DE10392760T5

DE10392760T5 - SAW-Sensoreinrichtung unter Verwendung einer akustischen Schlitzwelle und Verfahren davon

Info

Publication number: DE10392760T5
Application number: DE10392760T
Authority: DE
Inventors: Valentin Cherednick; Michail Dvoesherstov; Yong Lim Choi
Original assignee: LG Innotek Co Ltd
Current assignee: LG Innotek Co Ltd
Priority date: 2002-06-08
Filing date: 2003-06-09
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2023-06-10
Also published as: AU2003241851A1; JP2008089600A; JP4654232B2; CN1659426A; DE10392760B4; JP2005534894A; WO2003104759A1; CN100335878C

Abstract

Eine SAW-Sensoreinrichtung unter Verwendung einer akustischen Schlitzwelle, die folgendes aufweist:
ein piezoelektrisches Medium mit einer dünnen Membran an dessen einem Teil, einem Medium an dem anderen Teil und einem schmalen Schlitz, durch den die akustische Schlitzwelle an dessen Inneren läuft;
einen Eingangs-IDT, gebildet an dem äußeren Teil in dem schmalen Schlitz des piezoelektrischen Mediums, zum Wandeln eines elektrischen Eingangssignals in die akustische Schlitzwelle; und
einen Ausgangs-IDT, gebildet an dem äußeren Teil gegenüber dem Eingangs-IDT, zum Aufnehmen der sich ausgebreiteten akustischen Schlitzwelle und zum Wandeln der Welle in ein elektrisches Signal, wodurch ein an die Einrichtung übertragener externer Druck abgefühlt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine akustische Oberflächenwellen-(SAW- bzw. AOFW-)-Einrichtung, und im Besonderen eine SAW-Sensoreinrichtung unter Verwendung einer akustischen Schlitzwelle, die eine Intensität eines externen Drucks und Viskosität und dielektrischer Permittivität einer Flüssigkeit abfühlen kann, und zwar unter Verwendung von Korrelationen von Frequenz- und Geschwindigkeitsverschiebungen der in einem Resonator erzeugten akustischen Schlitzwelle, ebenso wie unter Verwendung einer akustischen Oberflächenwelle, die in einem Resonator einer SAW-Einrichtung erzeugt wurde, und ein Verfahren davon.
Hintergrundtechnik
Vor kurzem haben sich mobile Kommunikationsvorrichtungen, wie z.B. Mobiltelefone und tragbare Informationsterminals, schnell aufgrund einer Entwicklung eines Mobilkommunikationssystems verbreitet. Somit gibt es ansteigende Nachfragen für eine Miniaturisierung und eine hohe Leistungsfähigkeit der Vorrichtungen und deren Komponenten. Zusätzlich werden zwei Arten, nämlich drahtlose Kommunikationssysteme vom analogen und digitalen Typ, für Mobiltelefone verwendet und eine Frequenz für die drahtlose Kommunikation variiert von einem Band von 800 MHz ~ 1 GHz bis zu einem Band von 1,5 GHz bis 2,0 GHz.
Ein dielektrischer Resonator-Duplex er wurde im Allgemeinen als ein Antennen-Duplexer für das Mobilkommunikationssystem angesichts von niedrigem Verlust, Leistungseffizienz und Temperaturstabilität verwendet.
Jedoch wird ein SAW-Duplexer neu empfohlen, und zwar auf der Grundlage von kürzlichem Design bzw. Konstruktion eines SAW-Filters mit niedrigem Verlust, der Entwicklung eines leistungseffizienten Materials und der Entwicklung eines Mediums, z.B. Substrat etc., mit einer stabilisierten Temperatureigenschaft.
Wenn der dielektrische Duplexer mit dem SAW-Duplexer verglichen wird, besitzt der SAW-Duplexer gleiche oder exzellentere Eigenschaften wie/als der dielektrische Duplexer mit Ausnahme der Leistungseffizienz. Im Besonderen ist der SAW-Duplexer absolut vorteilhaft in Form und Größe. Dennoch ist der SAW-Duplexer noch teurer als der Duplexer vom dielektrischen Resonator-Typ. Wenn eine Massenproduktion des SAW-Duplexers erreicht wird, und zwar gemäß der Eigenschaft eines SAW-Herstellungsprozesses unter Verwendung eines Halbleiterprozesses, wird der SAW-Duplexer einen konkurrenzfähigen Preis besitzen.
1 ist ein schematisches Diagramm, das einen allgemeinen SAW-Filter darstellt. Wie in 1 dargestellt ist, weist der SAW-Filter ein Einkristallmedium 101, einen Eingangs- inter-digitalen Wandler bzw. Eingangs-Interdigitalwandler bzw. Eingangs-Interdigitaltransducer (IDT) und einen Ausgangs-IDT 103 auf.
