專利名稱：用于氣體傳感器的雙聲路聲表面波器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于氣體傳感器的聲表面波器件，特別涉及一種用于氣體傳感器的雙聲路聲表面波器件。
背景技術(shù)：
聲表面波器件一個(gè)顯著的特點(diǎn)是聲表面波在晶體表面?zhèn)鞑r(shí)，能量主要集中在晶體表面一個(gè)波長范圍內(nèi)，所以很容易受外界條件的影響，引起在晶體表面?zhèn)鞑サ穆暠砻娌ǖ淖兓?，進(jìn)而引起聲表面波器件本身頻率、損耗及相位等參數(shù)的改變。所以，通?？梢酝ㄟ^對器件本身頻率、損耗及相位等參數(shù)的測量，從而實(shí)現(xiàn)對一些物理、化學(xué)特性的間接測量。另外，由于具有體積小、重量輕等特點(diǎn)使聲表面波器件在傳感器領(lǐng)域具有其它傳感器所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，特別是其基于光刻和微電子工藝制作技術(shù)的不斷發(fā)展，也為聲表面波傳感器朝低成本、大規(guī)模化生產(chǎn)提供了良好的技術(shù)條件和發(fā)展前景。用聲表面波器件作為氣體傳感器使用時(shí)，由于器件中的叉指換能器在激發(fā)聲表面波的同時(shí)，還會激發(fā)一種對測量中聲表面波信號特性進(jìn)行干擾的體聲波信號，另外，制作器件的基片材料本身對周圍測量環(huán)境中溫度、濕度等條件的改變也會直接影響到測量中聲表面波信號的準(zhǔn)確性，所以，如何消除或者減弱這些因素對測量的影響，從而提高測量的準(zhǔn)確度就成了廣大科技人員一個(gè)非常關(guān)心的問題。
為了解決制作器件的基片材料由于溫度、濕度等條件的改變對測量信號的影響，目前聲表面波傳感器多采用雙延遲線結(jié)構(gòu)(見A.Bryant，D.L.Leeand J.F.Vetelino.A surface acoustic wave gas detector.ULTRASONICSSYMPOSIUM，1981，171-174)。它的工作原理是在同一基片上制作兩條聲表面波延遲線，并且在一條延遲線上涂敷具有對特定氣體敏感的選擇性薄膜，而另一條延遲線作為參考，不涂敷任何材料，這樣通過測量兩條延遲線上輸出信號之間的差值，來消除基片材料由于溫度、濕度等條件的改變對測量中聲表面波信號的影響。這種器件雖然對基片材料由于溫度、濕度等條件的改變對測量中聲表面波信號造成的影響具有一定的消除，但對體聲波沒有任何抑制作用，所以體聲波仍然對測量信號有干擾作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于氣體傳感器的雙聲路聲表面波器件，該器件能夠抑制體聲波信號對聲表面波信號的干擾，并能消除基片材料由于溫度、濕度等條件的改變對測量中聲表面波信號的影響，從而提高了氣體傳感器的測量準(zhǔn)確度。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明包括在同一基片材料上制作一個(gè)輸入換能器、兩個(gè)全轉(zhuǎn)移多條耦合器、兩個(gè)輸出換能器，兩個(gè)全轉(zhuǎn)移多條耦合器和兩個(gè)輸出換能器分別對稱設(shè)置在輸入換能器的左右兩側(cè)，全轉(zhuǎn)移多條耦合器和輸出換能器之間是區(qū)域，全轉(zhuǎn)移多條耦合器與輸出換能器之間距離為1微米到5厘米。
所述的全轉(zhuǎn)移多條耦合器的長度等于輸入換能器的最大聲孔徑與輸出換能器的最大聲孔徑長度之和，并且全轉(zhuǎn)移多條耦合器的上端與輸入換能器的最大聲孔徑上端對齊，全轉(zhuǎn)移多條耦合器的下端與輸出換能器的最大聲孔徑下端對齊。
所述的在其中一區(qū)域上制作選擇性氣體敏感膜，所在聲路作為傳感器的測量聲路；另一區(qū)域上不制作敏感膜，所在聲路作為傳感器的參考聲路。
所述的基片材料為壓電晶體。
所述的輸入換能器和輸出換能器是等叉指、等周期換能器或變跡換能器。
本發(fā)明中用于氣體傳感器的雙聲路聲表面波器件，由于將具有體聲波分離功能的全轉(zhuǎn)移多條耦合器應(yīng)用于聲表面波器件中，并對輸入換能器同時(shí)向左右兩個(gè)方向激發(fā)的聲表面波信號分別進(jìn)行接收，所以與背景技術(shù)中用于氣體傳感器的雙聲路聲表面波器件相比，本發(fā)明不僅可以抑制體聲波信號對聲表面波信號的干擾，并能消除基片材料由于溫度、濕度等條件的改變對測量中聲表面波信號的影響，從而有效提高了氣體傳感器的測量準(zhǔn)確度。


