專利名稱:一種頻率資源利用率高的聲表面波傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種頻率資源利用率高的聲表面波傳感器，包含共用一個(gè)天線的兩個(gè)聲表面波諧振器，諧振器A和諧振器B；諧振器A和諧振器B的頻率與物理量的變化曲線如下：在測(cè)量的量程范圍內(nèi)，諧振器A和諧振器B的頻率與物理量的變化曲線相反；諧振器A和諧振器B的頻率與物理量的變化曲線的絕對(duì)值相同；諧振器A和諧振器B的頻率與物理量的變化曲線不相交。本實(shí)用新型通過(guò)使用兩個(gè)聲表面波諧振器來(lái)組成一個(gè)傳感器，這兩個(gè)諧振器的頻率組合特征在傳感器量程范圍內(nèi)確定，不同的傳感器具有不同的頻率組合特征，通過(guò)對(duì)該特征的識(shí)別來(lái)區(qū)別傳感器，由此兩個(gè)頻率組合特征不同的傳感器可以占用同一個(gè)頻段，從而使頻率資源的利用率成倍地增加。
【專利說(shuō)明】
一種頻率資源利用率高的聲表面波傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種聲表面波傳感器，特別涉及一種頻率資源利用率高的聲表面波傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]線傳感器技術(shù)在對(duì)移動(dòng)物體的檢測(cè)、以及在危險(xiǎn)環(huán)境，如高溫，高電磁輻射等場(chǎng)景中的測(cè)量應(yīng)用中具有很大的應(yīng)用前景?；赟AW的傳感器是完全無(wú)源的(無(wú)電池)，在許多應(yīng)用中具有高可靠性。與無(wú)線的回波讀寫(xiě)器配合，這些無(wú)源傳感器的無(wú)線信息傳輸范圍可以達(dá)到5米的距離。
[0003]傳統(tǒng)的SAW傳感器使用一個(gè)諧振器，通過(guò)檢測(cè)該諧振器的諧振頻率來(lái)獲得所感知的物理量變化信息，在一個(gè)空間中如果需要測(cè)量多個(gè)位置的物理量變化，就需要放置多個(gè)SAW傳感器。要識(shí)別不同的傳感器通常的做法是為每個(gè)傳感器分配一段獨(dú)立的頻率范圍，根據(jù)傳感器回波所在的頻率區(qū)間來(lái)識(shí)別不同的傳感器，即傳感器的編號(hào)是通過(guò)頻率區(qū)間來(lái)分辨的。這種方式對(duì)頻率資源的占用較多，在頻率資源有限的情況下，只能限制同一空間中可用傳感器的數(shù)量，或降低測(cè)量的精度，或減小測(cè)量的量程。
[0004]在一個(gè)傳感器中使用兩個(gè)SAW諧振器，這兩個(gè)諧振器的頻率變化系數(shù)(即頻率變化與外界物理量變化之間的關(guān)系)互不相同，通過(guò)測(cè)量這兩個(gè)諧振器頻率之差來(lái)獲得外界物理量的變化情況，這種傳感器通常稱為差分式SAW傳感器。差分式SAW傳感器通常用于補(bǔ)償SAW諧振器在生產(chǎn)工藝上的離散性所造成的頻率偏差以及安裝使用過(guò)程中外界電磁環(huán)境對(duì)SAW傳感器諧振頻率的影響。這類(lèi)差分式SAW傳感器與上述的單諧振器的SAW傳感器一樣，也需要分配不同的頻率資源給不同的傳感器以便進(jìn)行識(shí)別，因此，它對(duì)頻率資源的占用較多。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種頻率資源利用率高的聲表面波傳感器。
[0006]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案是一種頻率資源利用率高的聲表面波傳感器，包含共用一個(gè)天線的兩個(gè)聲表面波諧振器，諧振器A和諧振器B ;所述諧振器A和諧振器B的頻率與物理量的變化曲線如下:在測(cè)量的量程范圍內(nèi)，諧振器A和諧振器B的頻率與物理量的變化曲線相反；諧振器A和諧振器B的頻率與物理量的變化曲線的絕對(duì)值相同；在測(cè)量的量程范圍內(nèi)，諧振器A和諧振器B的頻率與物理量的變化曲線不相交。
[0007]所述諧振器A和諧振器B通過(guò)殼體和殼蓋封裝在一起，形成一個(gè)聲表面波傳感器芯片；所述諧振器A和諧振器B分別固定在一個(gè)壓電基片上；所述兩個(gè)壓電基片固定在殼體內(nèi)的底部；所述殼體和殼蓋密封連接。所述諧振器A和諧振器B分別通過(guò)一個(gè)壓電薄膜固定在一個(gè)壓電基片上。
