体实施或执行，所述机械为例如设计用来实施本文所述功能的处理器装置、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门控阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件、或它们的任意组合。处理器装置可以是微处理器，但作为另一种实施方案，处理器装置可以是控制器、微控制器或它的组合等。处理器装置可包括被构造成处理计算机可执行指令的电路技术。另一个实施方案中，处理器装置包括FPGA或其它可编程装置，其实施逻辑操作而不处理计算机可执行指令。处理器装置也可实现为计算装置的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP芯协同作用的一个或多个微处理器、或任何其它此类构造。尽管本文主要针对数字技术基线描述，处理器装置也可主要包括模拟组件。例如，本文所述的信号处理算法中的一些或全部可以使用模拟电路或模数混合电路具体实施。计算环境可包括任何类型的计算机系统，包括但不限于，举例来说，基于微处理器的计算机系统、大型计算机、数字信号处理器、便携计算装置、装置控制器或设备中的计算引擎。
针对本文所述公开的实施方案描述的方法、过程、路径或算法的元件可直接体现在硬件中、通过处理器装置执行的软件中、或两者的组合中。软件模块可位于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM、或任何其它形式的非临时计算机可读存储介质中。示例性存储介质可耦合到处理器装置，使得该处理器装饰罩可从该存储基质读取信息，并向该存储介质写入信息。另选地，存储介质可以集成到处理器装置中。处理器装置和存储介质可位于ASIC中。ASIC可位于用户终端中。另选地，处理器装置和存储介质可作为离散组件位于用户终端中。
再者，所示例性说明的系统的各种组件的处理可以分布在多个机器、网络和其它计算资源上。此外，系统的两个或更多个组件可组合为更少的组件。所示例性说明的系统的各种组件可在一台或多台虚拟机器上而非在专用的计算机硬件系统和/或计算装置上具体实施。
本文提供的范围理解为是该范围内所有值的简写。例如，1至50的范围理解为包括来自1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50所组成组的任何数字、数字组合或子范围以及介于前述整数之间的全部十进制的中间值，例如1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8和1.9。关于子范围，特别考虑从该范围的一个端点延伸的“嵌套子范围”。例如，示例性范围1至50的嵌套子范围可包括一个方向上的1至10、1至20、1至30、和1至40，或另一个方向上的50至40、50至30、50至20、和50至10。
上文提及的任何专利和专利申请以及其它参考文献，包括任何可能列在随附文件中的文献，通过引用并入本文。若必要，可修饰本公开的各方面以采用上述各参考文献的系统、功能和概念，从而提供对本公开的更进一步的具体实施。
在其具体实践中可显著改变该系统的细节，但仍为本文公开内容所涵盖。如上所述，当描述本公开的某些特征或方面时使用的特定技术不应视为意味着该技术在本文中被重新定义为限定在与该技术关联的本公开的任何具体特性、特征或方面。通常，除非上述详细说明书章节中明确定义了此类术语，否则权利要求书中使用的术语不应解释为将本公开限制为说明书中所公开的具体实施例。据此，本公开的实际范畴不仅涵盖所公开的实施例，而且涵盖在实践或具体实施该权利要求书下的本公开的全部等效途径。
除非另做说明，否则析取语言例如短语“X、Y或Z中的至少一者”应理解为通常用于表示一个项目、术语等，可以是X、Y、Z或它们的任何组合(非限制性实例：X、Y和/或Z)。因此，此类析取语言通常不试图且不应该意味着某些实施方案需要至少一个X、至少一个Y、或至少一个Z各自存在。
除非明确地另做说明，否则冠词“一”通常应解释为包括一个或多个所述项目。据此，短语如“被构造成...的一装置”旨在包括一个或多个所引用的装置。此类一个或多个所引用的装置也可共同被构造成实现所述列举。例如，“被构造成实现列举A、B和C的处理器”可包括协同作用的被构造成实现列举A的第一处理器和被构造成实现列举B和C的第二处理器。
尽管上述详细说明已经显示、描述并指出了应用到各实施方案的新颖特征，但可理解，对所示例性说明的装置或算法可作出各种省略、替换和改变而不背离本公开的精神。可以认识到，本文所述的某些实施方案可体现在不提供本文所详述的全部特征和有益效果的形式中，因为一些特征可以独立于其它特征而使用或实践。本文所公开的某些实施方案的范畴通过所附权利要求书而非前述说明指示。处于权利要求书等效意义和范围内的全部改变均涵盖在该权利要求书的范畴内。
附图说明
图1A是根据示例性实施方案的表面声波(SAW)装置的示意图。
图1B示例性说明根据示例性实施方案的对应于图1A的SAW装置的时间域激励信号和接收信号。
图2A是根据示例性实施方案的表面声波(SAW)装置的示意图。
图2B示例性说明根据示例性实施方案的对应于图2A的SAW装置的时间域激励信号和接收信号。
图3A至3C示例性说明根据示例性实施方案的多路复用SAW测量系统的方框图。
图4示例性说明根据示例性实施方案的SAW装置的示意图。
图5示例性说明根据示例性实施方案的对应于图4的SAW装置的激励信号和接收信号图。
图6示例性说明对应于图5的接收信号的压缩脉冲串图。
图7示例性说明根据示例性实施方案的传感通道和参考通道的实时相移。
图8是根据示例性实施方案的多路复用SAW装置的方框图。
图9是根据示例性实施方案的通过多路复用SAW装置具体实施的示例性过程实施方案的流程图。
图10是根据示例性实施方案的通过多路复用SAW装置具体实施的示例性过程实施方案的流程图。
图11是根据示例性实施方案的通过多路复用SAW装置具体实施的示例性过程实施方案的流程图。
图12是根据示例性实施方案的通过多路复用SAW装置具体实施的示例性过程实施方案的流程图。
具体实施方式
表面声波(SAW)传感器或体声波(BAW)传感器被用来测定或监控介质例如液体、固体、气体或生物学介质中存在的被分析物(有时称为目标材料)。SAW传感器可包括被构造成在SAW传感器表上与一种或多种被分析物结合的受体。当将含有一种或多种被分析物的样品介质置于SAW传感器上时，在被分析物与受体之间发生物理、化学或电学反应。使用所得变化来测定或监控被分析物的含量。
SAW装置可包括压电基板、位于该压电基板表面的一部分上的输入叉指换能器(IDT)(有时称为传输IDT)、以及位于该压电基板的另一部分上的输出IDT(有时称为接收IDT)。可使用激励信号激励该传输IDT。例如，激励信号可包括各种信号中的至少一种，该各种信号包括但不限于脉冲电压、正弦电信号、调频、线性调频、双曲调频、正交频率编码、随机调制、连续相位调制、频移键控、多频移键控、相移键控、小波调制、宽带信号等。由于压电效应，传输IDT产生表面声波，该表面声波沿着IDT之间的空间(通常称为延迟线)在该接收IDT的方向上传播。在沿着延迟线传播之后，表面声波的波长可由于被分析物与受体之间的物理、化学或电学反应而改变。表面声波到达接收IDT，并且通过压电效应，该接收IDT将表面声波转化为接收信号例如电信号。
一些实施方案中，将受体(也称为敏感层)放置在延迟线上。当将敏感层暴露于被分析物例如具体的气体、化学材料、生物材料等时，该敏感层中发生可量化的改变，使得随着表面声波沿着延迟线传播，该敏感层调制或改变该表面声波。例如，随着表面声波传播跨越该敏感层，该表面声波的相位、速度、振幅或频率可能被改变。
通过比较激励信号与接收信号，可量化被分析物的特征。例如，表面声波速度或振幅的变化可对应于接收信号相对于激励信号的振幅、频率、相移或时间延迟的变化。据此，SAW传感器有利地提供测量几乎任何物理或化学干扰的能力，该物理或化学干扰影响SAW的传播并且将会造成输出电信号的改变。
此外，随着表面声波沿着延迟线传播，存在显著且可测的接收信号相对于激励信号的延迟。这一延迟可至少部分地归因于延迟线的长度。因此，一些实施方案中，使用各自具有不同长度的延迟线的多个SAW传感器。因为延迟线的长度影响接收信号的延迟，多个SAW传感器的每个接收信号可能具有不同的延迟。因此，在一些例子中，SAW装置可同步使用多个SAW传感器(具有不同的延迟线长度)来测量多个被分析物。
一些实施方案中，将接收IDT替换为反射器。表面声波穿过延迟线，从该反射器反射出来，并且返回经过延迟线，之后回到传输IDT。
对于生物传感器，当生物分子如蛋白质、抗体、抗原、脱氧核糖核酸(“DNA”)、核糖核酸(“RNA”)、细菌、动物细胞、病毒或组织以及自其生成的毒素结合到生物传感器表面时，该传感器的表面质量改变，并因此在该传感器中出现信号漂移。结果，生物传感器可测定或监控目标材料的含量。
单向SAW传感器
图1A是根据一些实施方案的表面声波(SAW)装置100的示意图。SAW装置100包括压电基板(未示出)和具有不同长度112、114、116、118、120的延迟线126的SAW传感器102、104、106、108、110的阵列。在本文的一些例子中，针对传感器102描述SAW装置100。但是，其它SAW传感器104、106、108、110中的一些或全部可具有与针对SAW传感器102所描述的那些类似或不同的部件。
SAW传感器102位于基板上，并且包括将表面声波激励进入该压电基板的传输叉指换能器(IDT)122。SAW传感器102还包括在表面声波传播通过该基板后检测该表面声波的接收IDT 124，两对将IDT 122、124电连接到电气元件的电触头132、134。
SAW装置100可包括各种压电基板，例如36°Y石英、36°YX钽酸锂、128°YX铌酸锂、硅酸镓镧、钽酸镓镧、铌酸镓镧、锆钛酸铅、硫化镉、块磷铝矿、碘酸锂、四硼酸锂、或氧化铋锗中的一种或多种的组合。一些实施方案中，SAW装置100使用其上附接有多个SAW传感器102、104、106、108、110的单个压电基板。一些实施方案中，SAW传感器102、104、106、108、110中的一个或多个可使用不同的压电基板(例如，第一SAW传感器102附接到第一压电基板上，而第二SAW传感器104附接到第二压电基板上)。
传输IDT 122(有时称为输入IDT)将激励信号转换或转化为表面声波并将该表面声波传输到压电基板内，使得该表面声波沿着延迟线126传播通过该基板。激励信号可通过硬件例如本文所述的波形发生器生成，并且可包括多种信号，包括但不限于，脉冲电压、正弦电信号、调频、线性调频、双曲线调频、正交频率编码、随机调制、连续相位调制、频移键控、多频移键控、相移键控、小波调制等。一些实施方案中，使用单个激励信号激励SAW装置100的每个传输IDT 122。例如，激励信号可被RF开关接收，RF开口将一些或全部传输IDT122上的传输同步化。一些实施方案中，SAW传感器102、104、106、108、110中的至少一部分不被同步激励。例如，可依序激励SAW传感器102、104、106、108、110中的两个或更多个。
传输IDT 122可经由电触头132(例如，接触垫)接收激励信号。例如，SAW传感器102可包括用于接收激励信号的第一对电触头132。该对电触头132包括正负组件，可用于将传输IDT 122与内部或外部电气组件例如电压电源连接。例如，为了生成表面声波，通过电触头132将电压电源连接到传输IDT 122，该电触头包括用于连接到激励源的正电压的正触头和用于连接到负电压的负触头(例如，系统电气接地)。
一旦被激励(例如，当被施加电压或激励信号时)，传输IDT的阵列生成多个表面声波，该表面声波沿着每个SAW传感器102、104、106、108、110的延迟线126传播通过基板。作为非限制性实例，第一表面声波被生成并沿着对应于SAW传感器102的第一延迟线传输，第二表面声波被生成并沿着对应于SAW传感器104的第二延迟线传输，第三表面声波被生成并沿着对应于SAW传感器106的第三延迟线传输，第四表面声波被生成并沿着对应于SAW传感器108的第四延迟线传输，并且第五表面声波被生成并沿着对应于SAW传感器110的第五延迟线传输。表面声波可具有不同的频率。例如，表面声波的频率可以是大约50、100、150、200、250、300、350、400、500、600、700、800、900或1000MHz(+/-大约25MHz)。同样，表面声波的频率可以低于100MHz，高于100MHz、高于300MHz、高于500MHz、或高于1000MHz。
在一些例子中，表面声波的频率可至少部分地取决于压电基板的类型或组成。例如，对于具有激励纯或弱剪切水平模式生成的压电基板(非限制性实例：36°Y石英、36°YX钽酸锂、硅酸镓镧、钽酸镓镧、铌酸镓镧、锆钛酸铅、硫化镉、块磷铝矿、碘酸锂、四硼酸锂和氧化铋锗)的SAW传感器，表面声波的频率可以高于100MHz。
