RU2427943C1 - Пассивный датчик на поверхностных акустических волнах - Google Patents
Пассивный датчик на поверхностных акустических волнах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2427943C1 RU2427943C1 RU2010105457/28A RU2010105457A RU2427943C1 RU 2427943 C1 RU2427943 C1 RU 2427943C1 RU 2010105457/28 A RU2010105457/28 A RU 2010105457/28A RU 2010105457 A RU2010105457 A RU 2010105457A RU 2427943 C1 RU2427943 C1 RU 2427943C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- saw
- surfactant
- reflectors
- metal reflectors
- sensitive
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для дистанционного измерения физических величин. Технический результат: снижение погрешности измерений, повышение чувствительности датчика и дальности считывания от него, упрощение конструкции устройства, повышение технологичности его изготовления и надежности работы. Сущность: датчик содержит расположенные на подложке 1 из пьезоэлектрического материала встречно штыревой преобразователь (ВШП) 2 и две структуры металлических отражателей 3 и 4 для поверхностных акустических волн (ПАВ). Первая структура отражателей предусмотрена в качестве опорного элемента, вторая - в качестве чувствительного элемента. Отражатели 3 ПАВ первой структуры и отражатели 4 ПАВ второй структуры выполнены с различными чувствительностями к измеряемой величине. ВШП 2 выполнен однонаправленным и расположен так, что направление распространения ПАВ от него происходит против естественной однонаправленности пьезоэлектрического материала подложки 1. Направление ПАВ от отражателей 3 и 4 совпадает с естественной однонаправленностью пьезоэлектрического материала подложки 1, при которой коэффициент анизотропии отраженной ПАВ γ≤0. Отражатели 3 и 4 ПАВ выполнены по направлению распространения ПАВ симметричными и разделенными между собой минимально возможным электрическим зазором 5 или выполнены без зазора. Отражатели 4 второй ПАВ структуры по всей поверхности покрыты слоем материала 6, чувствительного к измеряемой величине. 4 ил.
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в приборостроении и машиностроении для измерения физических величин дистанционно по радио.
Известен пассивный датчик на поверхностных акустических волнах (ПАВ) по патенту РФ №2105993, опубл. 27.02.1998 года, МПК G01S 13/75, «Опрашиваемый по радио пассивный датчик на поверхностных акустических волнах» [1], содержащий расположенные на одной подложке из пьезоэлектрического материала встречно штыревой преобразователь (ВШП) и две структуры металлических отражателей ПАВ, первая из которых предусмотрена в качестве опорного элемента, а вторая - в качестве чувствительного элемента, причем металлические отражатели первой ПАВ структуры и металлические отражатели второй ПАВ структуры выполнены с различными чувствительностями по отношению к измеряемой величине.
Недостатками устройства [1] является то, что две структуры металлических отражателей ПАВ, первая из которых предусмотрена в качестве опорного элемента, а вторая - в качестве чувствительного элемента, расположены на сравнительно большом расстоянии друг от друга, а это в свою очередь вносит существенные погрешности в показания измерений.
Прототипом заявляемого технического решения является пассивный датчик на ПАВ по патенту США №7005964, опубл. 18.12.2003 года, МПК G06S 13/75, G06K 7/10, «Сенсор с двойной поверхностной акустической волной» [2], содержащий расположенные на одной подложке из пьезоэлектрического материала ВШП и две структуры металлических отражателей ПАВ, первая из которых предусмотрена в качестве опорного элемента, а вторая - в качестве чувствительного элемента, причем металлические отражатели ПАВ первой структуры и металлические отражатели ПАВ второй структуры выполнены с различными чувствительностями по отношению к измеряемой величине.
Недостатками известного устройства [2] является то, что металлические отражатели ПАВ структуры опорного элемента и чувствительного элемента совмещены соединительными шинами вдоль направления распространения ПАВ и дополнительно содержат общую шину электрической нейтрали, к которой и к шине чувствительного элемента подсоединен (пайкой) внешний чувствительный элемент, что в целом усложняет конструкцию устройства, увеличивает ее стоимость и снижает надежность.
Указанные недостатки ставят задачи снижения погрешности измерений, повышения чувствительности датчика и дальности его считывания, а также упрощения конструкции устройства, технологичности его изготовления и повышения надежности работы.