Wenn das Einkristallmedium 101 ein piezoelektrisches Einkristallmedium, wie z.B. Quarz, LiTaO3 und LiNbO3, ist, weisen der Eingangs- bzw. Eingabe-IDT 102 und der Ausgangs- bzw. Ausgabe-IDT 103 dünne Metallmembranen auf.
In 1 wird ein an den Eingangs-IDT 102 übertragenes bzw. gesendetes elektrisches Signal in eine mechanische Welle durch das piezoelektrische Einkristallmedium 101 gewandelt und zu dem Ausgangs-IDT 103 durch das Einkristallmedium 101 ausgebreitet. Die zu dem Ausgangs-IDT 103 übertragene Welle wird in ein elektrisches Signal gemäß piezoelektrischen Effekten zurückgewandelt und dann ausgegeben.
D.h. der im Allgemeinen in einem mobilen Kommunikationsterminal verwendete SAW-Filter zum Filtern von Hochfrequenzsignalen ist eine manuelle Einrichtung zum selektiven Passieren bzw. Durchlassen von gewünschten Frequenzsignalen durch Musterbildung bzw. Strukturierung bzw. Strukturbildung eines Wandlers auf dem piezoelektrischen Einkristallmedium mit dünnen Metallmembranen und Verbinden des Wandlers mit I/O-Anschlüssen.
Eine Frequenzresponsegesamtübertragungsfunktion bzw. Frequenzresponsetotalübertragungsfunktion des Resonators des SAW-Filters ist vorgesehen als eine zusammengesetzte Funktion von Materialeigenschaften, wie z.B. physikalische Eigenschaften eines piezoelektrischen Materials, Reinheit eines Kristalls und Eigenschaften einer dünnen Metallmembran und Einrichtungsvariablen, die Variablen aufweisen, die beim Elektrodendesign berücksichtigt werden.
Es war bekannt, dass eine Grenze eines minimalen Wertes eines Resonanzfrequenzbereichs durch eine Größe der Einrichtung bestimmt wird, und dass eine Grenze eines maximalen Wertes davon durch eine Leitungsbreite einer Elektrode und dem Verlust einer elektrischen Welle beeinflusst wird. Da der Resonator eine sehr schmalbandige Frequenzresponse bzw. -ansprechverhalten und eine lange Impulsresponse bzw. -ansprechverhalten besitzt, kann er gewünschte Eigenschaften durch präzises Herstellen einer Elektrode gemäß einem Elektrodendesign bzw. -konstruktion verkörpern.
Wie oben beschrieben wurde ist beabsichtigt, die Eigenschaften der SAW-Einrichtung auf andere Anwendungsfelder anzuwenden, und zwar besonders auf das Sensor- bzw. Fühlergebiet.
Offenbarung der Erfindung
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, wenigstens die obigen Probleme und/oder Nachteile zu lösen und wenigstens die im Folgenden beschriebenen Vorteile vorzusehen. Demzufolge besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, die vorhergehenden Probleme zu lösen, und zwar durch Vorsehen einer SAW-Sensoreinrichtung unter Verwendung einer akustischen Schlitzwelle, die eine Intensität eines externen Drucks und eine Viskosität und eine dielektrischen Permittivität von Flüssigkeit, die durch einen schmalen bzw. engen Schlitz bzw. Spalt läuft, abfühlen kann, und zwar unter Verwendung von Korrelationen der Frequenz- und Geschwindigkeitsverschiebungen der in einem Resonator erzeugten akustischen Schlitzwelle, ebenso wie unter Verwendung einer akustischen Oberflächenwelle, die in einem Resonator einer SAW-Einrichtung erzeugt wurde, und ein Verfahren davon.
Die vorhergehenden und weitere Ziele und Vorteile werden durch Vorsehen einer SAW-Sensoreinrichtung unter Verwendung einer akustischen Schlitzwelle realisiert, die folgendes aufweist: ein piezoelektrisches Medium mit einer dünnen Membran an dessen einem Teil, ein Medium an dem anderen Teil, und einen schmalen Schlitz, durch den die akustische Schlitzwelle an bzw. bei dessen Inneren läuft; einen Eingangs-IDT, gebildet an dem äußeren Teil in dem schmalen Schlitz des piezoelektrischen Mediums, zum Wandeln eines elektrischen Eingangsignals in die akustische Schlitzwelle; und einen Ausgangs-IDT, gebildet an dem äußeren Teil gegenüber(liegendend) dem Eingangs-IDT, zum Empfangen der propagierten bzw. sich ausgebreiteten akustischen Schlitzwelle und zum Wandeln der Welle in ein elektrisches Signal, wodurch ein externer an die Einrichtung übertragener Druck abgefühlt bzw. gesenst wird.
Eine Breite des schmalen Schlitzes wird gemäß dem an die dünne Membran übertragenen Druck variiert und eine Geschwindigkeit der akustischen Schlitzwelle, die in dem schmalen Schlitz läuft, wird gemäß Variationen der Breite des schmalen Schlitzes verschoben.