[0008]所述諧振器A和諧振器B分別通過(guò)各自的殼體和殼蓋封裝成一個(gè)聲表面波傳感器芯片，兩個(gè)聲表面波傳感器芯片與天線構(gòu)成頻率資源利用率高的聲表面波傳感器；所述諧振器A和諧振器B分別固定在一個(gè)壓電基片上；所述殼體和殼蓋密封連接。所述諧振器A和諧振器B分別通過(guò)一個(gè)壓電薄膜固定在一個(gè)壓電基片上。
[0009]為了更清楚的表達(dá)，現(xiàn)將本文出現(xiàn)的技術(shù)術(shù)語(yǔ)的定義介紹如下:
[0010]聲表面波諧振器:在壓電材料上實(shí)現(xiàn)的一個(gè)換能裝置；
[0011]聲表面波傳感器芯片:聲表面波諧振器加上封裝(殼體、殼蓋)；
[0012]聲表面波傳感器:聲表面波傳感器芯片加上天線。
[0013]現(xiàn)將本實(shí)用新型的原理闡述論證如下:本實(shí)用新型通過(guò)使用兩個(gè)SAW諧振器，諧振器A和諧振器B，來(lái)組成一個(gè)傳感器，這兩個(gè)SAW諧振器的頻率特性，即頻率與物理量之間的變化曲線，比如頻率-溫度曲線、頻率-壓力曲線等，為方便描述，下面具體以溫度作為例子進(jìn)行說(shuō)明，在本實(shí)用新型中，諧振器A和B的頻率-溫度曲線是線性的，或者可以在量程范圍內(nèi)近似等效為線性。
[0014]諧振器A的頻率-溫度關(guān)系為:Fa= a+KT
[0015]諧振器B的頻率-溫度關(guān)系為:Fb= b-KT
[0016]其中，T為溫度，K為斜率，即頻率除以溫度，a、b為溫度在O度時(shí)諧振器A、B的頻率，F(xiàn)a、F#諧振器A、B在溫度為T(mén)時(shí)的諧振頻率。
[0017]由此可以推導(dǎo)出以下兩個(gè)公式:
[0018]Fa+Fb = a+b = ID (I)
[0019]Fa- Fb= a - b+2KT (2)
[0020]公式(I)中的ID等于兩個(gè)諧振器在溫度為零時(shí)的頻率之和，是個(gè)常量，即不隨溫度變化而變化，可以用來(lái)作為傳感器的識(shí)別碼。
[0021]公式⑵可轉(zhuǎn)換為:
[0022]T= (Fa-Fb- a+b) /2K (3)
[0023]當(dāng)收集到諧振器A和B的回波信號(hào)，根據(jù)回波信號(hào)的頻率FJP F Β，依照公式(3)，即可計(jì)算出溫度信息。
[0024]下面繼續(xù)論證如何快速且節(jié)約頻率資源。如果有兩個(gè)傳感器S1、S2，每個(gè)傳感器Si中均包含了符合本實(shí)用新型要求的A1、Bi兩個(gè)諧振器，它們的頻率-溫度關(guān)系分別為:Fm= a i+KTj, Fm= b i+KTi0
[0025]如果將這兩個(gè)傳感器設(shè)置在同一個(gè)頻段內(nèi)，當(dāng)我們采集回波時(shí)，由于不同的傳感器所處位置的溫度有可能是完全不同的，因此最多會(huì)在2X2 = 4個(gè)頻點(diǎn)上檢測(cè)到信號(hào)。
[0026]要正確地判斷這2個(gè)傳感器的溫度，就需要識(shí)別出這4個(gè)頻點(diǎn)各自分別屬于哪個(gè)傳感器。為了能夠正確識(shí)別不同的傳感器回波信號(hào)，需要對(duì)這2個(gè)傳感器的參數(shù)進(jìn)行挑選，只要彳兩足ID1^ ID 2的條件即可。
[0027]四個(gè)回波信號(hào)的頻率分別為Fa1、Fb1、Fa2、Fb2，且各不相同，其中FA1+FB1=IDijFa^Fb2=ID2O只需要證明Fai+FA2# ID F Ai+Fb2^ ID ^即可說(shuō)明這兩個(gè)傳感器可以被分別識(shí)別出來(lái)。
[0028]Fai+Fa2= ID1-Fb^ID2-Fb2 (4)
[0029]或
[0030]Fai+Fb2= ID1-Fb^ID2-Fa2 (5)
[0031]從公式(4)可以推導(dǎo)出，只有當(dāng)Fa2= Fbi時(shí)，F(xiàn)ai+Fa2= ID10
[0032]從公式(5)可以推導(dǎo)出，只有當(dāng)Fb2= Fbi時(shí)，F(xiàn)ai+Fb2= ID10
[0033]也就是說(shuō)，當(dāng)四個(gè)回波信號(hào)？41七1七2$2的頻率互不相同時(shí)，可以通過(guò)101、102的特征來(lái)區(qū)分出這四個(gè)回波信號(hào)分別屬于哪個(gè)傳感器。