Указанные задачи решаются тем, что в пассивном датчике на поверхностных акустических волнах, содержащем расположенные на одной подложке из пьезоэлектрического материала ВШП и две структуры металлических отражателей ПАВ, первая из которых предусмотрена в качестве опорного элемента, а вторая - в качестве чувствительного элемента, причем металлические отражатели ПАВ первой структуры и металлические отражатели ПАВ второй структуры выполнены с различными чувствительностями по отношению к измеряемой величине, при этом ВШП выполнен однонаправленным и расположен так, что направление распространения ПАВ от него происходит против естественной однонаправленности пьезоэлектрического материала подложки, а направление ПАВ от металлических отражателей при этом совпадает с естественной однонаправленностью пьезоэлектрического материала подложки, при которой коэффициент анизотропии отраженной ПАВ γ≤0, причем металлические отражатели ПАВ структуры опорного элемента и чувствительного элемента выполнены по направлению распространения ПАВ симметричными и разделены между собой электрическим зазором (технологически минимально возможным), при этом металлические отражатели ПАВ второй структуры - чувствительного элемента по всей своей поверхности покрыты слоем материала, чувствительного к измеряемой величине. Симметричные металлические отражатели ПАВ структуры опорного и чувствительного элементов могут быть выполнены совмещенными без электрических зазоров.
Введение признаков «ВШП выполнен однонаправленным и расположен так, что направление распространения ПАВ от него происходит против естественной однонаправленности пьезоэлектрического материала подложки, а направление ПАВ от металлических отражателей при этом совпадает с естественной однонаправленностью пьезоэлектрического материала подложки, при которой коэффициент анизотропии отраженной ПАВ γ≤0» необходимо для повышения чувствительности датчика, и следовательно, для повышения дальности считывания показаний пассивного датчика. Чувствительность повышается из-за увеличения коэффициента отражения от отражателей (электродов) опорной и измерительных ПАВ структур за счет естественных свойств пьезоэлектрического материала.
Введение признака «металлические отражатели ПАВ структуры опорного элемента и чувствительного элемента выполнены по направлению распространения ПАВ симметричными и разделенными между собой минимальным электрическим зазором, при этом отражатели ПАВ второй структуры - чувствительного элемента по всей своей поверхности покрыты слоем материала, чувствительного к измеряемой величине» необходимо для создания соизмеримых уровней отраженных сигналов: опорного - от металлических отражателей без покрытия и сигнального (чувствительного) - от металлических отражателей с покрытием, которое чувствительно к измеряемой величине.
Создание соизмеримых уровней отраженных сигналов от опорного элемента и чувствительного (сигнального) элемента, в свою очередь, снижает погрешность измерений.
Кроме того, выполнение металлических отражателей ПАВ структур опорного и чувствительного элементов по направлению распространения ПАВ симметричными и разделенными между собой технологически минимально возможным электрическим зазором существенно упрощает конструкцию устройства, технологичность его изготовления, а также повышает надежность его работы.
Введение признака «симметричные отражатели ПАВ структуры чувствительного элемента и опорного элемента выполнены без электрических зазоров» необходимо для упрощения технологичности изготовления устройства, и следовательно, для уменьшения его стоимости.
На фиг.1 представлен «Пассивный датчик на ПАВ» с разделенными минимальным электрическим зазором симметричными металлическими отражателями ПАВ структур опорного и чувствительного элементов; на фиг.2 - разрез устройства, представленного на фиг.1 по А-А; на фиг.3 - «Пассивный датчик на ПАВ» с совмещенными (без электрических зазоров между ними) симметричными металлическими отражателями ПАВ структур опорного и чувствительного элементов; на фиг.4 - разрез устройства, представленного на фиг.3 по Б-Б.
Пассивный датчик на поверхностных акустических волнах содержит расположенные на одной подложке 1 из пьезоэлектрического материала встречно штыревой преобразователь (ВШП) 2 и две структуры металлических отражателей 3 и 4 для поверхностных акустических волн (ПАВ), первая из которых предусмотрена в качестве опорного элемента, а вторая - в качестве чувствительного элемента. Металлические отражатели 3 ПАВ первой структуры и металлические отражатели 4 ПАВ второй структуры выполнены с различными чувствительностями по отношению к измеряемой величине. ВШП 2 выполнен однонаправленным и расположен так, что направление распространения ПАВ от него происходит против естественной однонаправленности пьезоэлектрического материала подложки 1, а направление ПАВ от металлических отражателей 3 и 4 при этом совпадает с естественной однонаправленностью пьезоэлектрического материала подложки 1, при которой коэффициент анизотропии отраженной ПАВ: γ≤0. Металлические отражатели 3 и 4 ПАВ структур опорного элемента и чувствительного элемента выполнены по направлению распространения ПАВ симметричными и разделены между собой электрическим зазором 5 (минимально возможным технологически). Металлические отражатели 4 ПАВ второй структуры - чувствительного элемента по всей своей поверхности покрыты слоем материала 6, чувствительного к измеряемой величине. Симметричные металлические отражатели 3 и 4 ПАВ структур опорного и чувствительного элементов могут быть выполнены совмещенными без электрических зазоров 5.
