CN113447053A - 一种自校验式声表面波传感器及其校验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自校验式声表面波传感器，包括基底、反射栅、叉指换能器以及传感器信号输入输出共用一个端口，采用单端口多通道集成方式，传感器中各表面波通道独立工作，每个通道的都有独立的输入和输出叉指换能器和反射栅，各通道最终汇集到一个共用的输入输出端口。本发明在一个标准封装外壳内同一芯片上集成多个通道的谐振器，可实现多谐振器之间相互校验，使得传感器可以有效排除干扰信号，精度得到大幅度提升，同时提高传感器的码容量。

Description

一种自校验式声表面波传感器及其校验方法

技术领域

本发明涉及声表面波传感器领域，尤其涉及一种自校验式声表面波传感器及其校验方法。

背景技术

声表面波是一种固体浅表面传输的弹性波，当电压加载在具有压电特性的基片材料的电极上，会在压电晶体材料表面形成声波，该声表面波是一种在压电晶体材料表面传播、振幅随深入基片材料深度的增加而迅速减少的弹性机械波。

声表面波器件在物理结构上主要由叉指换能器(IDT)、基片和反射栅三部分组成。叉指换能器用来完成电磁波和声波之间的互换；声波产生后沿压电基片表面传输；反射栅用来反射声表面波。

现有技术中，谐振型声表面波传感器根据其谐振频率变化检测到被测量的变化。但是由于无线声表面波传感器的谐振频率易受电磁环境影响，导致谐振型声表面波传感器的测量随机误差较大。另外声表面波传感器可用的带宽有限，使得声表面波传感器码容量较少，难以实现很多点的分布式测试。

在这种情况下，本发明专利提出一种可以自校验的声表面波传感器，可有效解决上述问题。

发明内容

本发明实施例提供一种自校验式声表面波传感器，以解决现有技术中无线声表面波传感器的谐振频率易受电磁干扰以及声表面波传感器码容量较少的技术问题。

自校验式声表面波传感器，包括基底，基底表面设有多个频率不同、传感系数不同的谐振器，谐振器由叉指换能器和反射栅组成，基底表面还设有多通道连接总线，多通道连接总线连接多个谐振器。

所述基底材料采用但不限于SiO₂、LiTaO₃、LiNbO₃、ZnO、AlN、CdS、ZnS等压电单晶或压电薄膜材料。

自校验式声表面波传感器的校验方法包括：

在同一块传感器基底上制作n(n≥3)个频率不同、传感系数不同的谐振器组合在一起，并通过多通道连接总线进行连接；

当被检测参数发生变化，自校验式声表面波传感器每个谐振器的频率会随着检测参数变化进行变化，每个谐振器对应检测系数设计成各不相同，每个谐振器都能得到一个检测值，分别为f1，f2，…，fn；

单颗自校验式声表面波传感器使用时，被检测值形成一组数据，对数据进行分类，分类得到的主要成分数据为自校验式声表面波传感器信号测得的数据，其他数据为干扰信号产生的异常数据；

多颗自校验式声表面波传感器使用时，被检测值形成一组数据，对数据进行分类，分类得到多组主要成分数据，每一组代表一个自校验式声表面波传感器的检测数据，组数不超过自校验式声表面波传感器的使用数量，其他数据为干扰信号产生的异常数据；

排除异常数据后，将自校验式声表面波传感器检测数据以每个谐振器的检测系数为权重来求取期望值，期望值作为自校验式声表面波传感器最终的检测结果，从而实现自校验式声表面波传感器的自校验功能和抗干扰功能；

多个自校验式声表面波传感器联用时，将被检测值进行分类，在去除干扰信号的同时，将不同自校验式声表面波传感器分辨出来，从而以自校验的方式提高传感器码容量。

本发明具有以下有益效果：

本发明的自校验式声表面波传感器可通过自校验式声表面波传感器内部集成的多个谐振器，实现自校验式声表面波传感器数值的自校验，可有效避免自校验式声表面波传感器的错误检测，提高检测精度和可靠性，同时通过自校验的方式提高传感器码容量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为自校验式声表面波传感器的结构示意图；

图2为自校验式声表面波传感器输出的频域图谱；

附图标记

基底1、反射栅2、叉指换能器3、多通道连接总线4。

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，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅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做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。

以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。

自校验式声表面波传感器，包括基底1，基底1表面设有多个频率不同、传感系数不同的谐振器，谐振器由叉指换能器3和反射栅2组成，基底1表面还设有多通道连接总线4，多通道连接总线4连接多个谐振器，使得多通道上叉指换能器3接收和发射信号通过一条总线进行传输。