Zusätzlich wird die Geschwindigkeit der akustischen Schlitzwelle gemäß einer Eigenschaft des Mediums des piezoelektrischen Mediums verschoben.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine SAW-Sensoreinrichtung unter Verwendung einer akustischen Schlitzwelle folgendes auf: ein piezoelektrisches Medium mit einem schmalen Schlitz, durch den die akustische Schlitzwelle an bzw. bei dessen Inneren läuft, und der in einen oberen Teil und einen unteren Teil von dem schmalen Schlitz unterteilt ist; einen Eingangs-IDT, gebildet an einer Seite des piezoelektrischen Mediums, zum Wandeln eines elektrischen Eingangsignals in die akustische Schlitzwelle; einen Ausgangs-IDT, gebildet an der gegenüberliegenden Seite zu dem Eingangs-IDT in dem piezoelektrischen Medium, zum Empfangen der sich ausgebreiteten akustischen Schlitzwelle und zum Wandeln der Welle in ein elektrisches Signal; einen Eingangsflüssigkeitsanschluss zum Eingeben bzw. Einspeisen der Flüssigkeit in den schmalen Schlitz bzw. Spalt des piezoelektrischen Mediums; und einen Ausgangsflüssigkeitsanschluss zum Ausgeben der Flüssigkeit des schmalen Schlitzes des piezoelektrischen Mediums, wodurch Flüssigkeit in der Einrichtung abgefühlt bzw. gesenst wird.
Wenn die Flüssigkeit in dem schmalen Schlitz strömt, werden die dielektrische Permittivität und die Viskosität der Flüssigkeit durch Messen einer Geschwindigkeit und Frequenz der akustischen Schlitzwelle der Flüssigkeit des schmalen Schlitzes abgefühlt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zum Abfühlen eines externen Drucks einer SAW-Sensoreinrichtung folgende Schritte auf: (a) wenn eine dünne Membran nicht einen Druck empfängt bzw. aufnimmt, Berechnen einer Frequenz und Geschwindigkeit von elektrischen Signalen eines Eingang-IDT und eines Ausgangs-IDT in dem schmalen Schlitz und Vergleichen der resultierenden Werte; (b) wenn die dünne Membran einen externen Druck empfängt bzw. aufnimmt, Berechnen einer Frequenz und einer Geschwindigkeit von elektrischen Signalen des Eingangs-IDT und des Ausgangs-IDT und Vergleichen der resultierenden Werte; und (c) Abfühlen der Intensität des externen Drucks unter Berücksichtigung von bzw. in Anbetracht von Geschwindigkeits- und Frequenzverschiebungen aufgrund des an die dünne Membran übertragenen externen Drucks.
Der Schritt (c) zum Abfühlen der Intensität des externen Drucks wird durchgeführt durch vorheriges Einstellen von Frequenz- und Geschwindigkeitsverschiebungswertdaten unter dem externen Druck in einer externen Einrichtung und Vergleichen der Datenwerte.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zum Abfühlen von Flüssigkeit einer SAW-Sensoreinrichtung folgende Schritte auf: (a) Messen einer Phasengeschwindigkeit einer akustischen Schlitzwelle, die in einem leeren Schlitz läuft und Berechnen einer Frequenz; (b) wenn die Flüssigkeit in dem schmalen Schlitz durch einen Eingangsflüssigkeitsanschluss strömt, Messen einer Phasengeschwindigkeit der akustischen Schlitzwelle in dem schmalen Schlitz und Berechnen einer Frequenz; und (c) Abfühlen der dielektrischen Permittivität und Viskosität der durch den schmalen Schlitz laufenden Flüssigkeit unter Berücksichtigung von bzw. in Anbetracht von Geschwindigkeits- und Frequenzverschiebungen.
Der Schritt (b) zum Messen der Phasengeschwindigkeit der akustischen Schlitzwelle und Berechnen der Frequenz berechnet die Geschwindigkeit und Frequenz der akustischen Schlitzwelle, wenn die Flüssigkeit in einem Ausgangsflüssigkeitsanschluss gefüllt ist.
Der Schritt (c) zum Abfühlen der dielektrischen Permittivität und Viskosität der Flüssigkeit wird durchgeführt durch vorheriges Einstellen von Daten der dielektrischen Permittivität und Viskosität von allen Arten von Flüssigkeiten in einer externen Einrichtung und Vergleichen der Datenwerte.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Intensität des externen Druckes bzw. Außendruckes und der Viskosität und dielektrischen Permittivität der Flüssigkeit abgefühlt werden unter Verwendung von Korrelationen der Frequenz- und Geschwindigkeitsverschiebungen der in einem Resonator erzeugten akustischen Schlitzwelle, ebenso wie unter Verwendung einer akustischen Oberflächenwelle, die in einem Resonator einer SAW-Einrichtung erzeugt wurde.
