PL218271B1 - Linia opóźniająca z falą akustyczną - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest linia opóźniająca z falą akustyczną, przeznaczona zwłaszcza do zastosowań w czujnikach gazowych i cieczowych.

Z publikacji W. Soluch, Sensors and Actuators A, 1 - 3, 60 - 64 (1998) znane są konstrukcje linii opóźniających z falą akustyczną, zawierające wejściowy i wyjściowy przetworniki międzypalczaste, składające się z periodycznych metalowych elektrod i szyn zbiorczych, naniesionych na jedną płaszczyznę płytki piezoelektrycznej.

W takich konstrukcjach po wykonaniu maski fotolitograficznej i naniesieniu struktury elektrod linii opóźniającej na płytkę piezoelektryczną nie ma jednak już możliwości zmian liczby elektrod w przetwornikach, co jest niezbędne w różnych zastosowaniach. Tłumienność wtrąceniowa takich linii jest zwykle większa od 15 dB.

Celem wynalazku jest umożliwienie wprowadzania zmian całkowitej liczby elektrod w przetwornikach po wykonaniu jednej maski fotolitograficznej i naniesieniu elektrod na płytkę piezoelektryczną, a co za tym idzie umożliwienie dla danego podłoża piezoelektrycznego odpowiedniego doboru przetworników dla uzyskania małej tłumienności wtrąceniowej.

Istota wynalazku polega na tym, że naniesione na płytkę piezoelektryczną periodyczne metalowe elektrody o okresie określonym przez odległość między środkami sąsiednich elektrod, stałym na całej długości linii opóźniającej, są parami naprzemiennie połączone z metalowymi szynami zbiorczymi, tworząc przetworniki złożone z sekcji położonych jedna obok drugiej w kierunku rozchodzenia się fali akustycznej.

Korzystnie pierwsza i ostatnia elektroda każdej sekcji są dołączone do szyn uziemionych.

Wszystkie sekcje korzystnie zawierają parzyste liczby elektrod.

Korzystnie liczba elektrod jest taka sama we wszystkich sekcjach.

Dowolna zwarta sekcja korzystnie stanowi ekran elektryczny między przetwornikami położonymi po obydwu jego stronach.

Korzystnie sekcje położone poza przetwornikami są zwarte.

Między ekranem i przetwornikiem sąsiednim usytuowana jest korzystnie przerwa między uziemionymi szynami.

Szyny zbiorcze sąsiednich sekcji są korzystnie zwarte, tworząc przetworniki zawierające sumy tych sekcji.

Płaszczyzna płytki przeciwległa do płaszczyzny, na której naniesione są elektrody linii opóźniającej, korzystnie jest pokryta warstwą metalu.

Korzystnie równolegle do przetworników dołączone są cewki indukcyjne.

Stosunek grubości płytki piezoelektrycznej do długości fali akustycznej korzystnie jest większy od jedności.

Końce płytki korzystnie są ścięte pod kątem różnym od 90°.

Korzystnie płytka piezoelektryczna jest wykonana z kryształu niobianu litu lub tantalanu litu, przy czym najkorzystniej oś Y kryształu jest prostopadła, zaś oś Z - równoległa do płaszczyzny rozchodzenia się fali akustycznej.

Iloczyn liczby elektrod przetwornika międzypalczastego i kwadratu współczynnika sprzężenia elektromechanicznego fali akustycznej korzystnie jest większy od jedności.

W przypadku linii opóźniającej z akustyczną falą powierzchniową płaszczyzna płytki, na której naniesione są elektrody przetworników, jest korzystnie pokryta warstwą substancji reagującej z gazem lub parą cieczy.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia wprowadzanie zmian parametrów linii opóźniającej po wykonaniu jednej maski fotolitograficznej i naniesieniu elektrod na płytkę piezoelektryczną. Zależnie od potrzeb poszczególne sekcje mogą być ze sobą łączone lub zwierane.

Ponieważ zwarta sekcja nie wprowadza zmian warunków propagacji fali akustycznej, to może być ona wykorzystana jako ekran zmniejszający niepożądany sygnał sprzężenia elektromagnetycznego między wejściem i wyjściem linii.

Zmiana całkowitej liczby elektrod przetworników jest realizowana przez łączenie odpowiedniej liczby sekcji, co jest ważne przy wykonaniu linii na danym podłożu piezoelektrycznym. Umożliwia to uzyskanie dostatecznie dużej admitancji przetworników w stosunku do admitancji obciążenia, a to pozwala na zmniejszenie tłumienności wtrąceniowej linii poniżej 10 dB dzięki wykorzystaniu odbić fali akustycznej od przetworników.

PL 218 271 B1

W zastosowaniach praktycznych, linia opóźniająca może być wykonana na takich płytkach piezoelektrycznych, w których wzbudzane są akustyczne fale powierzchniowe, akustyczne fale pseudopowierzchniowe lub akustyczne mody płytowe.

Przy wzbudzaniu w płytkach akustycznych modów płytowych płaszczyzna płytki przeciwległa do płaszczyzny, na której naniesione są elektrody, korzystnie styka się z cieczą.