一些实施方案中，SAW装置100包括薄引导层(未显示)，该层在表面声波传播通过基板时限制该表面声波。
接收IDT 124(有时称为输出IDT)在有限时间延迟后接收表面声波(例如，在表面声波从传输IDT 122传播通过延迟线到达接收IDT 124后)。接收IDT 124将传播的表面声波(例如，沿着延迟线126传播之后的表面声波)转换为接收信号(例如，电信号)。如本文所述，一些实施方案中，由于不同的延迟线长度112、114、116、118、120，SAW装置100的表面声波全部可在独立的时间点抵达或到达相对应的接收IDT 124。例如，每个传输IDT 122可同步地沿着延迟线126传输表面声波。因为每个SAW传感器102、104、106、108、110的延迟线长度112、114、116、118、120可能不同，在到达相对应的接收IDT 124之前，表面声波需要不同的时间段来传播跨越相对应的延迟线126。因此，接收信号(或接收信号的脉冲)的各种延迟可能至少部分地基于不同的SAW传感器102、104、106、108、110的延迟线126之间的长度差。
SAW装置100可包括位于延迟线126每一侧的电触头132、134(例如，接触垫)的阵列。例如，SAW传感器102可包括两对电触头132、134，每对具有正组件和负组件。正负组件可用于IDT与内部和外部电气组件例如(举几个例子)电压电源或相位检测集成电路的电连接。例如，为了生成表面声波，通过电触头132将电压连接到传输IDT 122，该电触头包括用于连接到激励源的正电压的正触头和用于连接到负电压的负触头(例如，系统电气接地)。同样，为了在表面声波传播通过基板收接收该表面声波，接收IDT 124包括或被连接到两个用于与外部测量系统的正负电极(例如，RF开关或RF放大器)连接的两个触头(正触头和负触头)。
一些实施方案中，随着SAW传感器102、104、106、108、110的数目增加，触头132、134的数目成正比地增加。例如，尽管SAW装置100被示例性说明为包括五个SAW传感器102、104、106、108、110，但可使用任何数目的SAW传感器(例如，1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或更多个)。因此，因为触头数目可随着SAW传感器数目增加而成正比地增加，触头尺寸和数目构成了对于SAW装置100尺寸的一个限制因素。
据此，虽然图1A中没有示出，但在一些实施方案中，多路复用SAW装置100的一些或每个SAW传感器102、104、106、108、110的触头132、134被接合或连接在一起。这可有利地导致多路复用SAW装置100尺寸的减小、成本的降低(例如，由于成本与芯片尺寸成正比地增加)、或可能的SAW传感器102、104、106、108、110数目的增加(从而增加可检测的被分析物的数目)。例如，可将每个传输IDT的正接触垫接合在一起，并且也可将每个传输IDT的负接触垫接合在一起。同样，可将每个接收IDT的相应正接触垫或负接触垫接合在一起。这一连接可出现在SAW装置100自身上(例如，具有多层金属化过程和常用接触垫的压电基板的情况下)，或可出现在SAW装置100之外(例如，使用外部印刷电路板(PCB))。常用接触垫的连接(例如，正与正、负与负)有助于SAW装置100芯片尺寸的减小。例如，参照图1A，SAW装置100的用于外部连接的触头总数可减少到四种类型(例如，用于传输IDT 122的正负触头，和用于接收IDT 124的正负触头)。触头总数可减少到四个，而无论SAW装置100中的SAW传感器数目如何。
尽管SAW传感器102、104、106、108、110被布置为按顺序排列，延迟线长度112、114、116、118、120在尺寸上从第一传感器102到最后一个传感器110逐步增加，但应注意，SAW传感器102、104、106、108、110可以任何顺序排列(例如，不按照对应于延迟线112、114、116、118、120的次序)。此外，尽管在示例性实例中每个SAW传感器102、104、106、108、110的延迟线长度112、114、116、118、120是不同的，但在一些实施方案中，延迟线长度112、114、116、118、120中的一个或多个可以是相同的。
一些实施方案中，延迟线126包括铝或金层，或含聚合物、SiO2或ZnO的流动层。通过缀合一层受体例如结合来自流体的被分析物的抗体、蛋白质、适配体或配套，使得延迟线具有生物活性。同样，传感器可通过结合到化学敏感界面而检测流体中的化学物质。
一些实施方案中，延迟线126(或位于延迟线上或附近的引导层、敏感层或传感区域)提供用于附接来自介质(例如流体)的被分析物(例如，生物学或化学被分析物)的机制。例如，图1A示例性说明一种流体槽128，其覆盖SAW传感器阵列106的至少一部分(例如，延迟线126的一部分)并且被构造成将被分析物递送到延迟线126或传感区域。
一些实施方案中，敏感层被附接到位于传输IDT 122和接收IDT 124之间的每个SAW传感器的表面上(例如，延迟线126上)。当将敏感层暴露于元素(非限制性实例：其它、化学材料、生物材料)时，该敏感层被改变，使得其对正在传播的波造成可量化的改变(例如，振幅、速度等的改变)。例如，可通过检测激励信号和接收信号在振幅、相位、频率或时间延迟方面的变化来测量该改变。
在一些例子中，可能希望使用单个SAW装置同步地检测、监控或测量多种被分析物。例如，举几个例子，对于生物材料如传染病诊断或者挥发性有机化合物检测来说，检测多种被分析物可能是有益的。本文所述的一些实施方案中，可通过SAW装置100同步地检测或测量多种被分析物。例如，每个SAW传感器102、104、106、108、110的不同延迟线长度112、114、116、118、120有利地导致与SAW传感器102、104、106、108、110关联的接收信号之间的时间延迟。通过延迟该接收信号使得它们在时间延迟上各自独立，SAW装置100有利地允许对例如样品介质中的一种或多种被分析物进行测试。例如，接收信号可被组合为压缩脉冲串。压缩脉冲串的脉冲各自具有对应于延迟线长度差的特异性时间延迟。一些实施方案中，可提取压缩脉冲串的脉冲或其它信息。
图1B示例性说明根据一些实施方案的对应于图1A的SAW装置100的时间域激励信号(TX)156、158和接收信号(RX)140、150。如本所述，图1A的SAW装置100包括五个SAW传感器102、104、106、108、110的阵列，每个传感器具有不同长度112、114、116、118、120的延迟线126。例如，可从下述方程1测定每根延迟线的长度：
延迟线长度＝L1+(n-1)*ΔL
其中L1是最短延迟线的长度(例如，长度112)，n当所有SAW传感器102、104、106、108、110从最短延迟线到最常延迟线排序时对应于SAW传感器次序号的数字(例如，对于具有最短延迟线112的SAW传感器102，n＝1；对于具有次短延迟线114的SAW传感器，n＝2；对于具有最常延迟线120的SAW传感器110，n＝5)，并且ΔL 130是当SAW传感器102、104、106、108、110按照延迟线长度排列时后续SAW传感器之间的延迟线长度差。但是，应注意到，尽管在示出的示例中每根延迟线长度112、114、116、118、120以ΔL 130的系数彼此不同，但延迟线126可具有任何长度并且因此无需以锁定步进或其它模式增加。因此，由此可见，用于测定延迟线长度的方程1可依据特定延迟线长度而变化。另选地，可以是用于测定延迟线长度112、114、116、118、120的方程无一可用的情况。一些实施方案中，延迟线长度存储在存储器中。一些实施方案中，延迟线长度是预设的。
继续参考图1A和1B，激励信号(TX)156被SAW装置100接收，并且每个SAW传感器102、104、106、108、110被同步激励。这一实例中，激励信号(TX)156是脉冲电压。但是，如本文所述，激励信号(TX)156可以是各种信号的一个或多个。例如，激励信号(TX)156可以是覆盖频谱的调频信号。一些实施方案中，该调频信号可有利地提供比定频激励信号更高的功率增益。
激励信号(TX)156激励传输IDT 122的阵列并且生成表面声波的阵列，该表面声波沿着每个SAW传感器102、104、106、108和110的延迟线126传播。接收IDT 124接收被传播的表面声波，并且将该表面声波转化为接收信号(RX)140、150的脉冲141、142、143、144、145。如本文所述，每个SAW传感器102、104、106、108、110的延迟线长度112、214、116、118、120是不同的。因此，表面声波将在多个时间到达多个接收IDT 124。据此，接收信号(RX)140的单个脉冲141、142、143、144、145各自延迟不同的时间段，对应于延迟线126的不同长度112、114、116、118、120。即使SAW传感器102、104、106、108、110被同步激励，接收信号(RX)140的单个脉冲141、142、143、144、145之间的这一时间延迟仍然出现。
换句话说，由于延迟线126的不同长度112、114、116、118、120的传播延迟，SAW传感器102、104、106、108、110生成电信号141、142、143、144、145的脉冲串。针对图1B的实例，激励脉冲(TX)156与接收信号(RX)140的第一脉冲141(例如，对应于具备具有最短长度112的延迟线126的SAW传感器102的脉冲141)之间的时间延迟(Td)136由下述方程2给出：
Td＝L1/v
其中L1是最短延迟线的延迟线长度(例如，长度112)，并且v是表面声波速度，其中，波的表面声波速度(v)是该表面声波在具体空间中传播(例如，通过基板)的速率。
接收信号(RX)140的后续脉冲141、142、143、144、145之间的时间延迟(ΔTd)138由下述方程3给出：
ΔTd＝ΔL/v
其中ΔL 130是当SAW传感器102、104、106、108、110按照延迟线长度排序时后续SAW传感器之间的延迟线长度差，并且v是表面声波速度。
可通过多种途径测量第一脉冲141与激励信号156之间的时间延迟(Td)136。例如，时间延迟(Td)136可对应于每个脉冲的中心、起始、末端之间的时间差。一些例子中，时间延迟(Td)136可对应于每个脉冲141、156的相应区域之间的时间差。时间延迟(ΔTd)138可使用相似的技术测定。
作为非限制性实例，传感器具有4mm的最短延迟线长度(L)(例如，SAW传感器102的延迟长度112)并且附接到36°LiTaO3压电基板。行进通过36°LiTaO3压电基板的表面声波具有4212m/sec的速度(v)。因此，对于单向SAW传感器，最短长度(L1)112的延迟线将会令第一脉冲141延迟大约0.95μs。此外，由于大约0.3mm的延迟线长度差(ΔL)130，接收信号(RX)140的每个接收脉冲141、142、143、144、145之间的时间延迟(ΔTd)为大约71ns。
一些实施方案中，以恒定周期(Tp)152、154(例如，以10、20、30、40、50、100、200、400或500μs的间隔)连续激励SAW传感器102、104、106、108、110，以生成多个接收信号(RX)140、150。在诸如此类的实例中，例如，可将接收信号(RX)140、150(例如，接收信号140、150的脉冲141、142、143、144、145)取平均以测定具有降低的接收噪声的接收信号(RX)。一些实施方案中，时间延迟(例如，Td、ΔTd)可能是ns至μs的数量级。
双向SAW传感器
图2A是根据一些实施方案的表面声波(SAW)装置200的示意图。多路复用SAW装置200包括压电基板(未示出)和SAW传感器202、204、206、208、210的阵列，其中SAW传感器202、204、206、208、210各自的延迟线长度212、214、216、218、220是不同的。在本文的一些例子中，将针对传感器202描述SAW装置200。其它SAW传感器204、206、208、210各自可具有与针对SAW传感器202所描述的那些类似或不同的部件。
SAW传感器202可包括将表面声波传输到该压电基板中并检测所反射的SAW的传输/接收IDT 222。SAW传感器202也可包括将SAW朝着传输/接收IDT 222反射回去的反射器224，以及一对用于IDT电连接的电触头232。
SAW装置200可包括各种压电基板，例如36°Y石英、36°YX钽酸锂、128°YX铌酸锂、硅酸镓镧、钽酸镓镧、铌酸镓镧、锆钛酸铅、硫化镉、块磷铝矿、碘酸锂、四硼酸锂、或氧化铋锗中的一种或多种的组合。一些实施方案中，多路复用SAW装置200使用其上存在有多个SAW传感器202、204、206、208、210的单个压电基板。一些实施方案中，SAW传感器202、204、206、208、210中的一个或多个可使用不同的压电基板(例如，第一SAW传感器202位于第一压电基板上，而第二SAW传感器204位于第二压电基板上)。