Zusätzliche Vorteile, Ziele und Merkmale der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung ausgeführt werden und werden teilweise Durchschnittsfachleuten auf eine Prüfung des folgenden hin offenbar werden oder können aus einer Ausübung der Erfindung erfahren werden. Die Ziele und Vorteile der Erfindung können realisiert und erreicht werden, wie besonders in den beigefügten Patentansprüchen hervorgehoben ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird in Detail unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen, in denen entsprechende Bezugsziffern entsprechende Elemente bezeichnen, beschrieben werden, wobei:
1 ist ein schematisches Diagramm, das einen allgemeinen SAW-Filter darstellt;
2 ist schematisches Querschnittsdiagramm, das eine als ein Drucksensor bzw. -fühler betriebene SAW-Sensoreinrichtung darstellt, unter Verwendung einer akustischen Schlitzwelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
3 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das eine als ein Flüssigkeitssensor betriebene SAW-Sensoreinrichtung darstellt, unter Verwendung einer akustischen Schlitzwelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Beste Art zum Ausführen der Erfindung
Die folgende detaillierte Beschreibung wird eine SAW- bzw. AOFW-Sensoreinrichtung unter Verwendung einer akustischen Schlitzwelle und ein Verfahren davon gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vorstellen.
2 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das eine als Drucksensor betriebene SAW-Sensoreinrichtung unter Verwendung einer akustischen Schlitzwelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
Unter Bezugnahme auf 2 weist die als Drucksensor unter Verwendung der akustischen Schlitzwelle betriebene SAW-Sensoreinrichtung ein piezoelektrisches Medium 203 mit einer dünnen Membran 205 an dessen oberem Teil, ein Medium an dessen unterem Teil und einen schmalen Schlitz bzw. Spalt 204, durch den die akustische Schlitzwelle an bzw. bei bzw. in dessen Inneren läuft, einen Eingangs-IDT 201, gebildet an dem äußeren Teil in dem schmalen Schlitz 204 des piezoelektrischen Mediums 203, zum Wandeln eines elektrischen Eingangssignals in die akustische Schlitzwelle und einen Ausgangs-IDT 202, gebildet an dem äußeren Teil gegenüber dem Eingangs-IDT 201, zum Empfangen der sich ausgebreiteten akustischen Schlitzwelle und zum Wandeln der Welle in ein elektrisches Signal auf.
Das Betriebsprinzip der als Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung betriebenen SAW-Sensoreinrichtung wird nun erklärt werden.
Der Eingangs-IDT 201 wandelt ein elektrisches Signal in ein Vibrationstypsignal, das eine akustische Schlitzwelle ist, um und die akustische Schlitzwelle breitet sich entlang dem piezoelektrischen Medium 203 aus.
D.h., in der SAW-Sensoreinrichtung, wenn eine Metallelektrode auf einem Medium, das eine hohe Isolation zeigt, gebildet ist, und Piezoelektrizität auf der Metallelektrode erzeugt wird, verzerrt sich das Medium zeitweise bzw. vorübergehend. Eine physikalische Welle wird durch Verwendung des Betriebs erzeugt. Da eine Geschwindigkeit einer auf der Oberfläche der SAW-Sensoreinrichtung übertragenen Welle niedriger als diejenige einer elektrischen Welle ist, wird die SAW-Sensoreinrichtung als ein Filter verwendet, um zeitweise ein elektrisches Signal zu verzögern oder ein spezifisches Frequenzsignal bzw. Signal spezifischer Frequenz durchzulassen.
Demzufolge, die akustische Oberflächenwelle, zeigt ein spezifisches Frequenzsignal, das sich entlang dem piezoelektrischen Medium 203 ausbreitet, einen Zustand einer entlang der Oberfläche des Mediums übertragenen Welle in demselben Konzept, wie eine akustische Oberflächenwelle einer allgemeinen SAW-Einrichtung. Hier werden Wellen in transversale Wellen und longitudinale Wellen unterteilt, und zwar gemäß den Eigenschaften des piezo elektrischen Mediums 203. Zusätzlich werden derartige Wellen unter verschiedenen Zuständen, wie z.B. Mediumeigenschaften, abgeschwächt bzw. gedämpft.
Andererseits weist die dünne Oberseitenmembran 205 des schmalen Schlitzes 204 in dem piezoelektrischen Medium 203 ein dünnes piezoelektrisches Medium auf, welches aufgrund eines externen Drucks deformiert wird, und die akustische Schlitzwelle kann in dem schmalen Schlitz 204 laufen. In der sich entlang dem piezoelektrischen Medium 230 ausgebreiteten akustischen Schlitzwelle wird das Vibrationstypsignal bzw. Signal vom Vibrationstyp in ein elektrisches Signal durch den Ausgangs-IDT 202 gewandelt.
Hier, wenn ein externer Druck an die dünne Membran 205 übertragen wird, krümmt sich die dünne Membran 205. Eine Breite (t) des schmalen Schlitzes 204 wird variiert und somit wird eine Phasengeschwindigkeit der in dem schmalen Schlitz 204 laufenden akustischen Schlitzwelle ebenfalls verschoben.