[0034]如果一個(gè)傳感器的某一個(gè)回波頻率與另一個(gè)傳感器的其中一個(gè)回波頻點(diǎn)重疊，我們將只會(huì)收到三個(gè)頻率，我們假定Fbi= Fb2= FB，則有:
[0035]Fai+FB = ID1, Fa2+FB = ID2。
[0036]我們對(duì)這三個(gè)頻率值進(jìn)行計(jì)算，即可識(shí)別出不同的傳感器。只有當(dāng)FA1+FA2= ID !或ID2時(shí)會(huì)無(wú)法識(shí)別，因此，我們只需證明FA1+FA2# ID i或者ID2即可。
[0037]Fai+Fa2= ID 1+ID2_2FB (6)
[0038]根據(jù)公式(6)，F(xiàn)A1+FA2=ID^條件是 Fa2= Fb2，F(xiàn)A1+FA2= ID 2的條件是 Fai= Fbi,也就是說(shuō)，只有當(dāng)諧振器A和諧振器B的頻率-溫度曲線是相交時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。根據(jù)我們對(duì)傳感器設(shè)計(jì)的要求，在測(cè)量的量程范圍內(nèi)，諧振器A和諧振器B的頻率-溫度曲線是不相交的，因此可以保證可以正確識(shí)別出這兩個(gè)傳感器。
[0039]采用了上述技術(shù)方案后，本實(shí)用新型具有以下的有益效果:本實(shí)用新型提出了一種創(chuàng)新的基于聲表面波諧振器的傳感器實(shí)現(xiàn)方式，通過(guò)使用兩個(gè)頻率組合特征在傳感器量程范圍內(nèi)確定的聲表面波諧振器來(lái)組成一個(gè)傳感器，不同的傳感器具有不同的頻率組合特征，通過(guò)對(duì)該特征的識(shí)別來(lái)區(qū)別傳感器。因此，在滿足一定的限制條件下，兩個(gè)頻率組合特征不同的SAW傳感器可以占用同一個(gè)頻段，從而使頻率資源的利用率成倍地增加。

【附圖說(shuō)明】

[0040]為了使本實(shí)用新型的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中
[0041]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]圖2為本實(shí)用新型的兩個(gè)傳感器中的諧振器頻率關(guān)系示意圖。
[0043]圖3本實(shí)用新型的一種具體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044]附圖中標(biāo)號(hào)為:
[0045]天線1、聲表面波諧振器2，諧振器A 21、諧振器B 22。

【具體實(shí)施方式】
[0046](實(shí)施例1)
[0047]見(jiàn)圖1，一種頻率資源利用率高的聲表面波傳感器，包含共用一個(gè)天線I的兩個(gè)聲表面波諧振器2，諧振器A 21和諧振器B 22;因此在同一環(huán)境下會(huì)有兩個(gè)不同的諧振頻率點(diǎn)。諧振器A 21和諧振器B 22的頻率與物理量的變化曲線如下:在測(cè)量的量程范圍內(nèi)，諧振器A 21和諧振器B 22的頻率與物理量的變化曲線相反；諧振器A 21和諧振器B 22的頻率與物理量的變化曲線的絕對(duì)值相同；在測(cè)量的量程范圍內(nèi)，諧振器A 21和諧振器B 22的頻率與物理量的變化曲線不相交。
[0048]當(dāng)每個(gè)聲表面波傳感器均采用本實(shí)施例的頻率資源利用率高的聲表面波傳感器，每個(gè)聲表面波傳感器的識(shí)別碼IDn不相等；識(shí)別碼IDn為諧振器A和諧振器B在物理量為零時(shí)的頻率和；采用N個(gè)前述傳感器進(jìn)行測(cè)量，N為自然數(shù)，收集每個(gè)聲表面波傳感器的回波頻率F，根據(jù)ID1= FA1+FB1，ID2= FA2+FB2，IDn = Fa^Fbii,由此確定是哪一個(gè)聲表面波傳感器。圖2中FA^ FB i線分別表示傳感器I中兩個(gè)諧振器的頻率-溫度曲線，F(xiàn)A 2和FB 2分別表示傳感器2中兩個(gè)諧振器的頻率-溫度曲線。傳感器I和傳感器2所處的溫度分別為T(mén)l和T2，它們產(chǎn)生的回波信號(hào)頻率分別為Fa1、FbI (傳感器I)和FA2、FB2 (傳感器2)。如圖2所示，傳感器的兩個(gè)諧振器的頻率-溫度曲線形成了一個(gè)喇叭口，從圖2中看，該喇叭口是左大右小，同理，喇叭口為左小右大的一組諧振器也可以達(dá)到同樣的作用。由此本實(shí)施例利用兩個(gè)SAW諧振器在諧振頻率上的相關(guān)性，來(lái)產(chǎn)生一個(gè)不隨測(cè)量物理量變化而變化的“特性”，利用此“特性”使得該傳感器可以通過(guò)回波頻率來(lái)加以識(shí)別。通過(guò)選擇不同“特性”的傳感器，可以在同一個(gè)工作頻段中放置兩個(gè)傳感器，從而提高頻率資源的利用率。