基底1材料采用但不限于SiO₂、LiTaO₃、LiNbO₃、ZnO、AlN、CdS、ZnS等压电单晶或压电薄膜材料。

叉指换能器3，改进了传统声表面波芯片的叉指电极，分别设计n(n≥3)种不同的换能器结构。

反射栅2，是在叉指换能器3两侧对压电转换后的声波进行反射的装置，与叉指换能器3一起构成谐振器。

多通道连接总线4，将多通道不同频率叉指换能器3信道连接在同一总线上。

自校验式声表面波传感器的校验方法包括：

在同一块传感器基底1上制作n(n≥3)个频率不同、传感系数不同的谐振器组合在一起，并通过多通道连接总线4进行连接；

当被检测参数发生变化，自校验式声表面波传感器每个谐振器的频率会随着检测参数变化进行变化，每个谐振器对应检测系数设计成各不相同，每个谐振器都能得到一个检测值，分别为f1，f2，…，fn；

单颗自校验式声表面波传感器使用时，被检测值形成一组数据，对数据进行分类，分类得到的主要成分数据为自校验式声表面波传感器信号测得的数据，其他数据为干扰信号产生的异常数据；

多颗自校验式声表面波传感器使用时，被检测值形成一组数据，对数据进行分类，分类得到多组主要成分数据，每一组代表一个自校验式声表面波传感器的检测数据，组数不超过自校验式声表面波传感器的使用数量，其他数据为干扰信号产生的异常数据；

排除异常数据后，将自校验式声表面波传感器检测数据以每个谐振器的检测系数为权重来求取期望值，期望值作为自校验式声表面波传感器最终的检测结果，从而实现自校验式声表面波传感器的自校验功能和抗干扰功能；

多个自校验式声表面波传感器联用时，将被检测值进行分类，在去除干扰信号的同时，将不同自校验式声表面波传感器分辨出来，从而以自校验的方式提高传感器码容量。

本发明包括基底、反射栅、叉指换能器，传感器信号输入输出共用一个端口，采用单端口多通道集成方式，传感器中各表面波通道独立工作，每个通道的都有独立的输入和输出叉指换能器和反射栅，各通道最终汇集到一个共用的输入输出端口。本发明在一个标准封装外壳内同一芯片上集成多个通道的谐振器，可实现多谐振器之间相互校验，使得传感器可以有效排除干扰信号，精度得到大幅度提升，同时提高传感器的码容量。

本发明涉及集成于压电晶体材料上的声表面波传感器，包括但不限于声表面波温度传感器、声表面波压力传感器、声表面波扭矩传感器、声表面波加速度传感器、声表面波气体传感器、声表面波电流传感器、声表面波生物传感器等

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (3)

1.一种自校验式声表面波传感器，其特征在于，包括基底(1)，基底(1)表面设有多个频率不同、传感系数不同的谐振器，谐振器由叉指换能器(3)和反射栅(2)组成，基底(1)表面还设有多通道连接总线(4)，多通道连接总线(4)连接多个谐振器。

2.根据权利要求1所述的一种自校验式声表面波传感器，其特征在于，所述基底(1)材料采用SiO₂、LiTaO₃、LiNbO₃、ZnO、AlN、CdS、ZnS中的一种。

3.一种自校验式声表面波传感器的校验方法，其特征在于，

在同一块传感器基底(1)上制作至少3个频率不同、传感系数不同的谐振器组合在一起，并通过多通道连接总线(4)进行连接；

当被检测参数发生变化，自校验式声表面波传感器每个谐振器的频率会随着检测参数变化进行变化，每个谐振器对应检测系数设计成各不相同，每个谐振器都能得到一个检测值，分别为f1，f2，…，fn；

单颗自校验式声表面波传感器使用时，被检测值形成一组数据，对数据进行分类，分类得到的主要成分数据为自校验式声表面波传感器信号测得的数据，其他数据为干扰信号产生的异常数据；

多颗自校验式声表面波传感器使用时，被检测值形成一组数据，对数据进行分类，分类得到多组主要成分数据，每一组代表一个自校验式声表面波传感器的检测数据，组数不超过自校验式声表面波传感器的使用数量，其他数据为干扰信号产生的异常数据；

排除异常数据后，将自校验式声表面波传感器检测数据以每个谐振器的检测系数为权重来求取期望值，期望值作为自校验式声表面波传感器最终的检测结果，从而实现自校验式声表面波传感器的自校验功能和抗干扰功能；

多个自校验式声表面波传感器联用时，将被检测值进行分类，在去除干扰信号的同时，将不同自校验式声表面波传感器分辨出来，从而以自校验的方式提高传感器码容量。

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