圖1是本發(fā)明中用于氣體傳感器的雙聲路聲表面波器件結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖2是本發(fā)明中的雙聲路聲表面波器件用于SO2氣體傳感器的具體實(shí)施例。
圖3是本發(fā)明中的雙聲路聲表面波器件用于H2S氣體傳感器的具體實(shí)施例。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式
參照圖1所示，在同一基片材料5上設(shè)置有輸入換能器1，輸入換能器1的左右兩側(cè)分別對稱設(shè)置全轉(zhuǎn)移多條耦合器2、輸出換能器4，全轉(zhuǎn)移多條耦合器2和輸出換能器4之間是區(qū)域3，全轉(zhuǎn)移多條耦合器2與輸出換能器4之間距離為1微米到5厘米。
所述的輸入換能器1和輸出換能器4是等叉指、等周期換能器或變跡換能器。
圖中用于氣體傳感器的雙聲路聲表面波器件是利用輸入換能器激發(fā)的聲表面波能夠同時(shí)向左右兩個(gè)方向輸出，及全轉(zhuǎn)移多條耦合器能夠?qū)⑸下暵分械穆暠砻娌ㄐ盘柾耆D(zhuǎn)移到下聲路輸出，但不改變原聲路中體聲波傳播方向的原理。在同一基片5上，將兩個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)一致的全轉(zhuǎn)移多條耦合器2關(guān)于輸入換能器1左右對稱地放置在輸入換能器1輸出聲路上，將全轉(zhuǎn)移多條耦合器2上聲路中的體聲波信號和聲表面波信號進(jìn)行分離，并將聲表面波信號轉(zhuǎn)移到下聲路輸出，全轉(zhuǎn)移多條耦合器2的長度等于輸入換能器1的最大聲孔徑與輸出換能器4的最大聲孔徑長度之和，并且全轉(zhuǎn)移多條耦合器2的上端與輸入換能器1的最大聲孔徑上端對齊，全轉(zhuǎn)移多條耦合器2的下端與輸出換能器4的最大聲孔徑下端對齊。將兩個(gè)具有相同設(shè)計(jì)參數(shù)的輸出換能器4關(guān)于輸入換能器1左右對稱地放置在兩個(gè)全轉(zhuǎn)移多條耦合器2的下輸出聲路中，用于分別接收兩個(gè)全轉(zhuǎn)移多條耦合器2的輸出聲表面波信號，全轉(zhuǎn)移多條耦合器2與輸出換能器4之間的距離在1um到5cm之間選擇，具體距離大小由設(shè)計(jì)中所要求區(qū)域3的大小來決定。這樣該用于傳感器的聲表面波器件，就在輸入換能器的左右兩側(cè)形成兩條聲路，其中任何一條聲路都能夠用于氣體傳感器的測量聲路使用，如果一條作為傳感器的測量聲路使用，另一條則能夠作為參考聲路使用。因此，該器件與背景技術(shù)中用于氣體傳感器的聲表面波器件相比不僅可以用來消除晶體基片材料由于溫度、濕度等條件的改變對測量中聲表面波信號的影響，而且還可以抑制體聲波對測量信號的影響。
參照圖2所示，它是在同一LiNbO3基片5上制作包括一個(gè)變跡的輸入換能器1、兩個(gè)全轉(zhuǎn)移多條耦合器2，兩個(gè)等叉指、等周期的輸出換能器4，全轉(zhuǎn)移多條耦合器2的長度等于輸入換能器1的最大聲孔徑與輸出換能器4的最大聲孔徑長度之和，并且全轉(zhuǎn)移多條耦合器2的上端與輸入換能器1的最大聲孔徑上端對齊，全轉(zhuǎn)移多條耦合器2的下端與輸出換能器4的最大聲孔徑下端對齊。兩個(gè)參數(shù)相同的輸出換能器4左右對稱地分別放置在兩個(gè)全轉(zhuǎn)移多條耦合器2的輸出聲路上，并且與全轉(zhuǎn)移多條耦合器2之間距離為5.2毫米，用于接收全轉(zhuǎn)移多條耦合器2轉(zhuǎn)移的聲表面波信號。在其中一個(gè)輸出換能器4與全轉(zhuǎn)移多條耦合器2之間的區(qū)域3上制作寬度與輸出換能器7聲孔徑相等，長度為5毫米的三乙醇胺敏感膜；這樣，圖2中的聲表面波器件就在輸入換能器1的一側(cè)形成傳感器的測量聲路，在輸入換能器1的另一側(cè)形成傳感器的參考聲路。同時(shí)，由于第二區(qū)域3中的三乙醇胺敏感膜對SO2氣體具有吸附和敏感作用，所以該雙聲路聲表面波器件能夠用于——為了抑制體聲波和解決由于測量環(huán)境中溫度、濕度等條件的改變從而影響聲表面波測量信號目的的SO2氣體傳感器中。