传输/接收IDT 222将激励信号转换或转化为表面声波并将该表面声波传输到压电基板内，使得该表面声波沿着延迟线226传播通过该基板。激励信号可包括各种信号，包括但不限于，脉冲电压、调频信号、正弦电信号等。一些实施方案中，使用激励信号，例如，使用RF开关同步激励SAW装置200内SAW传感器202、204、206、208、210的传输IDT，以将传输同步化。一些实施方案中，SAW传感器102、104、106、108、110中的至少一部分不被同步激励(例如，SAW传感器202和204可依序激励)。
传输/接收IDT 222可经由电触头232(例如，接触垫)的阵列接收激励信号。例如，SAW传感器202可包括用于接收激励信号的一对电触头232。该对电触头232包括正负组件，可用于将传输/接收IDT 222与内部或外部电气组件例如电压电源连接。例如，为了生成表面声波，通过电触头232将电压连接到传输/接收IDT 222，该电触头包括用于连接到激励源的正电压的正触头和用于连接到负电压的负触头(例如，系统电气接地)。触头232也可用来与外部测量系统(例如RF开关或RF放大器)的正负电极连接。
一旦被激励，传输/接收IDT的阵列生成表面声波的阵列，该表面声波沿着每个SAW传感器202、204、206、208、210的延迟线226传播通过基板。表面声波可具有不同的频率。例如，表面声波的频率可以是大约50、100、150、200、250、300、350、400、500、600、700、800、900或1000MHz(+/-大约25MHz)。同样，表面声波的频率可以低于100MHz，高于100MHz、高于300MHz、高于500MHz、或高于1000MHz。
在一些例子中，表面声波的频率可至少部分地取决于压电基板的类型或组成。例如，对于具有激励纯或弱剪切水平模式生成的压电基板(非限制性实例：36°Y石英、36°YX钽酸锂、硅酸镓镧、钽酸镓镧、铌酸镓镧、锆钛酸铅、硫化镉、块磷铝矿、碘酸锂、四硼酸锂和氧化铋锗)的SAW传感器206，表面声波的频率可以高于100MHz。
一些实施方案中，多路复用SAW装置200包括薄引导层(未显示)，该层在表面声波传播通过基板时限制该表面声波。
传输/接收IDT 222也在表面声波从反射器224反射出来并且该表面声波传播返回通过基板之后接收该表面声波。传输/接收IDT 222将被传播的表面声波转换为接收信号。一些实施方案中，多个表面声波在不同的时间各自抵达或到达多个传输/接收IDT。例如，如上所述，每个传输/接收IDT可将表面声波同步传输到基板中。因为对于每个SAW传感器202、204、206、208、210，SAW传感器202、204、206、208、210的延迟线的长度212、214、216、218、220是不同的，表面声波传播跨越不同的延迟线长度并且基于延迟线的长度变化而在不同时间到达每个传输/接收IDT。可从该接收信号生成压缩脉冲串。压缩脉冲串的脉冲可具有对应于延迟线长度差的特异性时间延迟。一些实施方案中，可提取压缩脉冲串的脉冲或其它信息。
SAW装置200包括位于延迟线226每一侧的电触头232(例如，接触垫)的阵列。例如，每个SAW传感器202、204、206、208、210可包括一对电触头232，每对具有正组件和负组件。正负组件可用于IDT与内部和外部电气组件例如(举几个例子)电压电源或相位检测集成电路的电连接。例如，为了生成表面声波，通过电触头232将电压连接到传输/接收IDT 222，该电触头包括用于连接到激励源的正电压的正触头和用于连接到负电压的负触头(例如，系统电气接地)。同样，传输/接收IDT 222的正负触头也可与外部测量系统(例如RF开关或RF放大器)的正负电极连接。
一些实施方案中，随着SAW传感器202、204、206、208、210的数目增加，触头232的数目成正比地增加。例如，尽管SAW装置200被示例性说明为包括五个SAW传感器202、204、206、208、210，但可使用任何数目的SAW传感器(例如，1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或更多个)。因此，因为所需触头的数目可随着SAW传感器数目增加而成正比地增加，触头尺寸和数目构成了对于装置尺寸的一个限制因素。
据此，虽然图2A中没有示出，但在一些实施方案中，多路复用SAW装置200的一些或每个SAW传感器202、204、206、208、210的接触垫被接合或连接在一起。这可有利地导致SAW装置200尺寸的减小、成本的降低(例如，由于成本与芯片尺寸成正比地增加)、或可能的SAW传感器数目的增加(从而增加可检测的被分析物的数目)。例如，可将每个传输/接收IDT的正接触垫接合在一起，并且也可将每个传输/接收IDT的负接触垫接合在一起。这一连接可出现在SAW装置200自身上(例如，具有多层金属化过程和常用接触垫的压电基板的情况下)，或可出现在SAW装置200之外(例如，使用外部印刷电路板(PCB))。常用触头的连接(例如，正与正、负与负)有助于传感器芯片尺寸的减小。例如，可将用于外部连接的触头数减少到两个类型(例如，用于传输/接收IDT的正负触头)，而无论多路复用SAW装置200中SAW传感器202、204、206、208、210的数目如何。
每个SAW传感器202、204、206、208、210的不同延迟线长度212、214、216、218、220造成表面声波在不同的时间到达传输/接收IDT。因此，机遇延迟线的长度变化，来自每个SAW传感器的接收信号被延迟各种时间。根据延迟线的长度差，可生成具有特异性时间延迟的压缩脉冲串。该压缩脉冲的相位或其它信息是可提取的。
尽管SAW传感器202、204、206、208、210被布置为按顺序排列，延迟线长度212、214、216、218、220上从第一传感器到最后一个传感器逐步增加，但应注意，SAW传感器202、204、206、208、210可以任何顺序排列(例如，不按照对应于延迟线212、214、216、218、220的次序)。此外，尽管在示例性实例中每个SAW传感器202、204、206、208、210的延迟线长度212、214、216、218、220是不同的，但在一些实施方案中，延迟线长度中的一个或多个可以是相同的。
一些实施方案中，延迟线226包括铝或金层，或含聚合物、SiO2或ZnO的流动层。通过缀合一层受体例如结合来自流体的被分析物的抗体、蛋白质、适配体或配套，使得延迟线具有生物活性。同样，传感器可通过结合到化学敏感界面而检测流体中的化学物质。
一些实施方案中，延迟线226(或位于延迟线上的引导层、敏感层或传感区域)提供用于附接来自介质(例如流体)的被分析物(例如，生物学或化学被分析物)的机制。例如，图2A示例性说明一种流体槽228，其覆盖SAW传感器202、204、206、208、210阵列的至少一部分(例如，延迟线226的一部分)并且被构造成将被分析物递送到延迟线226或传感区域。
一些实施方案中，敏感层驻留在位于传输/接收IDT 222和反射器224之间的每个SAW传感器202、204、206、208、210的表面上(例如，延迟线226上)。当将敏感层暴露于元素(非限制性实例：其它、化学材料、生物材料)时，该敏感层被改变，使得其对正在传播的波造成可量化的改变(例如，振幅、速度等的改变)。例如，可通过检测输入和输出电信号在振幅、相位、频率或时间延迟方面的变化来测量该改变。
在一些例子中，可能希望使用单个SAW装置同步地检测、监控或测量多种被分析物。例如，单个SAW装置可能是更加省时。此外，举几个例子，对于生物材料如传染病诊断或者挥发性有机化合物检测来说，检测多种被分析物可能是有益的。本文所述的一些实施方案中，可通过SAW装置200同步地检测或测量多种被分析物。例如，每个SAW传感器202、204、206、208、210的不同延迟线长度212、214、216、218、220有利地导致与SAW传感器202、204、206、208、210关联的接收信号之间的时间延迟。通过延迟该接收信号使得它们在时间延迟上各自独立，SAW装置200有利地允许对多种被分析物进行测试。例如，接收信号可被组合为压缩脉冲串。压缩脉冲串的脉冲各自具有对应于延迟线长度差的特异性时间延迟。一些实施方案中，可提取压缩脉冲串的相位或其它信息。
图2B示例性说明根据一些实施方案的对应于图2A的SAW装置200的时间域激励信号(TX)256、258和接收信号(RX)240、250。如本所述，图2A的SAW装置200包括五个SAW传感器202、204、206、208、210的阵列，每个传感器具有不同长度212、214、216、218、220的延迟线226。例如，可从下述方程4测定每根延迟线的长度：
L2+(n-1)*ΔL2
其中L2是最短延迟线的长度(例如，长度212)，n是当所有SAW传感器202、204、206、208、210从最短延迟线到最常延迟线排序时对应于SAW传感器次序号的数字(例如，对于具有最短延迟线212的SAW传感器202，n＝1；对于具有次短延迟线214的SAW传感器，n＝2；对于具有最常延迟线220的SAW传感器210，n＝5)，并且ΔL 230是当SAW传感器202、204、206、208、210按照延迟线长度排列时后续SAW传感器之间的延迟线长度差。但是，应注意到，尽管在示出的示例中每根延迟线长度212、214、216、218、220以ΔL2 230的系数彼此不同，但延迟线226可具有任何长度并且因此无需以锁定步进或其它模式增加。因此，由此可见，用于测定延迟线长度的方程4可依据特定延迟线长度而变化。另选地，可以是用于测定延迟线长度212、214、216、218、220的方程无一可用的情况。
继续参考图2A和2B，激励信号(TX)256被SAW装置200接收，并且每个SAW传感器102、104、106、108、210被同步激励。这一实例中，激励信号(TX)256是脉冲电压。但是，如本文所述，激励信号(TX)256可以是各种信号的一个或多个。例如，激励信号(TX)256可以是覆盖频谱的调频信号。一些实施方案中，该调频信号可有利地提供比定频激励信号更高的功率增益。
激励信号(TX)256激励传输/接收IDT 222的阵列，生成表面声波的阵列。在到达反射器224之前，表面声波沿着每个SAW传感器202、204、206、208、210的延迟线226传播。反射器224沿着延迟线发出该表面声波的回声或将该表面声波反射回去。表面声波再一次传播通过延迟线226，之后被传输/接收IDT 222接收，生成接收信号(例如，通过将表面声波转换成电信号)。传输/接收IDT 222。应注意到，在一些例子中，反射性延迟线SAW传感器(例如，具有反射器的SAW传感器)可包括多个IDT(例如，传输IDT和接收IDT)或传输和接收的单个IDT。
传输/接收IDT 222接收被传播的表面声波，并且将该表面声波转化为接收信号(RX)240、250的脉冲241、242、243、244、245。如本文所述，每个SAW传感器202、204、206、208、210的延迟线长度212、214、216、218、220是不同的。因此，表面声波将在多个时间到达多个接收IDT 222。据此，接收信号(RX)240的单个脉冲241、242、243、244、245各自延迟不同的时间段，对应于延迟线226的不同长度212、214、216、218、220。即使SAW传感器202、204、206、208、210被同步激励，接收信号(RX)240的单个脉冲241、242、243、244、245之间的这个时间延迟仍然出现。
换句话说，由于延迟线226的不同长度212、214、216、218、220的传播延迟，SAW传感器202、204、206、208、210生成电信号241、242、243、244、245的脉冲串。针对图2B的实例，激励脉冲(TX)256与接收信号(RX)240的第一脉冲241(例如，对应于具备具有最短长度212的延迟线226的SAW传感器202的脉冲241)之间的时间延迟(Td)236由下述方程5给出：
Td＝2*L2/v
其中L2是最短延迟线的延迟线长度(例如，长度212)，并且v是表面声波速度。因为表面声波沿着延迟线传播两次，即使延迟线长度是相同的，延迟时间(Td)236仍然是SAW装置100(具有单向SAW传感器)延迟时间(Td)136的两倍(见，例如图1B和2B)。
接收信号(RX)240的后续脉冲241、242、243、244、245之间的时间延迟差(ΔTd)238由下述方程6给出：
ΔTd＝2*ΔL2/v
其中ΔL2 130是当SAW传感器202、204、206、208、210按照延迟线长度排序时后续SAW传感器之间的延迟线长度差，并且v是表面声波速度。因为表面声波沿着延迟线传播两次，即使延迟线长度是相同的，延迟时间差(ΔTd)238仍然是SAW装置100(具有单向SAW传感器)延迟时间差(ΔTd)138的两倍。
