CN111473892A - 一种声表面波压力探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种声表面波压力探测器，在叉指换能器和第一反射栅间设置第一弹性材料部和第一压电材料块；在叉指换能器和第二反射栅间设置第二弹性材料部和第二压电材料块。使用时，压力作用到第一压电材料块或第二压电材料块上，改变第一压电材料块或第二压电材料块与压电基底之间的距离，改变压电基底内声表面波的共振频率，通过探测该声表面波的共振频率实现压力测量。由于声表面波对压电基底表面附近的形貌、耦合物之间距离非常敏感，所以本发明具有压力探测灵敏度高的优点。此外，本发明不需要昂贵的光源和光探测器，成本低，在压力探测领域具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及压力探测领域，具体涉及一种声表面波压力探测器。
背景技术
压力传感器将诸如负载、重量、压力等力学量转换为电信号的传感器，在车辆、飞行器、工业过程、家用电器、航空航天、自动控制等各个领域有着重要的应用。基于电阻变化的传统压力传感器灵敏度低，基于光纤的压力传感器灵敏度高，但是光源和探测器昂贵、成本高。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种声表面波压力探测器，该压力探测器包括压电基底、第一反射栅、第二反射栅、叉指换能器、第一弹性材料部、第二弹性材料部、第一压电材料块、第二压电材料块，第一反射栅、第二反射栅、叉指换能器置于压电基底上，叉指换能器置于第一反射栅和第二反射栅之间，在第一反射栅和叉指换能器间、压电基底上设置第一弹性材料部，第一压电材料块置于第一弹性材料部上，在第二反射栅和叉指换能器间、压电基底上设置第二弹性材料部，第二压电材料块置于第二弹性材料部上。
更进一步地，第一弹性材料部、第二弹性材料部、第一压电材料块、第二压电材料块为条形。
更进一步地，第一弹性材料部和第一压电材料块的宽度相同。
更进一步地，第二弹性材料部和第二压电材料块的宽度相同。
更进一步地，第一弹性材料部和第二弹性材料部的宽度相同。
更进一步地，压电基底的材料为钽酸锂、铌酸锂或石英。
更进一步地，第一压电材料块和第二压电材料块的材料与压电基底的材料相同。
更进一步地，第一弹性材料部和第二弹性材料部的厚度相同。
本发明的有益效果：本发明提供了一种声表面波压力探测器，在叉指换能器和第一反射栅间设置第一弹性材料部和第一压电材料块；在叉指换能器和第二反射栅间设置第二弹性材料部和第二压电材料块。使用时，压力作用到第一压电材料块或第二压电材料块上，改变第一压电材料块或第二压电材料块与压电基底之间的距离，改变压电基底内声表面波的共振频率，通过探测该声表面波的共振频率实现压力测量。由于声表面波对压电基底表面附近的形貌、耦合物之间距离非常敏感，所以本发明具有压力探测灵敏度高的优点。此外，本发明不需要昂贵的光源和光探测器，成本低，在压力探测领域具有良好的应用前景。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是声表面波压力探测器的示意图。
图中：1、压电基底；2、第一反射栅；3、第二反射栅；4、叉指换能器；5、第一弹性材料部；6、第二弹性材料部；7、第一压电材料块；8、第二压电材料块。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
实施例1
本发明提供了一种声表面波压力探测器，如图1所示，该压力探测器包括压电基底1、第一反射栅2、第二反射栅3、叉指换能器4、第一弹性材料部5、第二弹性材料部6、第一压电材料块7、第二压电材料块8。第一反射栅2、第二反射栅3、叉指换能器4置于压电基底1上。压电基底1的材料为钽酸锂、铌酸锂或石英。叉指换能器4置于第一反射栅2和第二反射栅3之间。在第一反射栅2和叉指换能器4间、压电基底1上设置第一弹性材料部5，第一压电材料块7置于第一弹性材料部5上。在第二反射栅3和叉指换能器4间、压电基底1上设置第二弹性材料部6，第二压电材料块8置于第二弹性材料部6上。