參照圖3所示，是本發(fā)明中的雙聲路聲表面波器件用于H2S氣體傳感器的一個(gè)具體實(shí)施例。它是在同一LiNbO3基片5上制作包括一個(gè)等叉指、等周期的輸入換能器1、兩個(gè)全轉(zhuǎn)移多條耦合器2、兩個(gè)變跡輸出換能器4。全轉(zhuǎn)移多條耦合器2的長度等于輸入換能器1的最大聲孔徑與輸出換能器4的最大聲孔徑長度之和，并且全轉(zhuǎn)移多條耦合器2的上端與輸入換能器1的最大聲孔徑上端對齊，全轉(zhuǎn)移多條耦合器2的下端與輸出換能器4的最大聲孔徑下端對齊。兩個(gè)參數(shù)相同的輸出換能器4左右對稱地分別放置在兩個(gè)全轉(zhuǎn)移多條耦合器2的輸出聲路上，并且與全轉(zhuǎn)移多條耦合器2之間距離為6.2毫米，用于接收全轉(zhuǎn)移多條耦合器2轉(zhuǎn)移的聲表面波信號。在其中一個(gè)輸出換能器4與全轉(zhuǎn)移多條耦合器2之間的區(qū)域3上制作寬度與輸出換能器4最大聲孔徑相等，長度為6毫米的三氧化鎢敏感膜；聲表面波器件就在輸入換能器1的一側(cè)形成傳感器的測量聲路，在輸入換能器1的另一側(cè)形成傳感器的參考聲路。同時(shí)，由于區(qū)域3中的三氧化鎢敏感膜對H2S氣體具有吸附和敏感作用，所以該雙聲路聲表面波器件能夠用于——為了抑制體聲波和解決由于測量環(huán)境中溫度、濕度等條件的改變從而影響聲表面波測量信號目的的H2S氣體傳感器中。
權(quán)利要求
1.一種用于氣體傳感器的雙聲路聲表面波器件，包括在同一基片材料(5)上制作一個(gè)輸入換能器(1)、兩個(gè)全轉(zhuǎn)移多條耦合器(2)、兩個(gè)輸出換能器(4)，其特征在于，兩個(gè)全轉(zhuǎn)移多條耦合器(2)和兩個(gè)輸出換能器(4)分別對稱設(shè)置在輸入換能器(1)的左右兩側(cè)，全轉(zhuǎn)移多條耦合器(2)和輸出換能器(4)之間是區(qū)域(3)，全轉(zhuǎn)移多條耦合器(2)與輸出換能器(4)之間距離為1微米到5厘米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氣體傳感器的雙聲路聲表面波器件，其特征在于全轉(zhuǎn)移多條耦合器(2)的長度等于輸入換能器(1)的最大聲孔徑與輸出換能器(4)的最大聲孔徑長度之和，并且全轉(zhuǎn)移多條耦合器(2)的上端與輸入換能器(1)的最大聲孔徑上端對齊，全轉(zhuǎn)移多條耦合器(2)的下端與輸出換能器(4)的最大聲孔徑下端對齊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氣體傳感器的雙聲路聲表面波器件，其特征在于，在其中一區(qū)域(3)上制作選擇性氣體敏感膜，所在聲路作為傳感器的測量聲路；另一區(qū)域(3)上不制作敏感膜，所在聲路作為傳感器的參考聲路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氣體傳感器的雙聲路聲表面波器件，其特征在于，基片材料(5)為壓電晶體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氣體傳感器的雙聲路聲表面波器件，其特征在于，輸入換能器(1)和輸出換能器(4)是等叉指、等周期換能器或變跡換能器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于氣體傳感器的雙聲路聲表面波器件，包括兩個(gè)全轉(zhuǎn)移多條耦合器和兩個(gè)輸出換能器分別對稱設(shè)置在輸入換能器的左右兩側(cè)，全轉(zhuǎn)移多條耦合器和輸出換能器之間是區(qū)域，該區(qū)域的寬度，即全轉(zhuǎn)移多條耦合器與輸出換能器之間的距離為1微米到5厘米，全轉(zhuǎn)移多條耦合器的長度等于輸入換能器的最大聲孔徑與輸出換能器的最大聲孔徑長度之和，并且全轉(zhuǎn)移多條耦合器的上端與輸入換能器的最大聲孔徑上端對齊，全轉(zhuǎn)移多條耦合器的下端與輸出換能器的最大聲孔徑下端對齊。本發(fā)明不僅可以用來消除晶體基片材料由于溫度、濕度等條件的改變對測量中聲表面波信號的影響，而且還可以抑制體聲波信號對測量中聲表面波信號的影響。
文檔編號G01N29/12GK1936571SQ20061010472
公開日2007年3月28日 申請日期2006年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月13日
發(fā)明者朱長純, 文常保, 盧文科, 劉君華 申請人:西安交通大學(xué)