可通过多种途径测量第一脉冲241与激励信号256之间的时间延迟(Td)236。例如，时间延迟(Td)236可对应于每个脉冲的中心、起始、末端之间的时间差。一些例子中，时间延迟(Td)236可对应于每个脉冲241、256的相应区域之间的时间差。时间延迟(ΔTd)238可使用相似的技术测定。
作为非限制性实例，传感器具有4mm的最短延迟线长度(L)(例如，SAW传感器202的延迟长度212)并且附接到36°LiTaO3压电基板。行进通过36°LiTaO3压电基板的表面声波具有4212m/sec的表面声波速度(v)。因此，对于单向SAW传感器，最短长度(L2)212的延迟线将会令第一脉冲241延迟大约1.9μs。此外，如图2A所示，由于大约0.3mm的延迟线长度差(ΔL2)230，接收信号(RX)240的每个接收脉冲241、242、243、244、245之间的时间延迟(ΔTd)238为大约142ns。
一些实施方案中，以恒定周期(Tp)252、254(例如，以10、20、30、40、50、100、200、400或500μs的间隔)连续激励SAW传感器202、204、206、208、210，以生成多个接收信号(RX)240、250。在诸如此类的实例中，例如，可将接收信号(RX)240、250(例如，接收信号240、250的脉冲241、242、243、244、245)取平均以测定具有降低的接收噪声的接收信号(RX)。一些实施方案中，时间延迟(例如，Td、ΔTd)可能是ns至μs的数量级。
图3A至3B示例性说明根据一些实施方案的多路复用SAW测量系统的方框图。图3A的多路复用SAW测量系统300A包括波形发生器360、第一放大器362、SAW传感器阵列364、第二放大器366、反褶积模块368、滤波模块370、以及相位检查模块372。图3B的多路复用SAW测量系统300B还包括RF开关376。
波形发生器360生成激励信号。例如，激励信号可包括脉冲电压(例如，如图1B和2B中所示)、调频信号(例如，线性调频、双曲调频等)、啁啾信号等。一些实施方案中，可通过控制器来控制波形发生器，该控制器包括一个或多个硬件处理器(非限制性实例：启动按钮)。波形发生器360可生成多个频率中任一个的信号。例如，波形发生器360可生成频率为大约50、100、150、200、250、300、350、400、500、600、700、800、900或1000MHz(+/-大约25MHz)的信号。此外或另选地，波形发生器可生成覆盖频谱的调频信号。在一些例子中，频谱具有比定频更高的功率增益。
第一放大器362放大由该波形发生器360生成的激励信号。一些实施方案中，放大器362是射频放大器(RF放大器)。
放大的激励信号被施加到SAW传感器阵列364。SAW传感器阵列364可能与本文所述的任何SAW传感器类似。例如，SAW传感器阵列364可包括具有传输延迟线的SAW传感器(例如，针对图1A描述的)，使得SAW传感器包括与接收IDT反向的传输IDT。此外或另选地，SAW传感器阵列364可包括具有反射性延迟线的SAW传感器(例如，针对图2A描述的)，使得SAW传感器包括与反射器反向的传输/接收IDT。如本文所述，阵列364的每个SAW传感器可具有不同长度的延迟线。激励信号被SAW传感器阵列364接收，并且SAW传感器阵列364生成接收信号(Rx)，例如针对图1B和2B描述的接收信号(Rx)140、240。
一些实施方案中，如图3B中所示，系统300B可包括RF开关376以将激励信号同步施加到每个SAW传感器。例如，RF开关376可将激励信号同步到传感器阵列364。通过将激励信号同步到传感器阵列364，所得的相位检测结果(如下所述)可提供比传感器阵列364的非同步激励更准确的测量结果。
第二放大器366放大由SAW传感器364生成的接收信号(Rx)。一些实施方案中，放大器366是RF放大器。所接收的信号(Rx)使用信号反褶积368进一步处理，并随后经匹配滤波370以产生压缩脉冲串。
例如，信号反褶积368可用来逆转在传播过程中影响表面声波的物理或化学干扰效果。例如，物理或化学干扰(例如，与环境温度、粘度、应力、压力、速度等相关的干扰)可能影响表面声波的传播，从而改变接收信号。一些例子中(例如，针对图4描述的)，可使用参考通道测量不与待测被分析物相关的物理或化学干扰。通过测量或测量物理化学干扰，可在信号反褶积368过程中调节接收信号以去除干扰可能已经造成的改变。
如本文所述，所接收的信号(Rx)包括对应于SAW传感器阵列364的每个SAW传感器的多个脉冲或信号。可使用脉冲来测定另一个脉冲和/或激励信号之间的振幅、相位、频率或时间延迟中至少一者的变动。例如，多路复用SAW测量系统300A、300B包括相位检测372，其可测定对应于多个相对于彼此的脉冲中的每一个和/或激励信号的相位374。例如，SAW传感器的延迟线长度差导致所接收的信号(Rx)的脉冲间的时间延迟。压缩脉冲串的脉冲间的时间域位移对应于与特定SAW传感器相关联的相移。例如，可使用软件程序或现场可编程门控阵列(FPGA)硬件、硬件处理器等测定相移。
所得系统300A、300B提供同步激励和传感的优点。在匹配的滤波系统中进行所接收的传感器信号(Rx)的测量，允许同步传感多个目标或生物剂。因此，个体传感器可指示与其特异性反应的个体物质的存在。可通过测量信号的相位变化提供有关存在物质的量的指示。整体而言，传感器芯片(例如，SAW装置100、SAW装置200、SAW传感器阵列364)因此形成具有其多个独立传感器元件的检测器，该检测器能在一个测试过程中同步鉴别大量的各种物质。
图4示例性说明根据一些实施方案的SAW装置400的示意图。SAW装置400包括具有反射延迟线420、427、410、417的多个SAW传感器402、404。SAW装置400包括两根用作传感通道480的延迟线，其中该延迟线表面固定有用于捕捉具体被分析物的生物材料(例如，抗体)。SAW装置400还包括两根用作测量任何环境效应例如温度、应力等所用的参考通道482的延迟线。本文的一些例子中，SAW装置400将针对传感器402描述。其它SAW传感器404各自可具有与针对SAW传感器402所描述的那些类似或不同的部件。
SAW传感器402或传感通道480包括两个IDT(483、484)、两根延迟线(420、427)和四个反射器(424、425、421、423)，以及传感区域428。如示例性说明的，在一些实施方案(非限制性实施例，当激励信号是宽带时)中，延迟线可具有多个反射器。例如，延迟线420包括第一反射器424和第二反射器425。第一反射器424可构造成反射第一频率的表面声波，并且第二反射器可构造成反射第二频率(例如，不同于第一频率)的表面声波。一些例子中，在单个延迟线上包括多个反射器有利地增强了所匹配的滤波器的性能。SAW传感器404或参考通道482包括两个IDT(485、486)、两根延迟线(410、417)和四个反射器(414、415、411、413)，以及传感区域429。如示例性说明的，SAW装置400的所有参考通道和传感通道的延迟线具有不同的长度412、419、416、418。
一些例子中，传感通道480可具有与图2A的延迟线226相同或相似的特征。例如，传感通道480可用来检测或测量附着到传感区域428的被分析物。表面声波在传感通道480中沿着延迟线420、427被传输。可将被分析物例如生物材料置于传感区域428内。随着表面声波沿着延迟线传播，被分析物调制该波(例如，相位、频率、振幅调制等)。SAW传感器402可生成对应于所调制的表面声波的接收信号。随后，可将接收信号与激励信号比较，以确定被分析物通过何种途径调制该接收信号。随后，至少部分地基于对接收信号的调制，可确定被分析物的特征。
一些例子中，可使用参考通道482来测量不与待测被分析物相关的物理或化学干扰。例如，物理或化学干扰可能影响表面声波的传播，从而改变接收信号。通过测量或确定物理化学干扰(例如，与环境温度、粘度、应力、压力、速度等相关的干扰)，可调节该接收信号以去除可能有该干扰造成的改变。
例如，SAW传感器对于环境温度波动、施加到压电基板上的应力或应变、生物液体(例如，全血、血清和尿液)粘度的影响可能是敏感的。据此，参考通道482可与传感通道480协同使用。被分析物以及如上文所述的环境干扰、化学干扰或物理干扰将会调制或修饰传感通道480的表面声波。在一些例子中，可使用参考通道482使得表面声波不受被分析物的调制，但受到与传感通道相同的干扰调制。随后可改变从传感通道获得的接收信号，以补偿使用参考通道482测定的干扰。
图5示例性说明根据一些实施方案的对应于图4的SAW装置400的激励信号(Tx)556和接收信号(Rx)540的图500。如上所述，SAW装置400包括两个具有反射性延迟线的SAW力传感器402、404。每个SAW装置400具有两个通道(传感通道480和参考通道482)。传感通道420、427对应于延迟线表面固定有用于捕获特定被分析物的生物材料(例如抗体)的位置。参考通道410、417用于测量任何环境效应例如温度、应力等。每个通道具有相对应的延迟线420、427、410、417，其中每根延迟线的长度412、419、416、418是不同的。
在这一示例中，使用中心频率为520MHz且带宽为的啁啾信号(TX)556激励SAW装置400。由SAW装置400生成的响应信号(RX)540含有来自八个反应器(例如，四根延迟线中每一根上的2个反射器)的编码信息。最短延迟线的长度(L)(例如，图4中的长度419)为大约5.4mm，并且反应器之间的长度差(ΔL)为大约0.4mm。据此，在激励信号(TX)556被传输大约2.63μs(Td)536后，接收到响应信号(RX)540的第一个峰或脉冲。此外，在每个后续的峰之间存在大约0.2μs的延迟(ΔTd)。
图6示例性说明对应于图5的接收信号(RX)540的压缩脉冲串(RX)640的图600。在这一实例中，对图5的信号执行反褶积和匹配滤波处理，例如针对图3A至3B描述的那些，以生成压缩脉冲串(RX)640。如示出的，压缩脉冲串(RX)640具有八个峰或脉冲641、642、643、644、645、646、647、648，各自对应于图4的各反射器421、423、424、425、411、413、414、415。
非限制性双向实例
图7示例性说明根据示例性实施方案的传感通道780和参考通道782的实时相移的图100。作为非限制性实例并且参考图4，使用标准光刻技术在厚500μm、直径100mm的36°y切、x传播钽酸锂(LiTaO3)晶片上加工SAW阵列。使用频率为525MHz的激励信号激励SAW装置400。晶片首先在圆筒形灰化器中清洁，并浸泡在1体积％的氢氟酸(HF)中。随后将光刻胶施加到晶片上，使用光刻过程图案化，之后进行钛(10nm)/铝(70nm)金属化和剥离过程以创建IDT、铝波导和反射器。随后将晶片切割为单个小片。
图7显示当装置在0秒、1分钟和5分钟的时间点被引入磷酸盐缓冲盐水(PBS)缓冲液、10pg人体绒毛膜促性腺素(HCG)和100pg HCG时的实时应答。使用RF阅读器作为波形发生器和RF开关来测量传感器402、404(见，例如图4)，例如针对图3A和3B描述的那些。通过RF开关将SAW装置400连接到RF阅读器，该RF开关将RF阅读器和SAW传感器402、404之间的传输和接收信号同步化。RF阅读器提供中心频率为520MHz且带宽为56MHz的线性调频啁啾信号。
数据采集系统同步测量全部四个通道。使用56MHz速率的12位A/D转换器和台式电脑实时记录数据，并使用软件程序执行反褶积和匹配滤波以提取相移。
使用氧等离子体处理SAW装置400以活化表面，并用硅烷PEG-600生物素(Nanocs)涂覆整个装置。传感通道的延迟线的中心区(例如，大约1.5mm x 1mm)被固定有中性亲和素，之后固定生物素化的抗HCG(人体绒毛膜促性腺素)抗体。用HPLC水洗涤过量的抗HCG。然后，将由聚二甲基硅氧烷(PDMS)做成的液体槽(大约1.5mm宽、4mm长、0.25mm厚)置于顶部进行液体引入。记录传感通道780和参考通道782二者的相移以及差值784。
方框图
图8是根据示例性实施方案的多路复用SAW装置的方框图800。如所示例性说明的，SAW装置802可包括多个SAW传感器810、812、814。SAW装置802可接收激励信号806。例如，可直接或间接地传输来自波形发生器的激励信号，如本文所述。如图8中所示，一些实施方案中，激励信号被传输至SAW装置802的一个或多个触头。一些实施方案中，激励信号被传输到RF开关(未显示)。RF开关可以将该激励信号跨越SAW装置801的一个或多个SAW传感器810、812、814的传输同步。一些实施方案中，SAW装置802具有机载RF开关(未显示)。