Przy zastosowaniach linii według wynalazku w czujnikach lepkości cieczy zmiany lepkości cieczy są wyznaczane ze zmian tłumienności wtrąceniowej linii opóźniającej.

Linia opóźniająca według wynalazku jest bliżej objaśniona w przykładzie wykonania odtworzonym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia jej strukturę w widoku z góry, zaś fig. 2 - widok linii z boku.

P r z y k ł a d.

Linia, przedstawiona na rysunku, zawiera płytkę piezoelektryczną 1 z niobianu litu o orientacji YZ o grubości 0,5 mm. Wzdłuż osi Z rozchodzi się akustyczna fala powierzchniowa. Na jedną płaszczyznę płytki 1 naniesione są periodyczne elektrody 2 o okresie 13,8 um i wraz z szynami zbiorczymi 3, 4, 5, 6, 7, 8, i 9 tworzą pięć sekcji wykonanych ze 100 periodycznych aluminiowych elektrod każda. Zachodzenie sąsiednich par elektrod wynosi 1,5 mm. Sekcja środkowa 10 jest zwarta i stanowi ekran. Przerwa 13 rozdziela uziemienia szyn 3 i 4. Dwie sekcje na wejściu i wyjściu linii są zwarte 11, 12 i równolegle do nich dołączone są cewki indukcyjne 16 i 17 po 150 nH każda. Zaciski przetworn ików 14 i 15 stanowią wejście i wyjście linii. Na charakterystyce amplitudowej linii występuje wyraźny pik rezonansowy na częstotliwości około 62,5 MHz, powstały w wyniku odbić od przetworników. Tłumienność wtrąceniowa linii na tej częstotliwości wynosi około 8 dB.

Claims (16)

1. Linia opóźniająca z falą akustyczną, stanowiąca płytkę piezoelektryczną z metalowymi periodycznymi elektrodami i szynami zbiorczymi naniesionymi na jej jedną płaszczyznę, tworzonymi przetworniki, znamienna tym, że naniesione na płytkę piezoelektryczną (1) periodyczne metalowe elektrody (2) o okresie określonym przez odległość między środkami sąsiednich elektrod, stałym na całej długości linii opóźniającej, są parami naprzemiennie połączone z metalowymi szynami zbiorczymi (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9), tworząc przetworniki złożone z sekcji położonych jedna obok drugiej w kierunku rozchodzenia się fali akustycznej.

2. Linia według zastrz. 1, znamienna tym, że pierwsza i ostatnia elektroda każdej sekcji są dołączone do szyn uziemionych (3, 4).

3. Linia według zastrz. 1, znamienna tym, że liczba elektrod w każdej sekcji jest parzysta.

4. Linia według zastrz. 1, znamienna tym, że liczba elektrod w każdej sekcji jest taka sama.

5. Linia według zastrz. 1, znamienna tym, że dowolna zwarta sekcja (10) stanowi ekran elektryczny między przetwornikami położonymi po obydwu jego stronach.

6. Linia według zastrz. 1, znamienna tym, że sekcje położone poza przetwornikami (14, 15) są zwarte (11, 12).

7. Linia według zastrz. 1, znamienna tym, że między zwartą sekcją (10) stanowiącą ekran i przetwornikiem sąsiednim (15) jest usytuowana przerwa (13) między uziemionymi szynami (3, 4).

8. Linia według zastrz. 1. znamienna tym, że szyny zbiorcze (6, 8 i 7, 9) sąsiednich sekcji są zwarte (11, 12), tworząc przetworniki zawierające sumy ich elektrod.

9. Linia według zastrz. 1, znamienna tym, że płaszczyzna płytki przeciwległa do płaszczyzny, na której naniesione są elektrody (18), jest pokryta warstwą metalu (19).

10. Linia według zastrz. 1, znamienna tym, że równolegle do przetworników (14, 15) dołączone są cewki indukcyjne (16, 17).

11. Linia według zastrz. 1, znamienna tym, że stosunek grubości płytki (1) do długości fali akustycznej jest większy od jedności.

12. Linia według zastrz. 1, znamienna tym, że końce płytki (1) są ścięte pod kątem różnym od 90°.

13. Linia według zastrz. 1, znamienna tym, że płytka (1) jest wykonana z piezoelektrycznego kryształu niobianu litu lub tantalanu litu.

PL 218 271 B1

14. Linia według zastrz. 13 , znamienna tym, że oś Y kryształu jest prostopadła, zaś oś Z równoległa do płaszczyzny rozchodzenia się fali akustycznej.

15. Linia według zastrz. 1, znamienna tym, że iloczyn liczby elektrod przetwornika międzypalczastego i kwadratu współczynnika sprzężenia elektromechanicznego fali akustycznej jest większy od jedności.

16. Linia według zastrz. 1, znamienna tym, że płaszczyzna płytki (1), na której naniesione są elektrody przetworników (18), jest pokryta warstwą substancji reagującej z gazem lub parą cieczy.