Zusätzlich wird eine zusätzliche Beanspruchung auf das piezoelektrische Medium 203 erzeugt, um die Geschwindigkeit der akustischen Schlitzwelle zu verschieben.
D.h. die Phasengeschwindigkeit der akustischen Schlitzwelle hängt von der Breite (t) des schmalen Schlitzes 204 ab.
Deshalb werden Korrelationen der Breite (t) des schmalen Schlitzes 204 und der Geschwindigkeit der akustischen Schlitzwelle auf der Grundlage der Tatsachen erhalten, dass die Breite (t) des schmalen Schlitzes 204 gemäß der Intensität des externen Drucks variiert wird, und dass die Geschwindigkeit der akustischen Schlitzwelle aufgrund von Variationen der Breite (t) des schmalen Schlitzes 204 verschoben wird, wodurch die Intensität des externen Drucks abgefühlt wird.
Der Prozess zum Betreiben der SAW-Sensoreinrichtung als der Drucksensor wird nun im Detail beschrieben werden.
Wenn die dünne Membran 205 nicht einen Druck empfängt bzw. aufnimmt, werden eine Frequenz und eine Geschwindigkeit eines elektrischen Signals des Eingangs-IDT 201 berechnet, eine Frequenz und Geschwindigkeit eines elektrischen Signals des Ausgangs-IDT 202 werden berechnet und die resultierenden Werte werden miteinander verglichen (S21). Hier werden die Frequenz und Geschwindigkeit der Eingangs- und Ausgangssignale selten verschoben.
Wenn die dünne Membran 205 einen externen Druck empfängt bzw. aufnimmt, werden eine Frequenz und Geschwindigkeit eines elektrischen Signals des Eingangs-IDT 201 berechnet, eine Frequenz und Geschwindigkeit eines elektrischen Signals des Ausgangs-IDT 202 werden berechnet und die resultierenden Werte werden miteinander verglichen (S22). Zu dieser Zeit werden die Frequenz und Geschwindigkeit der Eingangs- und Ausgangssignale verschoben.
Zusätzlich können die Korrelationen unter Verwendung der Formel 'f = v/λ' erhalten werden. Hier stellen 'f', 'v' und 'λ' jeweils Frequenz, Geschwindigkeit und Wellenlänge dar. Somit verursacht die Geschwindigkeitsverschiebung die Frequenzverschiebung, die von dem externen Druck abhängt.
D.h., wenn die dünne Membran 205 einen externen Druck empfängt bzw. aufnimmt, krümmt sich der schmale Schlitz 201, was die in dem schmalen Schlitz 204 laufende akustische Schlitzwelle beeinflusst. Demzufolge werden die Frequenz und Geschwindigkeit der Signale des Eingangs-IDT 201 des Ausgangs-IDT 202 verschoben.
Die Frequenz- und Geschwindigkeitsverschiebungswertdaten unter dem externen Druck werden zuvor in einer externen Einrichtung in der Form einer Datenbank eingestellt bzw. gesetzt (S23).
Deshalb kann die Intensität des externen Drucks durch Vergleichen der Geschwindigkeits- und Frequenzwerte, die aufgrund des externen Drucks, der an die dünne Membran 205 übertragen wurde, mit den Geschwindigkeits- und Frequenzverschiebungsdatenwerten der Datenbank (S24) abgefühlt werden, so dass die SAW-Sensoreinrichtung als der Drucksensor betrieben werden kann.
<Zweites Beispiel>
3 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das eine als Flüssigkeitssensor betriebene SAW-Sensoreinrichtung unter Verwendung einer akustischen Schlitzwelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
Wie in 3 dargestellt ist, weist die als der Flüssigkeitssensor betriebene SAW-Sensoreinrichtung ein piezoelektrisches Medium 301 mit einem schmalen Schlitz 304, durch den die akustische Schlitzwelle an dessen Inneren läuft, und das in einen oberen Teil und einen unteren Teil von dem schmalen Schlitz 304 unterteilt ist, einen Eingangs-IDT 302, gebildet an einer Seite des piezoelektrischen Mediums 301, zum Wandeln eines elektrischen Eingangssignals in die akustische Schlitzwelle, einen Ausgangs-IDT 303, gebildet an der gegenüberliegenden Seite zu dem Eingangs-IDT 302 in dem piezoelektrischen Medium 301, zum Empfangen der sich ausgebreiteten akustischen Schlitzwelle und zum Wandeln der Welle in ein elektrisches Signal, einen Eingangsflüssigkeitsanschluss 305 zum Eingeben bzw. Einspeisen der Flüssigkeit in den schmalen Schlitz 304 des piezoelektrischen Mediums 303 und einen Ausgangsflüssigkeitsanschluss 306 zum Ausgeben der Flüssigkeit des schmalen Schlitzes 304 des piezoelektrischen Mediums 301 auf.
Das Betriebsprinzip der als der Flüssigkeitssensor betriebenen SAW-Sensoreinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun erklärt werden.