如本文所述，多个SAW传感器810、812、814接收激励信号806，并且生成电信号820、822、824。硬件处理器804接收电信号820、822、824，并且生成接收信号808，如本文所述。例如，接收信号808可包括压缩脉冲串，其中该脉冲各自对应于SAW传感器810、812、814中的至少一个。一些实施方案中，SAW装置802包括机载硬件处理器。
流程图
图9是示例性说明过程900的实施方案的流程图，该过程通过多路复用SAW装置实现，用于使用具有不同长度的延迟线的多个SAW传感器测定或监控一种或多种被分析物。相关领域技术人员应知悉，所强调的用于过程900的元件可通过多路复用SAW装置的一个或多个计算装置或部件(例如，处理器)、另一计算装置、软件等实现。据此，过程900在逻辑上已经与一般通过处理器实施的相关联，因此，以下示例性实施方案不应视为限制性的。
在方框902，过程900生成激励信号。一些实施方案中，通过硬件，例如通过如本文所述的波形发生器生成激励信号。一些实施方案中，通过软件生成激励信号。如本文所述，一些实施方案中，激励信号包括各种信号中的至少一种，该各种信号包括但不限于脉冲电压、正弦电信号、调频、线性调频、双曲调频、正交频率编码、随机调制、连续相位调制、频移键控、多频移键控、相移键控或小波调制信号。
在方框904，过程900将激励信号传输到SAW装置。可直接或(例如，通过另一元件)间接地将激励信号传输到SAW装置。例如，在一些实施方案中，激励信号被传输到SAW装置的一个或多个接触头，例如SAW装置的正接触头或负接触头。一些实施方案中，激励信号被传输到RF开关。RF开关可以将该激励信号跨越SAW装置的一个或多个SAW传感器的传输同步。
在方框906，过程900接收来自SAW装置的输出信号。一些实施方案中，该信号指示SAW装置的SAW传感器的延迟线长度的一个或多个差。举例而言，如本文中所用，SAW装置可包括多个SAW传感器。SAW传感器各自包括不同长度的延迟线。随着激励信号传播跨越所述延迟线，在传播跨域延迟线后接收的信号相对于彼此是各自时间延迟的。例如，时间延迟对应于延迟线长度的差。一些实施方案中，从SAW装置接收的信号包括多个部分，其中每个部分对应于与SAW装置中每一个SAW传感器相关联的时间延迟信号。例如，所述信号可包括压缩脉冲信号，其中每个脉冲对应于不同的SAW传感器，并且脉冲间的时间差对应于SAW传感器的延迟线长度差。
一些实施方案中，从SAW装置接收的信号指示被加入SAW装置的样品中的一种或多种被分析物。例如，SAW装置的每个SAW传感器可包括被构造成在SAW传感器表上与一种或多种被分析物结合的受体(也称为敏感层)。当将含有一种或多种被分析物的样品介质置于SAW传感器上时，在被分析物与受体之间发生物理、化学或电学反应。随着表面声波沿着对应于所述物理、化学或电学反应的延迟线传播，这一物理、化学或电学反应可改变(例如，在相位、频率或振幅方面)表面声波。因此，从SAW装置接收的信号可通过响应被分析物与受体间的物理、化学或电学反应而指示一种或多种被分析物。
在方框908，过程900可至少部分地基于SAW装置的输出信号测定或监控被引入SAW传感器中的一种或多种被分析物。如本文所述，输出信号可包括所述信号的在相位、频率、振幅等方面具有一个或多个差异的部分。可分析输出信号的部分和/或激励信号之间的相位、频率、振幅等的差异，以测定或监控一种或多种被分析物。
应理解，本文所述的各种方框可依照各种次序实现，并且若需要，过程900可同时实现一个或多个方框和/或改变次序。此外应理解，可使用更少、更多或不同的方框作为过程900的一部分。例如，过程900可包括与过程1000、1100、1200的那些(见，例如图10)类似的方框。
图10是示例性说明过程1000的实施方案的流程图，该过程通过多路复用SAW装置实现，用于使用具有多个SAW传感器的至少一个SAW装置生成接收信号，其中该SAW传感器具有不同长度的不同延迟线。相关领域技术人员应知悉，所强调的用于过程1000的元件可通过硬件实现，例如通过具有多个SAW传感器的SAW装置或硬件处理器是实现，通过多路复用SAW装置的一个或多个计算装置或组件(例如，硬件或其它处理器)、另一计算装置、软件等实现。据此，过程1000在逻辑上已经与一般通过处理器实施的相关联，因此，以下示例性实施方案不应视为限制性的。
在方框1002，过程1000接收激励信号。一些实施方案中，过程1000从硬件(例如，从本文所述的波形发生器)直接或间接地接收该激励信号。该激励信号包括各种信号中的至少一种，该各种信号包括但不限于脉冲电压(例如，Tx 156、Tx 256)、线性调频信号(e例如，Tx 556)、正弦电信号、调频、线性调频、双曲调频、正交频率编码、随机调制、覆盖频谱的信号、连续相位调制、频移键控、多频移键控、相移键控或小波调制信号。一些实施方案中，过程1000在SAW装置处，例如在一个或多个SAW传感器的一个或多个IDT处接收激励信号。
一些实施方案中，激励信号在SAW装置的一个或多个接触头处，例如SAW装置的正接触头或负接触头处被接收。一些实施方案中，激励信号在RF开关处被接收。RF开关可包括或不包括在SAW装置中。RF开关可以将该激励信号跨越SAW装置的一个或多个SAW传感器的传输同步。
在方框1004，过程1000生成多个表面声波。例如，一个或多个IDT中的每一个可将该激励信号转化或转换为表面声波。过程1000(例如，一个或多个IDT)将表面声波传输跨越多个SAW传感器的延迟线。一些实施方案中，SAW传感器各自包括不同长度的延迟线。一些实施方案中，一根或多根延迟线具有相同或基本相同的长度。
在方框1006，SAW装置包括被构造成反射表面声波的一个或多个反射器。例如，多个SAW传感器各自可包括双向传感器阵列，使得其各自包括一反射器。反射器可停留在基板上，位于IDT的对面。表面声波被从IDT传输，并传播通过基板，然后到达反射器。反射器生成该表面声波的回声(或反射该波)，造成表面声波从该反射器传播到IDT(例如，传输IDT、接收IDT等)。因此，在一些实施方案中，表面声波传播通过基板或跨越延迟线多次。应注意，在一些实施方案中，SAW装置不包括反射器。作为替代，SAW装置可包括单向传感器阵列，使得表面声波传播通过基板一次，并随后被例如IDT接收。
在方框1008，过程1000接收多个表面声波。一些实施方案中，例如使用包括双向传感器阵列的SAW传感器的实施方案中，表面声波在传播跨越延迟线两次之后被IDT接收。一些实施方案中，例如使用包括单向传感器阵列的SAW传感器的实施方案中，表面声波在传播跨越延迟线一次之后被IDT接收。如本文所述，由于延迟线的不同长度，每个表面声波的传播时间是不同的。
在方框1010，过程1000至少部分地基于所接收的表面声波生成接收信号。例如，过程1000可将每个所传播的波转化为电信号。例如，所传播的波可被多个IDT接收。多个IDT可将所传播的表面声波转化或转换为电信号或其它信号。一些实施方案中，每个电信号或其它信号被合并为一个信号(称为接收信号)。一些实施方案中，过程1000生成压缩脉冲串，其中一个或多个脉冲对应于SAW装置的不同SAW传感器。例如，每个脉冲可对应于不同的SAW传感器。此外或另选地，脉冲可各自包括介于所对应延迟线的长度的不同时间延迟。一些实施方案中，对应于每个SAW传感器的电信号被组合在脉冲串中。一些实施方案中，信号处理软件将该压缩脉冲串中的信号或脉冲分离。
应理解，本文所述的各种方框可依照各种次序实现，并且若需要，过程1000可同时实现一个或多个方框和/或改变次序。此外应理解，可使用更少、更多或不同的方框作为过程1000的一部分。例如，过程1000可以不包括方框1006，因为例如SAW装置包括单向传感器阵列。此外或另选地，过程1000可包括与过程900、1100、1200的那些相似的方框。
图11是示例性说明过程1100的实施方案的流程图，该过程通过多路复用SAW装置实现，用于使用具有不同长度的延迟线的多个SAW传感器测定或监控一种或多种被分析物。相关领域技术人员应知悉，所强调的用于过程1100的元件可通过多路复用SAW装置的一个或多个计算装置或部件(例如，硬件处理器或其它处理器)、另一计算装置、硬件、软件等实现。据此，过程1100在逻辑上已经与一般通过处理器实施的相关联，因此，以下示例性实施方案不应视为限制性的。
在方框1102，类似于过程900的方框902，过程1100生成激励信号。一些实施方案中，通过硬件，例如通过如本文所述的波形发生器生成激励信号。一些实施方案中，通过软件生成激励信号。如本文所述，一些实施方案中，激励信号包括各种信号中的至少一种，该各种信号包括但不限于脉冲电压、正弦电信号、调频、线性调频、双曲调频、正交频率编码、随机调制、连续相位调制、频移键控、多频移键控、相移键控或小波调制信号。
在方框1104，类似于过程900的方框904，过程1100将该激励信号传输到SAW装置。可直接或(例如，通过另一元件)间接地将激励信号传输到SAW装置。例如，在一些实施方案中，激励信号被传输到SAW装置的一个或多个接触头，例如SAW装置的正接触头或负接触头。一些实施方案中，激励信号被传输到RF开关。RF开关可以将该激励信号跨越SAW装置的一个或多个SAW传感器的传输同步。
在方框1106，类似于过程1000的方框1002，过程1100接收激励信号。一些实施方案中，过程1100从硬件(例如，从本文所述的波形发生器)直接或间接地接收该激励信号。激励信号包括各种信号中的至少一种，该各种信号包括但不限于脉冲电压、正弦电信号、调频、线性调频、双曲调频、正交频率编码、随机调制、连续相位调制、频移键控、多频移键控、相移键控或小波调制信号。一些实施方案中，过程1100在SAW装置处，例如在一个或多个SAW传感器的一个或多个IDT处接收激励信号。
一些实施方案中，过程1100在SAW装置处，例如在一个或多个SAW传感器的一个或多个IDT处接收激励信号。一些实施方案中，激励信号在SAW装置的一个或多个接触头处，例如SAW装置的正接触头或负接触头处被接收。一些实施方案中，激励信号在RF开关处被接收。RF开关可包括或不包括在SAW装置中。RF开关可以将该激励信号跨越SAW装置的一个或多个SAW传感器的传输同步。
在方框1108，类似于过程1000的方框1004，过程1100生成多个表面声波。例如，一个或多个IDT中的每一个可将该激励信号转化或转换为表面声波。过程1100(例如，一个或多个IDT)将表面声波传输跨越多个SAW传感器的延迟线。一些实施方案中，SAW传感器各自包括不同长度的延迟线。一些实施方案中，一根或多根延迟线具有相同或基本相同的长度。
在方框1110，类似于过程1000的方框1006，SAW装置包括被构造成反射表面声波的一个或多个反射器。例如，多个SAW传感器各自可包括双向传感器阵列，使得其各自包括一反射器。反射器可停留在基板上，位于IDT的对面。表面声波被从IDT传输，并传播通过基板，然后到达反射器。反射器生成该表面声波的回声(或反射该波)，造成表面声波从该反射器传播到IDT(例如，传输IDT、接收IDT等)。因此，在一些实施方案中，表面声波传播通过基板或跨越延迟线多次。应注意，在一些实施方案中，SAW装置不包括反射器。作为替代，SAW装置可包括单向传感器阵列，使得表面声波传播通过基板一次，并随后被例如IDT接收。
在方框1112，类似于过程1000的方框1008，过程1100接收多个表面声波。一些实施方案中，例如使用包括双向传感器阵列的SAW传感器的实施方案中，表面声波在传播跨越延迟线两次之后被IDT接收。一些实施方案中，例如使用包括单向传感器阵列的SAW传感器的实施方案中，表面声波在传播跨越延迟线一次之后被IDT接收。如本文所述，由于延迟线的不同长度，每个表面声波的传播时间是不同的。
在方框1114，类似于过程1000的方框1010，过程1100至少部分地基于所接收的表面声波生成接收信号。例如，过程1100可将每个所传播的波转化为电信号。例如，所传播的波可被多个IDT接收。多个IDT可将所传播的表面声波转化或转换为电信号或其它信号。一些实施方案中，每个电信号或其它信号被合并为一个信号(称为接收信号)。一些实施方案中，过程1100生成压缩脉冲串，其中一个或多个脉冲对应于SAW装置的不同SAW传感器。例如，每个脉冲可对应于不同的SAW传感器。此外或另选地，脉冲可各自包括基于所对应延迟线的长度的不同时间延迟。
在方框1116，类似于过程900的方框906，过程1100从SAW装置接收信号。一些实施方案中，该信号指示SAW装置的SAW传感器的延迟线长度的一个或多个差异。举例而言，如本文中所用，SAW装置可包括多个SAW传感器。SAW传感器各自包括不同长度的延迟线。随着激励信号传播跨越所述延迟线，在传播跨越延迟线后接收的信号相对于彼此是各自时间延迟的。例如，时间延迟对应于延迟线长度的差。一些实施方案中，从SAW装置接收的信号包括多个部分，其中每个部分对应于与SAW装置中每一个SAW传感器相关联的时间延迟信号。例如，所述信号可包括压缩脉冲信号，其中每个脉冲对应于不同的SAW传感器，并且脉冲间的时间差对应于SAW传感器的延迟线长度差。