应用时，在叉指换能器4上施加射频信号，在压电基底1上激发沿图1水平方向传播的声表面波，声表面波传播到第一反射栅2和第二反射栅3，第一反射栅2和第二反射栅3反射声表面波，并在第一反射栅2和第二反射栅3之间形成驻波。叉指换能器4又被用来接收声表面波，从接收到的声表面波确定压电基底1中声表面波的共振频率。测量压力时，压力作用到第一压电材料块7或第二压电材料块8上，改变第一压电材料块7或第二压电材料块8与压电基底1之间的距离，改变压电基底1内声表面波的共振频率，通过探测该声表面波的共振频率实现压力测量。由于声表面波对压电基底1表面附近的形貌、耦合物之间距离非常敏感，所以本发明具有压力探测灵敏度高的优点。此外，本发明不需要昂贵的光源和光探测器，成本低，在压力探测领域具有良好的应用前景。
实施例2
在实施例1的基础上，第一弹性材料部5、第二弹性材料部6、第一压电材料块7、第二压电材料块8为条形。条形的方向沿着叉指换能器1的方向，也就是图1中垂直于纸面的方向。这样一来，第一压电材料块7和第二压电材料块8与压电基底1表面的声表面波能够产生充分的作用。
更进一步地，第一弹性材料部5和第一压电材料块7的宽度相同。第二弹性材料部6和第二压电材料块8的宽度相同。如此一来，第一压电材料块7、第一弹性材料部5、压电基底1形成一种界面，界面的宽度为第一弹性材料部5或第一压电材料块7的宽度，相同宽度的界面对应于一组特定的共振频率。如果第一弹性材料部5与第一压电材料块7的宽度不同，就会形成两种界面，也就是压电基底1与第一弹性材料部5之间的界面和第一弹性材料部5与第一压电材料块7之间的截面，具有两组特定的共振波长，数据处理复杂、共振波长处的半峰宽宽，探测灵敏度低。第二弹性材料部6和第二压电材料块8的宽度相同具有类似的有益效果。
实施例3
在实施例2的基础上，第一弹性材料部5和第二弹性材料部7的宽度相同。第一压电材料块7和第二压电材料块8的材料与压电基底1的材料相同。第一弹性材料部5和第二弹性材料部6的厚度相同。如此一来，图1中叉指换能器4左右两侧的结构相同。这样一来，当施加在第一压电材料块7和第二压电材料块8上的压力相等时，第一弹性材料部5和第二弹性材料部6产生相同的形变。在由第一压电材料块7、第一弹性材料部5、压电基底1形成的界面处，产生一组特定的共振频率。由于图1中叉指换能器4左右两侧的结构相同，在由第二压电材料块8、第二弹性材料部6、压电基底1的界面处，产生相同的一组特定共振频率。两界面对压电基底1表面的声表面波产生相同的影响，增强了外界压力对声表面波共振频率的影响，提高了压力探测器的灵敏度。
此外，第一弹性材料部5与第二弹性材料部6的厚度不同或弹性系数不同。如此一来，当相同的压力作用在第一压电材料块7和第二压电材料块8上时，第一弹性材料部5和第二弹性材料部6发生的形变不同，也就是第一压电材料块7与压电基底1之间的距离、第二压电材料块8与压电基底1之间的距离不同，所以上段所述的两界面对应的特定共振频率不同，该共振频率的差异反映了压力的大小，该方案从另外一个角度，也就是从“差异”的角度反映了压力的大小。因为本方案具有多角度或视角压力探测，提高了探测的准确性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种声表面波压力探测器，其特征在于，包括：压电基底、第一反射栅、第二反射栅、叉指换能器、第一弹性材料部、第二弹性材料部、第一压电材料块、第二压电材料块，所述第一反射栅、所述第二反射栅、所述叉指换能器置于所述压电基底上，所述叉指换能器置于所述第一反射栅和所述第二反射栅之间，在所述第一反射栅和所述叉指换能器间、所述压电基底上设置所述第一弹性材料部，所述第一压电材料块置于所述第一弹性材料部上，在所述第二反射栅和所述叉指换能器间、所述压电基底上设置所述第二弹性材料部，所述第二压电材料块置于所述第二弹性材料部上。
2.如权利要求1所述的声表面波压力探测器，其特征在于：所述第一弹性材料部、所述第二弹性材料部、所述第一压电材料块、所述第二压电材料块为条形。
3.如权利要求2所述的声表面波压力探测器，其特征在于：所述第一弹性材料部和所述第一压电材料块的宽度相同。
4.如权利要求3所述的声表面波压力探测器，其特征在于：所述第二弹性材料部和所述第二压电材料块的宽度相同。
5.如权利要求4所述的声表面波压力探测器，其特征在于：所述第一弹性材料部和所述第二弹性材料部的宽度相同。
6.如权利要求1-5任一项所述的声表面波压力探测器，其特征在于：所述压电基底的材料为钽酸锂、铌酸锂或石英。
7.如权利要求6所述的声表面波压力探测器，其特征在于：所述第一压电材料块和所述第二压电材料块的材料与所述压电基底的材料相同。
8.如权利要求7所述的声表面波压力探测器，其特征在于：所述第一弹性材料部和所述第二弹性材料部的厚度相同。
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