Die in dem Eingangs-IDT 302 gewandelte akustische Schlitzwelle wird durch das piezoelektrische Medium 301 übertragen und in ein elektrisches Signal in dem Ausgangs-IDT 303 zurückgewandelt. Die durch den schmalen Schlitz 304 des piezoelektrischen Mediums 301 laufende akustische Schlitzwelle lässt eine spezifische Frequenz durch. Wenn sich die akustische Schlitzwelle in dem schmalen Schlitz 304 des piezoelektrischen Mediums 301 ausbreitet, hängt eine Phasengeschwindigkeit der akustischen Schlitzwelle von der dielektrischen Permittivität der Flüssigkeit in dem schmalen Schlitz 304 ab. D.h., wenn man annimmt, dass eine Geschwindigkeit einer akustischen Schlitzwelle, die in einem leeren Schlitz läuft, v0 ist und eine Geschwindigkeit einer akustischen Schlitzwelle, die in einem Schlitz mit Flüssigkeit läuft, v1 ist, wird die Phasengeschwindigkeit der akustischen Schlitzwelle gemäß der dielektrischen Permittivität der Flüssigkeit verschoben.
Zusätzlich wird ein Verlust an Wellenleistung gemäß der Viskosität der Flüssigkeit erzeugt, was die Phasengeschwindigkeit verschiebt.
Weil die Phasengeschwindigkeit der akustischen Schlitzwelle gemäß der Viskosität und der dielektrischen Permittivität der Flüssigkeit verschoben wird, kann die SAW-Sensoreinrichtung als der Flüssigkeitssensor unter Verwendung der Korrelationen betrieben werden. Dieser Betrieb wird nun im Detail beschrieben werden.
Um die Viskosität und die dielektrische Permittivität der Flüssigkeit zu erhalten, wird die Phasengeschwindigkeit v0 der akustischen Schlitzwelle, die in dem leeren Schlitz 304 läuft, gemessen (S304) und eine Frequenz f0 wird berechnet (S31). Hier können die Korrelationen der Geschwindigkeit und Frequenz durch Verwendung der Formel 'f = v/λ' erhalten werden.
Wenn die Flüssigkeit in dem schmalen Schlitz 304 durch den Eingangsflüssigkeitsanschluss 305 strömt, wird die Phasengeschwindigkeit v1 der akustischen Schlitzwelle in dem schmalen Schlitz 304 gemessen und eine Frequenz fl wird berechnet (S32). Hier werden die Geschwindigkeit und Frequenz der akustischen Schlitzwelle, wenn die Flüssigkeit in den Ausgangsflüssigkeitsanschluss 306 gefüllt ist, berechnet.
Deshalb können die dielektrische Permittivität und Viskosität der durch den schmalen Schlitz 304 laufenden Flüssigkeit unter Berücksichtigung der Geschwindigkeitsverschiebungen v0 und v1 und Frequenzverschiebungen f0 und fl erhalten werden.
D.h., Daten von dielektrischen Permittivitäts- und Viskositätswerten von allen Arten von Flüssigkeiten aufgrund der Phasengeschwindigkeits- und Frequenzverschiebungen der akustischen Schlitzwelle werden zuvor in einer externen Einrichtung in Form einer Datenbank eingestellt (S33).
Hier kann die dielektrische Permittivität und Viskosität der Flüssigkeit durch Suchen von ähnlichen Werten zu den Daten der dielektrischen Permittivitäts- und Viskositätswerten von allen Arten von Flüssigkeiten, die zuvor in der externen Einrichtung eingestellt wurden, abgefühlt werden (S34), so dass die SAW-Einrichtung als der Flüssigkeitssensor betrieben werden kann.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Wie zuvor diskutiert wurde, kann gemäß der vorliegenden Erfindung die SAW-Sensoreinrichtung unter Verwendung der akustischen Schlitzwelle und das Verfahren davon die Intensität des externen Drucks durch Verwendung der Korrelationen der Frequenz- und Geschwindigkeitsverschiebungen der in dem Resonator erzeugten akustischen Schlitzwelle abfühlen, ebenso wie unter Verwendung der in dem Resonator der SAW-Einrichtung erzeugten akustischen Oberflächenwelle.
Zusätzlich kann die SAW-Sensoreinrichtung unter Verwendung der akustischen Schlitzwelle und des Verfahrens davon die Viskosität und dielektrische Permittivität der Flüssigkeit, die durch den schmalen Schlitz läuft, unter Verwendung der Korrelationen der Frequenz- und Geschwindigkeitsverschiebungen der in dem Resonator des SAW-Einrichtungsschlitzes erzeugten akustischen Schlitzwelle erhalten.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele davon gezeigt und beschrieben wurde, wird von Fachleuten verstanden werden, dass darin unterschiedliche Veränderungen in der Form und in Einzelheiten gemacht werden können, ohne von dem Geist und Schutzumfang der Erfindung, der durch die beigefügten Patentansprüche definiert wird, abzuweichen.
