CN111486984A - 一种压电薄膜体波谐振器温度传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种压电薄膜体波谐振器温度传感器，在压电体两端设置第一热膨胀部和第二热膨胀部。在应用时，第一热膨胀部和第二热膨胀部受热膨胀，改变压电体内部应力，从而改变压电体内体波的共振频率，通过探测该共振频率实现温度检测。因为压电体内声波的共振频率对压电体内的应力非常敏感，所以本发明具有温度探测灵敏度高的优点，在温度传感领域具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及温度传感领域，具体涉及一种压电薄膜体波谐振器温度传感器。
背景技术
温度传感器通常用于测量给定空间的温度信息，将温度转换为其他信号输出。常用的温度传感器有热敏电阻式传感器，热敏电阻式传感器具有结构简单、测量区间大、成本低的优点。但是，热敏电阻式温度传感器的精度不高、灵敏度低。基于光纤的温度传感器精度高、灵敏度高，但是成本高。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种压电薄膜体波谐振器温度传感器，该温度传感器包括压电体、第一电极、第二电极、第一热膨胀部、第二热膨胀部、第一固定部、第二固定部，第一电极和第二电极设置在压电体的同侧，第一热膨胀部和第二热膨胀部分别设置在压电体的两端，第一固定部和第二固定部分别设置在第一热膨胀部和第二热膨胀部的外侧；使用时，第一热膨胀部和第二特膨胀部受热膨胀，改变压电体中的应力，导致压电体中体波的共振频率改变，通过探测该共振频率实现环境温度的检测。
更进一步地，第一热膨胀部和第二热膨胀部的截面为梯形，梯形的上底边宽、下底部短。
更进一步地，在第一电极和第二电极间、压电体上设置有凹槽。
更进一步地，在凹槽内设置热膨胀材料。
更进一步地，压电体的材料为氮化铝、氧化锌、或锆钛酸铅压电陶瓷。
更进一步地，第一电极和第二电极的材料为铝。
更进一步地，第一热膨胀部和第二热膨胀部的材料为热膨胀材料。
更进一步地，在第一电极和第二电极间覆盖吸热材料。
本发明的有益效果：本发明提供了一种压电薄膜体波谐振器温度传感器，在压电体两端设置第一热膨胀部和第二热膨胀部。在应用时，第一热膨胀部和第二热膨胀部受热膨胀，改变压电体内部应力，从而改变压电体内体波的共振频率，通过探测该共振频率实现温度检测。因为压电体内声波的共振频率对压电体内的应力非常敏感，所以本发明具有温度探测灵敏度高的优点，在温度传感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是压电薄膜体波谐振器温度传感器的示意图。
图2是又一种压电薄膜体波谐振器温度传感器的示意图。
图3是再一种压电薄膜体波谐振器温度传感器的示意图。
图中：1、压电体；2、第一电极；3、第二电极；4、第一热膨胀部；5、第二热膨胀部；6、第一固定部；7、第二固定部；8、凹槽。
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
本发明提供了一种压电薄膜体波谐振器温度传感器，如图1所示，该温度传感器包括压电体1、第一电极2、第二电极3、第一热膨胀部4、第二热膨胀部5、第一固定部6、第二固定部7。第一电极2和第二电极3设置在压电体1的同侧。本发明采用在压电体1同侧设置第一电极2和第二电极3，将压电体1的另一侧裸露，采用这种激励方式减少了一次制备电极的加工步骤，也就是说不要再一次在压电体1的另一侧制备电极了，降低了成本。第一热膨胀部4和第二热膨胀部5分别设置在压电体1的两端，第一固定部6和第二固定部7分别设置在第一热膨胀部4和第二热膨胀部5的外侧。压电体1的材料为氮化铝、氧化锌、或锆钛酸铅压电陶瓷。第一电极2和第二电极3的材料为铝。第一热膨胀部4和第二热膨胀部5的材料为热膨胀材料。
在应用时，在第一电极2和第二电极3间施加交流激励信号和接受传感器响应电信号，湿度传感器的响应电信号反映了湿度传感器的共振频率。在待测环境中，第一热膨胀部4和第二热膨胀部5受热膨胀，由于第一固定部6和第二固定部7是固定的，第一热膨胀部4和第二热膨胀部5的膨胀改变了压电体1的内部应力，从而改变压电体1内体波的共振频率，通过探测该共振频率实现温度检测。因为压电体1内声波的共振频率对压电体1内的应力非常敏感，所以本发明具有温度探测灵敏度高的优点，在温度传感领域具有良好的应用前景。