一些实施方案中，从SAW装置接收的信号指示被加入SAW装置的样品中的一种或多种被分析物。例如，SAW装置的每个SAW传感器可包括被构造成在SAW传感器表上与一种或多种被分析物结合的受体(也称为敏感层)。当将含有一种或多种被分析物的样品介质置于SAW传感器上时，在被分析物与受体之间发生物理、化学或电学反应。随着表面声波沿着对应于所述物理、化学或电学反应的延迟线传播，这一物理、化学或电学反应可改变(例如，在相位、频率或振幅方面)表面声波。因此，从SAW装置接收的信号可通过响应被分析物与受体间的物理、化学或电学反应而指示一种或多种被分析物。
在方框1118，与过程900的方框908类似，过程1100至少部分地基于SAW装置的输出信号测定或监控被引入SAW传感器中的一种或多种被分析物。如本文所述，输出信号可包括所述信号的在相位、频率、振幅等方面具有一个或多个差异的部分。可分析输出信号的部分和/或激励信号之间的相位、频率、振幅等的差异，以测定或监控一种或多种被分析物。
应理解，本文所述的各种方框可依照各种次序实现，并且若需要，过程1100可同时实现一个或多个方框和/或改变次序。此外应理解，可使用更少、更多或不同的方框作为过程1100的一部分。例如，过程1100可包括与过程1000、1100、1200的那些相似或不同的方框。
图12是示例性说明过程1200的实施方案的流程图，该过程通过多路复用SAW装置实现，用于使用具有不同长度的延迟线的多个SAW传感器测定或监控一种或多种被分析物。相关领域技术人员应知悉，所强调的用于过程1200的元件可通过多路复用SAW装置的一个或多个计算装置或部件(例如，处理器)、另一计算装置、软件等实现。据此，过程1200在逻辑上已经与一般通过处理器实施的相关联，因此，以下示例性实施方案不应视为限制性的。
在方框1202，与过程1100的方框1106和过程900的方框906相同，过程1200接收来自SAW装置的信号。一些实施方案中，该信号指示SAW装置的SAW传感器的延迟线长度的一个或多个差异。举例而言，如本文中所用，SAW装置可包括多个SAW传感器。SAW传感器各自包括不同长度的延迟线。随着激励信号传播跨越所述延迟线，在传播跨域延迟线后接收的信号相对于彼此是各自时间延迟的。例如，时间延迟对应于延迟线长度的差。一些实施方案中，从SAW装置接收的信号包括多个部分，其中每个部分对应于与SAW装置中每一个SAW传感器相关联的时间延迟信号。
在方框1204，过程1200鉴别或测定该接收信号的一个或多个脉冲。例如，接收信号可包括例如本文所述的压缩脉冲串。每个峰或脉冲可对应于传播跨越不同长度的延迟线的不同表面声波。据此，因为延迟线具有不同的长度，每个脉冲在不同的时间出现在压缩脉冲串中。
在方框1206，过程1200将该接收信号的每个被鉴别的脉冲与该一个或多个脉冲中的另一个或激励信号比较。作为非限制性实例，SAW装置包括多个SAW传感器，该SAW传感器各自具有不同长度的延迟线。至少一些SAW传感器也包括被构造成与一种或多种被分析物结合的受体。将样品介质(潜在地包括一种或多种被分析物)引入SAW传感器中，使得样品介质与SAW传感器的一种或多种受体接触。当将含有一种或多种被分析物的样品介质置于SAW传感器上时，在被分析物与受体之间发生物理、化学或电学反应。使用波形发生器将激励信号引入SAW装置中。当将激励信号引入SAW装置中时，每个SAW传感器被同步激励，使得其各自从该激励信号生成表面声波。表面声波沿着延迟线传播，并且，取决于样品介质是否含有一种或多种被分析物，一些表面声波的相位、频率、振幅等可能被改变。被鉴别的脉冲各自对应于至少一个可能已经被改变的表面声波。因此，在方框1206，过程1200可比较每个脉冲或激励信号的相位、频率、振幅等。
在方框1208，至少部分地基于在步骤1206进行的比较，过程1200测定一个或多个脉冲或激励信号之间的相位、频率、振幅等的一个或多个差异。例如，SAW装置或系统可包括相位检测，其可测定对应于多个相对于彼此的脉冲中的每一个和/或激励信号的相位。例如，SAW传感器的延迟线长度差导致所接收的信号(Rx)的脉冲间的时间延迟。压缩脉冲串的脉冲间的时间域位移对应于与特定SAW传感器相关联的相移。例如，可使用软件程序或FPGA(现场可编程门控阵列)硬件测定相移。
在方框1210，过程1200测定或监控被引入SAW装置中的样品介质的内容物。举例而言，如本文所述，如果样品中存在被分析物，则该被分析物将造成与受体的物理、化学或电学反应，而该反应将最终改变所接收信号的至少一个脉冲。例如，表面声波速度或振幅的变化可对应于接收信号相对于激励信号的振幅、频率、相移或时间延迟的变化。通过将该脉冲与其它脉冲或与激励信号比较，过程1200可测定表面声波在其传播跨越该延迟时以何种方式(如果有的话)被改变。使用这一信息，该过程可鉴别样品中存在的被分析物或者可监控样品中的被分析物。例如，过程1200可采用本地或远程数据库，该数据库包括表面声波如何可以被具体的物理、化学或电学反应改变的信息，如本文所述。一旦过程1200确定表面声波(或脉冲)如何被改变，就将该变动与数据库中所鉴别的变动匹配或比较。一些例子中，该过程可包括一种可基于测定结果更新数据库的学习特征。
所得系统提供同步激励的优点，并且允许同步传感被分析物、目标或生物剂。因此，SAW传感器可指示与其特异性反应的个体物质的存在。可通过测量信号的相位变化提供有关存在物质的量的指示。整体而言，传感器芯片(例如，SAW装置100、SAW装置200、SAW传感器阵列364)因此形成具有其多个独立传感器元件的检测器，该检测器能在一个测试过程中同步鉴别大量的各种物质。
应理解，本文所述的各种方框可依照各种次序实现，并且若需要，过程1200可同时实现一个或多个方框和/或改变次序。此外应理解，可使用更少、更多或不同的方框作为过程1200的一部分。例如，过程1200可包括与过程900、1000、1100的那些相似或不同的方框。
应理解，尽管本文所述的各种实施方案都参考表面声波、SAW传感器和/或SAW装置描述，但本文所述的任何实施方案可与体声波、BAW传感器、和/或BAW装置、或者BAW传感器与SAW传感器的组合兼容。据此，本文所述的实施方案不应限制为表面声波。

Claims (34)

1.一种表面声波(SAW)装置，包括：
压电基板；以及
多个SAW传感器，其附接到所述压电基板并排列在所述压电基板的表面上，所述多个SAW传感器包括
第一SAW传感器，包括被构造成传播第一表面声波的第一延迟线，以及
第二SAW传感器，包括被构造成传播第二表面声波的第二延迟线，其中所述第一延迟线的长度大于所述第二延迟线的长度。
2.根据权利要求1所述的SAW装置，其中所述第一SAW传感器包括：
第一转换器，用于沿着所述第一延迟线传输所述第一表面声波，以及
第二转换器，用于在所述第一表面声波沿着所述第一延迟线传播时接收所述第一表面声波。
3.根据权利要求1所述的SAW装置，其中所述第一SAW传感器包括位于所述基板上的转换器和位于基板上且位于所述转换器对面的反射器，其中所述转换器沿着所述第一延迟线传输所述第一表面声波，并且所述转换器在所述第一表面声波从所述反射器反射出来并且沿着所述第一延迟线二次传播时接收所述第一表面声波。
4.根据权利要求3所述的SAW装置，其中所述反射器是第一反射器，以及其中所述第一SAW传感器还包括位于所述基板上且相对于所述转换器更接近所述第一反射器的第二反射器，其中所述转换器被构造成当所述第一表面声波从所述第二反射器反射出来并且沿着所述第一延迟线二次传播时接收所述第一表面声波。
5.根据权利要求4所述的SAW装置，其中所述第一反射器被构造成反射具有第一频率的表面声波，并且所述第二反射器被构造成反射具有第二频率的表面声波。
6.根据权利要求1所述的SAW装置，其中所述第一SAW传感器包括第一对电触头，并且所述第二SAW传感器包括第二对电触头，以及其中所述第一对和第二对电触头是电性连接的。
7.根据权利要求1所述的SAW装置，其中所述SAW传感器各自被构造成接收激励信号。
8.根据权利要求7所述的SAW装置，其中所述激励信号包括脉冲电压、正弦电信号、调频、线性调频、双曲调频、正交频率编码、随机调制、连续相位调制、频移键控、多频移键控、相移键控、小波调制或宽带频率信号中的至少一种。
9.根据权利要求7所述的SAW装置，其中所述SAW传感器各自被构造成同步接收所述激励信号。
10.根据权利要求1所述的SAW装置，还包括：
与所述第一SAW传感器和所述第二SAW传感器中的每一个通讯的一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被构造成至少部分地基于从所述第一SAW传感器和所述第二SAW传感器接收的信号来生成接收信号。
11.根据权利要求10所述的SAW装置，其中所述一个或多个处理器还被构造成至少部分地基于所述接收信号而测定或监控至少一种被分析物。
12.根据权利要求11所述的SAW装置，其中所述一个或多个处理器被构造成通过检测对应于所述激励信号的脉冲、对应于所述第一SAW传感器的脉冲、或对应于所述第二SAW传感器的脉冲中的至少两者间的振幅、相位、频率或时间延迟的变化来测定或监控鉴别所述至少一种被分析物。
13.根据权利要求10所述的SAW装置，其中所述接收信号包含具有多个脉冲的压缩脉冲串。
14.根据权利要求13的SAW装置，其中所述压缩脉冲串的所述多个脉冲包含：
对应于所述第一SAW传感器的第一脉冲，和对应于所述第二SAW传感器的第二脉冲。
15.根据权利要求14所述的SAW装置，其中所述第一脉冲的定时至少部分地基于所述第一延迟线的长度，以及其中所述第二脉冲的定时至少部分地基于所述第二延迟线的长度。
16.根据权利要求13的SAW装置，其中所述压缩脉冲串的所述多个脉冲包含对应于所述激励信号的脉冲。
17.根据权利要求1所述的传感器，其中所述压电基板包含36°Y石英、36°YX钽酸锂、硅酸镓镧、钽酸镓镧、铌酸镓镧、锆钛酸铅、硫化镉、块磷铝矿、碘酸锂、四硼酸锂、或氧化铋锗中的至少一者。
18.根据权利要求1所述的传感器，其中所述压电基板包括压电晶体层。
19.根据权利要求18所述的传感器，其中所述压电晶体层包含大于拉夫波在非压电基板上的渗透深度的厚度。
20.根据权利要求1所述的SAW装置，还包括位于所述第一延迟线并且被构造成附接到被分析物或与被分析物反应的传感区域。
21.根据权利要求20所述的传感器，还包括用于测量表面声波相位响应的检测器，所述相位响应作为被添加到传感区域的被分析物的函数。
22.根据权利要求20所述的传感器，其中所述传感区域包括用于从液体介质捕捉被分析物的生物敏感界面。
23.根据权利要求20所述的传感器，其中所述传感区域包括用于从液体介质吸收被分析物的化学敏感界面。
24.根据权利要求1所述的传感器，还包括位于所述第一延迟线上的引导层。
25.根据权利要求24所述的传感器，其中所述引导层包括聚合物、SiO2或ZnO中的至少一者。
26.根据权利要求1所述的传感器，其中对应于所述第一SAW传感器的第一表面声波包含大于100MHz、大于300MHz、大于500MHz、或大于1000MHz的频率。
27.一种方法，包括：
生成激励信号；
将所述激励信号传输到表面声波(SAW)装置，其中所述SAW装置包括具有被构造成传播第一表面声波的第一延迟线的第一SAW传感器，以及具有被构造成传播第二表面声波的第二延迟线的第二SAW传感器，其中所述第一延迟线的长度大于所述第二延迟线的长度；
接收所述SAW装置的输出信号，所述输出信号指示所述第一延迟线、所述第二延迟线的长度、或暴露于所述第一SAW传感器或所述第二SAW传感器中至少一者的被分析物中的至少一者；以及
至少部分地基于所述SAW装置的所述输出信号来测定或监控所述被分析物。
28.一种方法，包括：
接收激励信号；
生成传播跨越SAW装置的第一SAW传感器的第一延迟线的第一表面声波；
生成传播跨越所述SAW装置的第二SAW传感器的第二延迟线的第二表面声波，其中所述第一延迟线的长度大于所述第二延迟线的长度；
接收传播跨越所述第一延迟线后的所述第一表面声波；
接收传播跨越所述第二延迟线后的所述第二表面声波；以及
至少部分地基于所接收的第一表面声波、所接收的第二表面声波、或所述激励信号中至少一者而生成信号。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述第一SAW传感器包括被构造成反射所述第一表面声波的传感器，以及其中所述接收所述第一表面声波在所述第一声波被反射后发生。
30.根据权利要求28所述的方法，其中所述第二SAW传感器包括被构造成反射所述第二表面声波的传感器，以及其中所述接收所述第二表面声波在所述第二声波被反射后发生。
31.一种方法，包括：生成激励信号；