Die vorhergehenden Ausführungsbeispiele und Vorteile sind lediglich beispielhaft und sollen nicht als beschränkend für die vorliegende Erfindung ausgelegt werden. Die vorliegende Lehre kann leicht auf andere Typen von Vorrichtungen angewandt werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung der vorliegenden Erfindung illustrativ ist und nicht den Schutzumfang der Patentansprüche beschränkt. Viele Alternativen, Modifikationen und Variationen werden Fachleuten offenbar werden. In den Ansprüchen ist beabsichtigt, dass Mittel-Plus-Funktion-Satzteile bzw. -Merkmale die hier beschriebenen Strukturen als die formulierte Funktion durchführend und nicht nur strukturelle Äquivalente sondern ebenfalls äquivalente Strukturen abdecken.
WAS BEANSPRUCHT WIRD, IST:

1. Eine SAW-Sensoreinrichtung unter Verwendung einer akustischen Schlitzwelle, die folgendes aufweist: ein piezoelektrisches Medium mit einer dünnen Membran an dessen einem Teil, einem Medium an dem anderen Teil und einem schmalen Schlitz, durch den die akustische Schlitzwelle an dessen Inneren läuft; einen Eingangs-IDT, gebildet an dem äußeren Teil in dem schmalen Schlitz des piezoelektrischen Mediums, zum Wandeln eines elektrischen Eingangssignals in die akustische Schlitzwelle; und einen Ausgangs-IDT, gebildet an dem äußeren Teil gegenüber dem Eingangs-IDT, zum Aufnehmen der sich ausgebreiteten akustischen Schlitzwelle und zum Wandeln der Welle in ein elektrisches Signal, wodurch ein an die Einrichtung übertragener externer Druck abgefühlt wird.
2. Die SAW-Sensoreinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine Breite des schmalen Schlitzes gemäß dem an die dünne Membran übertragenen Druck variiert wird und eine Geschwindigkeit der akustischen Schlitzwelle, die sich in dem schmalen Schlitz ausbreitet, gemäß Variationen der Breite des schmalen Schlitzes verschoben wird.
3. Die SAW-Sensoreinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Geschwindigkeit der akustischen Schlitzwelle gemäß einer Eigenschaft des Mediums des piezoelektrischen Mediums verschoben wird.
4. Eine SAW-Sensoreinrichtung unter Verwendung einer akustischen Schlitzwelle, die folgendes aufweist: ein piezoelektrisches Medium mit einem schmalen Schlitz, durch den die akustische Schlitzwelle an dessen Inneren läuft, und das in einen oberen Teil und einen unteren Teil von dem schmalen Schlitz unterteilt ist, zum Abfühlen von Flüssigkeit in der Einrichtung; einen Eingangs-IDT, gebildet an einer Seite des piezoelektrischen Mediums, zum Wandeln eines elektrischen Eingangssignals in die akustische Schlitzwelle.

ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung offenbart eine SAW-Sensoreinrichtung unter Verwendung einer akustischen Schlitzwelle und ein Verfahren davon. Die SAW-Sensoreinrichtung unter Verwendung der akustischen Schlitzwelle weist ein piezoelektrisches Medium mit einer dünnen Membran an dessen einem Teil, ein Medium an dem anderen Teil und einen schmalen Schlitz, durch den die akustische Schlitzwelle an dessen Inneren läuft, einen Eingangs-IDT, gebildet an den äußeren Teil in dem schmalen Schlitz des piezoelektrischen Mediums, zum Wandeln eines elektrischen Eingangssignals in die akustische Schlitzwelle, und einen Ausgangs-IDT, gebildet an dem äußeren Teil gegenüber dem Eingangs-IDT, zum Empfangen der sich ausgebreiteten akustischen Schlitzwelle und zum Wandeln der Welle in ein elektrisches Signal auf, wodurch ein externer an die Einrichtung übertragener Druck abgefühlt wird. Die SAW-Sensoreinrichtung unter Verwendung der akustischen Schlitzwelle und das Verfahren davon können die Intensität eines externen Drucks und Viskosität und dielektrische Permittivität von durch den schmalen Schlitz laufender Flüssigkeit erhalten, und zwar unter Verwendung von Korrelationen von Frequenz- und Geschwindigkeitsverschiebungen der in einem Resonator des schmalen Schlitzes erzeugten akustischen Schlitzwelle.

Claims

Eine SAW-Sensoreinrichtung unter Verwendung einer akustischen Schlitzwelle, die folgendes aufweist: ein piezoelektrisches Medium mit einer dünnen Membran an dessen einem Teil, einem Medium an dem anderen Teil und einem schmalen Schlitz, durch den die akustische Schlitzwelle an dessen Inneren läuft; einen Eingangs-IDT, gebildet an dem äußeren Teil in dem schmalen Schlitz des piezoelektrischen Mediums, zum Wandeln eines elektrischen Eingangssignals in die akustische Schlitzwelle; und einen Ausgangs-IDT, gebildet an dem äußeren Teil gegenüber dem Eingangs-IDT, zum Aufnehmen der sich ausgebreiteten akustischen Schlitzwelle und zum Wandeln der Welle in ein elektrisches Signal, wodurch ein an die Einrichtung übertragener externer Druck abgefühlt wird.