Работа пассивного датчика на ПАВ заключается в следующем:
Поступающий от считывателя из антенны (на чертежах на показана) на однонаправленный ВШП 2 высокочастотный электромагнитный сигнал генерирует в подложке 1 из пьезоэлектрического материала ПАВ, которая распространяется по поверхности подложки 1 против естественной однонаправленности пьезоэлектрического материала, в сторону симметричных (по направлению распространения ПАВ) металлических отражателей 3 и 4, соответственно опорного и чувствительного элементов. При отражении ПАВ от металлических отражателей опорных и чувствительных элементов за счет разности комплексных коэффициентов отражения ПАВ и изменения этой разности при воздействии информационного фактора, изменяется фазовый сдвиг информационного сигнала, по которому в конечном итоге определяют искомую величину.
Металлические отражатели 3 и 4 могут быть разделены между собой минимально возможным технологически электрическими зазорами 5, или могут быть совмещенными (без электрических зазоров 5). Зазор 5 влияет на выравнивание электрических потенциалов металлических отражателей 3 и 4, соответственно опорного и чувствительного элементов. Наличие минимальных электрических зазоров 5 между металлическими отражателями 3 и 4 приводит к гальванической развязке между опорным и полезным сигналами, так как при своем распространении ПАВ сопровождается волной переменного электрического заряда, которая также отражается от структур опорного и чувствительного элементов с разной фазовой задержкой. При этом механическая и электрическая составляющие ПАВ отражаются со своими фазовыми задержками. Минимальные электрические зазоры 5 между металлическими отражателями 3 и 4 позволяют увеличить чувствительность датчика на ПАВ. Симметричные металлические отражатели 3 и 4 ПАВ структур опорного и чувствительного элементов из-за технологических трудностей и удешевления производства могут быть выполнены и без минимальных электрических зазоров 5 между ними.
Близко расположенные металлические отражатели 3 и 4 опорного и чувствительного элементов позволяют создать соизмеримые уровни отраженных сигналов: опорного - от металлических отражателей 3 без покрытия и сигнального (чувствительного) - от металлических отражателей 4 с покрытием 6, которое чувствительно к измеряемой величине. В свою очередь, создание соизмеримых уровней отраженных сигналов от опорного элемента и чувствительного (сигнального) элемента снижает погрешность измерений устройства.
После возвращения отраженной ПАВ, модулированной металлическими отражателями 3 и 4 - опорного и чувствительного элементов, она генерирует в ВШП 2 высокочастотный электромагнитный сигнал, который через антенну передается считывателю. При этом обратное направление распространения модулированной ПАВ совпадает с естественной однонаправленностью пьезоэлектрического материала подложки 1, при которой коэффициент анизотропии отраженной ПАВ γ≤0, и из-за естественных свойств пьезоэлектрического материала происходит повышение чувствительности датчика, и следовательно, происходит повышение дальности считывания показаний пассивного датчика.
Полагаем, что предложенное устройство обладает всеми критериями изобретения, так как:
- Пассивный датчик на ПАВ в совокупности с ограничительными и отличительными признаками формулы изобретения является новым для общеизвестных устройств и, следовательно, соответствует критерию “новизна”.
- Совокупность признаков формулы изобретения устройства неизвестна на данном уровне развития техники и не следует общеизвестным правилам конструирования пассивных датчиков на ПАВ, что доказывает соответствие критерию “изобретательский уровень”.
- Конструктивная реализация пассивного датчика на ПАВ не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, откуда следует соответствие критерию “промышленная применимость”.
Источники информации
1. Патент РФ: RU 2105993, опубл. 27.02.1998 года, МПК G01S 13/75, «Опрашиваемый по радио пассивный датчик на поверхностных акустических волнах».
2. Патент США: US 7005964, опубл. 18.12.2003 года, МПК G06S 13/75, G06K 7/10, «Сенсор с двойной поверхностной акустической волной» - прототип.