将所述激励信号传输到表面声波(SAW)装置，其中所述SAW装置包括具有被构造成传播第一表面声波的第一延迟线的第一SAW传感器，以及具有被构造成传播第二表面声波的第二延迟线的第二SAW传感器，其中所述第一延迟线的长度大于所述第二延迟线的长度；
在所述SAW装置处接收所述激励信号；
生成传播跨越所述第一延迟线的第一表面声波；
生成传播跨越所述第二延迟线的第二表面声波；
接收传播跨越所述第一延迟线后的所述第一表面声波；
接收传播跨越所述第二延迟线后的所述第二表面声波；
至少部分地基于所接收的第一表面声波或所接收的第二表面声部中至少一者生成信号，其中所述信号指示所述第一延迟线、所述第二延迟线的长度、或被暴露于所述第一SAW传感器或所述第二SAW传感器中至少一者的被分析物中的至少一者；以及
至少部分地基于所生成的信号来测定或监控所述被分析物。
32.一种方法，包括：
将SAW装置的至少一部分暴露于包含被分析物的样品介质中，其中所述SAW装置包含具有被构造成传播响应激励信号的第一表面声波的第一延迟线的第一SAW传感器，以及具有被构造成传播响应所述激励信号的第二表面声波的第二延迟线的第二SAW传感器，其中所述第一延迟线的长度大于所述第二延迟线的长度，以及其中所述第一延迟线或所述第二延迟线中至少一者的敏感区域与所述被分析物反应，使得所述第一表面声波或所述第二表面声波中的至少一者被改变；
接收对应于SAW装置的输出的信号；
鉴别所接收的信号的第一脉冲，其中所述第一脉冲对应于所述第一SAW传感器；
鉴别所接收的信号的第二脉冲，其中所述第二脉冲对应于所述第二SAW传感器；
鉴别所接收的信号的第三脉冲，其中所述第三脉冲对应于所述激励信号；
测定所述第一脉冲、所述第二脉冲或所述第三脉冲中至少两者的相位、频率、振幅或定时中的至少一者；以及
至少部分地基于所述测定，鉴别或监控所述被分析物。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述鉴别或监控所述被分析物包括测定所述第一脉冲、所述第二脉冲或所述第三脉冲中至少两者间的振幅、相位、频率或时间延迟中至少一者的变化。
34.一种方法，包括：
依次生成若干个激励信号，通过多路复用器将这些信号依次路由到不同的延迟线，这些延迟线生成响应，并且通过相同或不同的多路复用器将这些响应依次路由到电子接收器件。
CN201880058048.4A 2017-07-07 2018-07-06 具有延迟线编码的多路复用表面声波传感器 Pending CN111295770A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762529725P 2017-07-07 2017-07-07
US62/529,725 2017-07-07
PCT/US2018/040993 WO2019010356A1 (en) 2017-07-07 2018-07-06 ACOUSTIC SURFACE WAVE SENSORS FOR DELAYED LINE CODING MULTIPLEXING SURFACE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111295770A true CN111295770A (zh) 2020-06-16

Family

ID=64950352

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880058048.4A Pending CN111295770A (zh) 2017-07-07 2018-07-06 具有延迟线编码的多路复用表面声波传感器

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20200284763A1 (zh)
EP (1) EP3649677A4 (zh)
JP (2) JP2020526776A (zh)
KR (1) KR20200044795A (zh)
CN (1) CN111295770A (zh)
AU (2) AU2018298200B2 (zh)
CA (1) CA3069154A1 (zh)
IL (1) IL271872A (zh)
MX (1) MX2020000094A (zh)
WO (1) WO2019010356A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112653420A (zh) * 2020-12-18 2021-04-13 广东广纳芯科技有限公司 一种高声速高频低频率温度系数窄带滤波器及制造方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11621691B2 (en) * 2018-07-16 2023-04-04 Qorvo Us, Inc. Reflective structures for surface acoustic wave devices
US11509285B2 (en) * 2018-11-05 2022-11-22 X-wave Innovations, Inc. Wireless sensor system for harsh environment
FR3100405B1 (fr) * 2019-09-04 2021-12-31 Frecnsys Capteur à ondes acoustiques différentiel
CN111478720B (zh) * 2020-06-09 2021-07-16 华南理工大学 一种基于交叉子带划分的多带双曲调频扩频通信方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5325704A (en) * 1993-11-22 1994-07-05 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Surface acoustic wave (SAW) chemical multi-sensor array
CN101027704A (zh) * 2004-09-30 2007-08-29 富士施乐株式会社 无线应答装置和图像形成装置
US20070296305A1 (en) * 2006-06-26 2007-12-27 Hines Jacqueline H Frequency coded sensors incorporating tapers
US20080156100A1 (en) * 2006-06-26 2008-07-03 Hines Jacqueline H Acoustic wave array chemical and biological sensor
US20090121847A1 (en) * 2007-11-09 2009-05-14 Solie Leland P Coded acoustic wave sensors and system using time diversity
US20110285510A1 (en) * 2009-11-13 2011-11-24 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Implementation of On-Off Passive Wireless Surface Acoustic Wave Sensor Using Coding and Switching Techniques
JP2012247220A (ja) * 2011-05-25 2012-12-13 Ngk Spark Plug Co Ltd 弾性表面波センサ、センシングシステム、及び圧力測定方法
US8436509B1 (en) * 2008-07-08 2013-05-07 Saudia Corporation High-frequency shear-horizontal surface acoustic wave sensor
US20130130362A1 (en) * 2011-11-18 2013-05-23 Applied Sensor Research & Development Corporation Power spectral density chemical and biological sensor
JP2015059878A (ja) * 2013-09-20 2015-03-30 日本無線株式会社 弾性表面波センサ
RU2585911C1 (ru) * 2015-03-31 2016-06-10 Открытое акционерное общество "Авангард" Способ устранения коллизии в наборе датчиков и устройство для его реализации
US20160282204A1 (en) * 2014-03-26 2016-09-29 Mnemonics, Inc. Surface Acoustic Wave (SAW) Based Strain Sensor

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4237432A (en) * 1979-03-05 1980-12-02 Trw Inc. Surface acoustic wave filter with feedforward to reduce triple transit effects
GB2044570B (en) * 1979-03-13 1983-01-19 Marconi Co Ltd Surface acoustic wave device
CA1178667A (en) * 1982-03-01 1984-11-27 Mark S. Suthers Surface acoustic wave (saw) devices
US4801836A (en) * 1987-08-24 1989-01-31 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army SAW dispersive delay device
US5012668A (en) * 1989-08-22 1991-05-07 The Boeing Company Inclined electrode surface acoustic wave substance sensor
JP3575835B2 (ja) * 1994-08-31 2004-10-13 株式会社リコー ガスセンサシステム
JP3340635B2 (ja) * 1996-11-29 2002-11-05 株式会社日立製作所 スペクトル拡散通信用弾性表面波信号処理装置
US6107910A (en) * 1996-11-29 2000-08-22 X-Cyte, Inc. Dual mode transmitter/receiver and decoder for RF transponder tags
US7053524B2 (en) * 2003-12-09 2006-05-30 P.J. Edmonson Ltd. Surface acoustic wave sensor or identification device with biosensing capability
CN100567976C (zh) * 2003-12-30 2009-12-09 3M创新有限公司 表面声波传感器组件和传感器盒
EP1719247A4 (en) * 2004-02-26 2011-03-23 Mnt Innovations Pty Ltd LAYERED SURFACE ACOUSTIC WAVE SENSOR
US7650788B2 (en) * 2005-03-25 2010-01-26 Edmonson Peter J Differentiation and identification of analogous chemical or biological substances with biosensors
US7267009B2 (en) * 2005-04-14 2007-09-11 Honeywell International Inc. Multiple-mode acoustic wave sensor
US20100058834A1 (en) * 2008-09-09 2010-03-11 Honeywell International Inc. Method and apparatus for low drift chemical sensor array