Die SAW-Sensoreinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine Breite des schmalen Schlitzes gemäß dem an die dünne Membran übertragenen Druck variiert wird und eine Geschwindigkeit der akustischen Schlitzwelle, die sich in dem schmalen Schlitz ausbreitet, gemäß Variationen der Breite des schmalen Schlitzes verschoben wird.
Die SAW-Sensoreinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Geschwindigkeit der akustischen Schlitzwelle gemäß einer Eigenschaft des Mediums des piezoelektrischen Mediums verschoben wird.
Eine SAW-Sensoreinrichtung unter Verwendung einer akustischen Schlitzwelle, die folgendes aufweist: ein piezoelektrisches Medium mit einem schmalen Schlitz, durch den die akustische Schlitzwelle an dessen Inneren läuft, und das in einen oberen Teil und einen unteren Teil von dem schmalen Schlitz unterteilt ist, zum Abfühlen von Flüssigkeit in der Einrichtung; einen Eingangs-IDT, gebildet an einer Seite des piezoelektrischen Mediums, zum Wandeln eines elektrischen Eingangssignals in die akustische Schlitzwelle; einen Ausgangs-IDT, gebildet an der gegenüberliegenden Seite zu dem Eingangs-IDT in dem piezoelektrischen Medium, zum Aufnehmen der sich ausgebreiteten akustischen Schlitzwelle und zum Wandeln der Welle in ein elektrisches Signal; einen Eingangsflüssigkeitsanschluss zum Eingeben der Flüssigkeit in den schmalen Schlitz des piezoelektrischen Mediums; und einen Ausgangsflüssigkeitsanschluss zum Ausgeben der Flüssigkeit des schmalen Schlitzes des piezoelektrischen Mediums.
Die SAW-Sensoreinrichtung gemäß Anspruch 4, wobei, wenn die Flüssigkeit in dem schmalen Schlitz strömt, die dielektrische Permittivität und Viskosität der Flüssigkeit durch Messen einer Geschwindigkeit und Frequenz der akustischen Schlitzwelle der Flüssigkeit des schmalen Schlitzes abgefühlt werden.
Ein Verfahren zum Abfühlen eines externen Drucks einer SAW-Sensoreinrichtung, das folgende Schritte aufweist: (a) wenn eine dünne Membran nicht einen Druck aufnimmt, Berechnen einer Frequenz und Geschwindigkeit von elektrischen Signalen eines Eingangs-IDT und eines Ausgangs-IDT in einem schmalen Schlitz und Vergleichen der resultierenden Werte; (b) wenn die dünne Membran einen externen Druck aufnimmt, Berechnen einer Frequenz und Geschwindigkeit von elektrischen Signalen des Eingangs-IDT und des Ausgangs-IDT, und Vergleichen der resultierenden Werte; und (c) Abfühlen der Intensität des externen Drucks unter Berücksichtigung der Geschwindigkeits- und Frequenzverschiebungen aufgrund des an die dünne Membran übertragenen externen Drucks.
Das Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei Schritt (c) zum Abfühlen der Intensität des externen Drucks durch vorheriges Einstellen von Frequenz- und Geschwindigkeitsverschiebungswertdaten unter dem externen Druck in einer externen Einrichtung und Vergleichen der Datenwerte durchgeführt wird.
Ein Verfahren zum Abfühlen von Flüssigkeit einer SAW-Sensoreinrichtung, das folgende Schritte aufweist: (a) Messen einer Phasengeschwindigkeit einer in einem leeren Schlitz laufenden akustischen Schlitzwelle und Berechnen einer Frequenz; (b) wenn die Flüssigkeit in dem schmalen Schlitz durch einen Eingangsflüssigkeitsanschluss strömt, Messen einer Phasengeschwindigkeit der akustischen Schlitzwelle in dem schmalen Schlitz und Berechnen einer Frequenz; und (c) Abfühlen einer dielektrischen Permittivität und Viskosität der durch den schmalen Schlitz laufenden Flüssigkeit unter Berücksichtigung von Geschwindigkeits- und Frequenzverschiebungen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei Schritt (b) zum Messen der Phasengeschwindigkeit der akustischen Schlitzwelle und Berechnen der Frequenz die Geschwindigkeit und Frequenz der akustischen Schlitzwelle berechnet, wenn die Flüssigkeit in einen Ausgangsflüssigkeitsanschluss gefüllt wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei Schritt (c) zum Abfühlen der dielektrischen Permittivität und Viskosität der Flüssigkeit durch vorheriges Einstellen von dielektrischen Permittivitäts- und Viskositätsdaten von allen Arten von Flüssigkeiten in eine externe Einrichtung und Vergleichen der Datenwerte durchgeführt wird.