[0049]具體的結(jié)構(gòu)可以有兩種，第一種頻率資源利用率高的聲表面波傳感器如圖3所示，諧振器A21和諧振器B22通過(guò)殼體3和殼蓋4封裝在一起，也即本結(jié)構(gòu)中有一個(gè)聲表面波傳感器芯片。諧振器A21和諧振器B22分別通過(guò)一個(gè)壓電薄膜6固定在一個(gè)壓電基片5上；兩個(gè)壓電基片5固定在殼體3內(nèi)的底部；殼體3和殼蓋4密封連接。通過(guò)選擇不同的壓電基片材料、壓電薄膜材料，使得諧振器A21和諧振器B22的頻率特征曲線滿足本實(shí)用新型中所要求的條件。本結(jié)構(gòu)成品體積小，但工藝要求高。
[0050]第二種頻率資源利用率高的聲表面波傳感器為兩個(gè)共用一個(gè)天線I的聲表面波傳感器芯片。諧振器A21和諧振器B22分別通過(guò)殼體3和殼蓋4封裝于一個(gè)聲表面波傳感器芯片中；諧振器A21和諧振器B22分別通過(guò)一個(gè)壓電薄膜6固定在一個(gè)壓電基片5上；兩個(gè)封裝芯片固定在殼體3內(nèi)的底部。本結(jié)構(gòu)成品體積會(huì)稍大，但工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。
[0051]在上述兩個(gè)技術(shù)方案中，殼體3和殼蓋4可以是金屬殼體和金屬殼蓋，或者是陶瓷殼體和金屬殼蓋。壓電基片5可以是石英、或者是鈮酸鋰、或者是鉭酸鋰，或其他壓電晶體，壓電薄膜6為氧化鋅或者是氮化鋁。
[0052]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種頻率資源利用率高的聲表面波傳感器，其特征在于:包含共用一個(gè)天線(I)的兩個(gè)聲表面波諧振器(2)，諧振器A(21)和諧振器B(22);所述諧振器A(21)和諧振器B(22)的頻率與物理量的變化曲線如下:在測(cè)量的量程范圍內(nèi)，諧振器A(21)和諧振器B(22)的頻率與物理量的變化曲線相反；諧振器A(21)和諧振器B(22)的頻率與物理量的變化曲線的絕對(duì)值相同；在測(cè)量的量程范圍內(nèi)，諧振器A(21)和諧振器B(22)的頻率與物理量的變化曲線不相交。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種頻率資源利用率高的聲表面波傳感器，其特征在于:所述諧振器A (21)和諧振器B (22)通過(guò)殼體(3)和殼蓋(4)封裝在一起，形成一個(gè)聲表面波傳感器芯片；所述諧振器A(21)和諧振器B(22)分別固定在一個(gè)壓電基片(5)上；所述兩個(gè)壓電基片(5)固定在殼體(3)內(nèi)的底部；所述殼體(3)和殼蓋(4)密封連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種頻率資源利用率高的聲表面波傳感器，其特征在于:還包括兩個(gè)壓電薄膜出)；所述諧振器A(21)和諧振器B(22)分別通過(guò)一個(gè)壓電薄膜(6)固定在一個(gè)壓電基片(5)上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種頻率資源利用率高的聲表面波傳感器，其特征在于:所述諧振器A (21)和諧振器B (22)分別通過(guò)各自的殼體(3)和殼蓋⑷封裝成一個(gè)聲表面波傳感器芯片，兩個(gè)聲表面波傳感器芯片與天線(I)構(gòu)成頻率資源利用率高的聲表面波傳感器；所述諧振器A(21)和諧振器B(22)分別固定在一個(gè)壓電基片(5)上；所述殼體(3)和殼蓋⑷密封連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種頻率資源利用率高的聲表面波傳感器，其特征在于:還包括兩個(gè)壓電薄膜出)；所述諧振器A(21)和諧振器B(22)分別通過(guò)一個(gè)壓電薄膜(6)固定在一個(gè)壓電基片(5)上。
【文檔編號(hào)】G01D5-48GK204269130SQ201420768438
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