Claims (1)
- Пассивный датчик на поверхностных акустических волнах, содержащий расположенные на одной подложке из пьезоэлектрического материала встречно штыревой преобразователь (ВШП) и две структуры металлических отражателей для поверхностных акустических волн (ПАВ), первая из которых предусмотрена в качестве опорного элемента, а вторая - в качестве чувствительного элемента, причем металлические отражатели первой ПАВ структуры и металлические отражатели второй ПАВ структуры выполнены с различными чувствительностями по отношению к измеряемой величине, отличающийся тем, что ВШП выполнен однонаправленным и расположен так, что направление распространения ПАВ от него происходит против естественной однонаправленности пьезоэлектрического материала подложки, а направление ПАВ от металлических отражателей при этом совпадает с естественной однонаправленностью пьезоэлектрического материала подложки, при которой коэффициент анизотропии отраженной ПАВ γ≤0, причем металлические отражатели ПАВ структур опорного элемента и чувствительного элемента выполнены по направлению распространения ПАВ симметричными и разделенными между собой минимальным электрическим зазором или выполнены без зазора, при этом металлические отражатели второй ПАВ структуры - чувствительного элемента по всей своей поверхности покрыты слоем материала, чувствительного к измеряемой величине.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010105457/28A RU2427943C1 (ru) | 2010-02-15 | 2010-02-15 | Пассивный датчик на поверхностных акустических волнах |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010105457/28A RU2427943C1 (ru) | 2010-02-15 | 2010-02-15 | Пассивный датчик на поверхностных акустических волнах |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2427943C1 true RU2427943C1 (ru) | 2011-08-27 |
Family
ID=44756914
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010105457/28A RU2427943C1 (ru) | 2010-02-15 | 2010-02-15 | Пассивный датчик на поверхностных акустических волнах |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2427943C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2488921C1 (ru) * | 2012-02-07 | 2013-07-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" | Способ формирования запросного сигнала для датчика на пав с отражающими структурами |
RU2550697C1 (ru) * | 2013-10-24 | 2015-05-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет | Датчик на поверхностных акустических волнах для измерения концентрации моноокиси углерода |
-
2010
- 2010-02-15 RU RU2010105457/28A patent/RU2427943C1/ru active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2488921C1 (ru) * | 2012-02-07 | 2013-07-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" | Способ формирования запросного сигнала для датчика на пав с отражающими структурами |
RU2550697C1 (ru) * | 2013-10-24 | 2015-05-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет | Датчик на поверхностных акустических волнах для измерения концентрации моноокиси углерода |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11831470B2 (en) | Individually identifiable surface acoustic wave sensors, tags and systems | |
US6556146B1 (en) | Radio-interrogated surface-wave technology sensor | |
Wang et al. | Development of a wireless and passive temperature-compensated SAW strain sensor | |
Borrero et al. | Design and fabrication of SAW pressure, temperature and impedance sensors using novel multiphysics simulation models | |
KR101603052B1 (ko) | 피측정물 특성 측정장치 | |
CN103954823A (zh) | 声表面波电流传感器 | |
US8207649B2 (en) | Surface wave resonator having reduced parasitic resonance | |
RU2427943C1 (ru) | Пассивный датчик на поверхностных акустических волнах | |
JP5387919B2 (ja) | 温度感度を向上させた弾性表面波トルク・温度センサ | |
CN111982290A (zh) | 一种圆偏振光探测器 | |
JP5431687B2 (ja) | 被測定物特性測定装置 | |
RU2537751C2 (ru) | Чувствительный элемент на поверхностных акустических волнах для измерения температуры | |
RU2475716C1 (ru) | Чувствительный элемент для измерения физических величин на магнитостатических волнах | |
CN115436686A (zh) | 一种延迟线型声表面波电压传感器及电压检测方法 | |
RU2393444C1 (ru) | Чувствительный элемент датчика физических величин с отражающими структурами | |
RU2494358C1 (ru) | Чувствительный элемент для измерения температуры | |
US20120206996A1 (en) | Transponder having coupled resonant modes and including a variable load | |
RU2658596C1 (ru) | Чувствительный элемент на поверхностных акустических волнах для измерения давления жидкостей и газов | |
Binder et al. | Design and characterisation of a combined pressure, temperature, ID sensor for harsh environment | |
RU2457450C1 (ru) | Чувствительный элемент для измерения механических напряжений | |
RU2485676C1 (ru) | Устройство для дистанционного измерения параметров атмосферы | |
JP2009281975A (ja) | 弾性表面波素子及びセンサ | |
JP2012085108A (ja) | 弾性表面波センサ | |
Zhezherin et al. | Analysis Possibility Application SAW Structure for Temperature Sensor | |
JP6300145B2 (ja) | 弾性表面波センサおよび測定装置 |