更进一步地，如图2所示，第一热膨胀部4和第二热膨胀部5的截面为梯形，所述梯形的上底边宽、下底部短。在图2中，梯形的上表面一侧宽，第一热膨胀部4和第二热膨胀部5吸热膨胀时，梯形的上表面一侧膨胀更多，对压电体1的上表面产生的挤压力更大。因为对于该横向场激励的薄膜体波谐振器来说，大部分声波集中在压电体1的上侧，所以在上侧施加更大压力时，对压电体1共振频率改变更多，从而提高了温度探测的灵敏度。
更进一步地，为进一步地增加第一热膨胀部4和第二热膨胀部5对压电体1的挤压力，在压电体1和第一热膨胀部4之间、在压电体1和第二热膨胀部5之间设置刚体板，刚体板的高度超过压电体1的高度。同时，第一固定部6和第二固定部7的高度分别与第一热膨胀部4和第二热膨胀部5的高度相等。这样一来，不仅可以对压电体1施加更多的压力，而且可以方便地更换第一热膨胀部4和第二热膨胀部5的材料，产生不同程度的膨胀，以适应不同温度范围的探测。
实施例2
在实施例1的基础上，如图3所示，在第一电极2和第二电极3间、压电体1上设置有凹槽8。凹槽8不穿透整个压电体1。凹槽8的宽度小于半个共振波长。这样一来，在第一热膨胀部4和第二热膨胀部5膨胀时，挤压力减小了凹槽8的宽度，增强了凹槽8左右两侧的波耦合，改变了压电体1的共振频率。本实施例从耦合对压电体1共振频率影响的方向体现温度对压电体共振频率的影响，实现了不同机理的压电薄膜体波谐振器温度传感。
更进一步地，在凹槽8内设置热膨胀材料。如此一来，凹槽8内热膨胀材料也会吸热膨胀，对凹槽8左右两侧的压电体1造成更大的挤压力，实现更高灵敏度的温度探测。本设计中，温度探测的机理与实施例1相同，但是实现了更优的技术效果。
更进一步地，在第一电极2和第二电极3间覆盖吸热材料。吸热材料有利于吸收更多的热量，这些热量传递给凹槽8内的热膨胀材料，以造成热膨胀材料更大程度的膨胀，提高探测灵敏度。优选地，吸热材料可以为贵金属颗粒，例如金颗粒或银颗粒。贵金属颗粒与凹槽8内的热膨胀材料接触，优选地，贵金属颗粒设置在凹槽8内的热膨胀材料上。
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)
1.一种压电薄膜体波谐振器温度传感器，其特征在于，包括：压电体、第一电极、第二电极、第一热膨胀部、第二热膨胀部、第一固定部、第二固定部，所述第一电极和所述第二电极设置在所述压电体的同侧，所述第一热膨胀部和所述第二热膨胀部分别设置在所述压电体的两端，所述第一固定部和所述第二固定部分别设置在所述第一热膨胀部和所述第二热膨胀部的外侧；使用时，所述第一热膨胀部和所述第二特膨胀部受热膨胀，改变所述压电体中的应力，导致所述压电体中体波的共振频率改变，通过探测该共振频率实现环境温度的检测。
2.如权利要求1所述的压电薄膜体波谐振器温度传感器，其特征在于：所述第一热膨胀部和所述第二热膨胀部的截面为梯形，所述梯形的上底边宽、下底部短。
3.如权利要求1所述的压电薄膜体波谐振器温度传感器，其特征在于：在所述第一电极和所述第二电极间、所述压电体上设置有凹槽。
4.如权利要求3所述的压电薄膜体波谐振器温度传感器，其特征在于：在所述凹槽内设置热膨胀材料。
5.如权利要求1-4任一项所述的压电薄膜体波谐振器温度传感器，其特征在于：所述压电体的材料为氮化铝、氧化锌、或锆钛酸铅压电陶瓷。
6.如权利要求5所述的压电薄膜体波谐振器温度传感器，其特征在于：所述第一电极和所述第二电极的材料为铝。
7.如权利要求6所述的压电薄膜体波谐振器温度传感器，其特征在于：所述第一热膨胀部和所述第二热膨胀部的材料为热膨胀材料。
8.如权利要求7所述的压电薄膜体波谐振器温度传感器，其特征在于：在所述第一电极和所述第二电极间覆盖吸热材料。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113074829A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-07-06 | 西安邮电大学 | 温度探测装置及系统 |
| WO2022227257A1 (zh) * | 2021-04-26 | 2022-11-03 | 海宁欧派工贸有限公司 | 一种防止出现色差的有色pvc装饰板生产设备 |
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2020
- 2020-06-02 CN CN202010487835.XA patent/CN111486984A/zh not_active Withdrawn
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