KR101076682B1 (ko) * 2008-12-01 2011-10-26 한국표준과학연구원 표면 탄성파 바이오 센서, 표면 탄성파 센서의 제조 방법 및 이를 이용한 항원 검출 방법
US20110136262A1 (en) * 2009-05-29 2011-06-09 Aviana Molecular Technologies, Llc Integrated microchip sensor system for detection of infectious agents
JP5567894B2 (ja) * 2010-04-28 2014-08-06 日本無線株式会社 表面弾性波センサ装置
EP2413128A1 (en) * 2010-07-30 2012-02-01 SAW instruments GmbH Improved microfluidic sensor units to detect the presence of an analyte in a sample-fluid
US8240911B1 (en) * 2010-08-30 2012-08-14 Sandia Corporation Wireless passive temperature sensor
US9121754B2 (en) * 2011-07-28 2015-09-01 Sensanna Incorporated Surface acoustic wave monitor for deposition and analysis of ultra-thin films
EP2748874A4 (en) * 2011-08-26 2015-07-29 Aviana Molecular Technologies Llc BIO-COATED PIEZOELECTRIC BIOSENSOR PLATFORM FOR POC DIAGNOSTIC
JP6154569B2 (ja) * 2011-11-01 2017-06-28 日本無線株式会社 弾性表面波センサ
KR101911437B1 (ko) * 2012-06-27 2018-10-24 삼성전자주식회사 Ｓａｗ 배열 센서
CN102749130B (zh) * 2012-06-29 2014-11-05 长安大学 Love波型超微量物质质量的测量装置
JP6013068B2 (ja) * 2012-07-27 2016-10-25 日本無線株式会社 気泡付着位置検出方法
US9477857B2 (en) * 2012-08-07 2016-10-25 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Surface acoustic wave tag-based coherence multiplexing
KR20150033262A (ko) * 2013-09-24 2015-04-01 삼성전자주식회사 외부 장치와의 인터페이스를 운영하는 방법 및 이를 구현하는 전자장치
SG11201604734UA (en) * 2013-12-10 2016-07-28 Agency Science Tech & Res Surface acoustic wave sensor for influenza detection
JP6340984B2 (ja) * 2014-08-06 2018-06-13 株式会社デンソー センシングシステム
US11499942B2 (en) * 2017-07-07 2022-11-15 Aviana Molecular Technologies, Llc Methods and apparatus for interfacing sensors with fluid materials

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5325704A (en) * 1993-11-22 1994-07-05 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Surface acoustic wave (SAW) chemical multi-sensor array
CN101027704A (zh) * 2004-09-30 2007-08-29 富士施乐株式会社 无线应答装置和图像形成装置
US20070296305A1 (en) * 2006-06-26 2007-12-27 Hines Jacqueline H Frequency coded sensors incorporating tapers
US20080156100A1 (en) * 2006-06-26 2008-07-03 Hines Jacqueline H Acoustic wave array chemical and biological sensor
US20090121847A1 (en) * 2007-11-09 2009-05-14 Solie Leland P Coded acoustic wave sensors and system using time diversity
US8436509B1 (en) * 2008-07-08 2013-05-07 Saudia Corporation High-frequency shear-horizontal surface acoustic wave sensor
US20110285510A1 (en) * 2009-11-13 2011-11-24 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Implementation of On-Off Passive Wireless Surface Acoustic Wave Sensor Using Coding and Switching Techniques
JP2012247220A (ja) * 2011-05-25 2012-12-13 Ngk Spark Plug Co Ltd 弾性表面波センサ、センシングシステム、及び圧力測定方法
US20130130362A1 (en) * 2011-11-18 2013-05-23 Applied Sensor Research & Development Corporation Power spectral density chemical and biological sensor
JP2015059878A (ja) * 2013-09-20 2015-03-30 日本無線株式会社 弾性表面波センサ
US20160282204A1 (en) * 2014-03-26 2016-09-29 Mnemonics, Inc. Surface Acoustic Wave (SAW) Based Strain Sensor
RU2585911C1 (ru) * 2015-03-31 2016-06-10 Открытое акционерное общество "Авангард" Способ устранения коллизии в наборе датчиков и устройство для его реализации

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112653420A (zh) * 2020-12-18 2021-04-13 广东广纳芯科技有限公司 一种高声速高频低频率温度系数窄带滤波器及制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
MX2020000094A (es) 2020-08-06
US20200284763A1 (en) 2020-09-10
IL271872A (en) 2020-02-27
AU2018298200B2 (en) 2023-07-13
WO2019010356A1 (en) 2019-01-10
JP2023123629A (ja) 2023-09-05
EP3649677A4 (en) 2021-03-10
EP3649677A1 (en) 2020-05-13
JP2020526776A (ja) 2020-08-31
CA3069154A1 (en) 2019-01-10
KR20200044795A (ko) 2020-04-29
AU2018298200A1 (en) 2020-02-13
AU2023248202A1 (en) 2023-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111295770A (zh) 具有延迟线编码的多路复用表面声波传感器
JP4900387B2 (ja) 液中物質検出センサ
KR101655302B1 (ko) 표면 탄성파 센서 시스템
Baer et al. STW chemical sensors
US8440468B2 (en) Method for amplifying variation of frequency of signal in piezoelectrical biosensor
KR101711204B1 (ko) 단일입력 다중출력 표면탄성파 디바이스
JP2008286606A (ja) 弾性表面波センサ及び弾性表面波センサを備えた生体分子測定装置。
US7451649B2 (en) Differentiation and identification of analogous chemical or biological substances with biosensors
Kogai et al. Liquid-phase shear horizontal surface acoustic wave immunosensor
KR101076682B1 (ko) 표면 탄성파 바이오 센서, 표면 탄성파 센서의 제조 방법 및 이를 이용한 항원 검출 방법
Wang et al. A micro-machined thin film electro-acoustic biosensor for detection of pesticide residuals
JP2010286465A (ja) Ｓａｗセンサーデバイス
JP2021528664A (ja) ダイナミックレンジが拡大されたバルク音響波共振器
US7118922B1 (en) System and method for immunosensor regeneration
GB2369678A (en) Immuno-diagnostic test method for veterinary disease
US20220404313A1 (en) Sensor system and method for estimating amounts of different molecules in biological liquid
US8018121B1 (en) Integrated thickness shear mode (TSM) sensor and surface acoustic wave (SAW) device for simultaneous sensing and removal of analytes
EP0540603B1 (en) Analytical device
KR101638811B1 (ko) 발진 방식을 이용한 표면탄성파 센서 시스템 및 이를 이용한 검출방법
US10031140B1 (en) Orthogonal SAW transducers on substrate for simultaneous biofouling removal and biosensing
Yatsuda et al. Biosensor using shear-horizontal surface acoustic wave
WO2024211791A2 (en) Systems integration of a surface acoustic wave biosensor for point-of-care-diagnostic use
JP2011180036A (ja) 表面弾性波センサ
Ha et al. Study of a piezoelectric SAW immunosensor for the detection of alpha-fetoprotein
Lee et al. SAW immunosensors for HBsAb detection

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination