基于saw傳感器的檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種能夠?qū)崿F(xiàn)對生物檢測液密封且密封方式成本低、簡單有效的基于SAW傳感器的檢測裝置。該檢測裝置包括底板、基體、SAW晶片，所述底板上設(shè)置有檢測電路；所述基體固定在底板上，所述基體與底板相接觸的表面設(shè)置有晶片槽以及多個導(dǎo)線槽，所述SAW晶片設(shè)置在晶片槽內(nèi)且固定在底板上，所述晶片槽的槽底設(shè)置有環(huán)形槽，所述環(huán)形槽內(nèi)設(shè)置有密封圈，所述密封圈與SAW的感應(yīng)薄膜、晶片槽的槽底共同圍成一個密閉的檢測空間，所述環(huán)形槽的中部開有引流孔。該檢測裝置使得生物檢測液不會泄漏，同時可以保證檢測結(jié)果更加準(zhǔn)確，而且由于引流孔的存在，可以很容易的使生物檢測液流入檢測空間內(nèi)。適合在檢測設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】推廣應(yīng)用。
【專利說明】基于SAW傳感器的檢測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及檢測設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種基于SAW傳感器的檢測裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]SAff是英國科學(xué)家Rayleigh在19世紀(jì)80年代研究地震波的過程中發(fā)現(xiàn)，但當(dāng)時技術(shù)受限，SAW未得到實際應(yīng)用；1965年美國科學(xué)家White、Voltmer發(fā)明能在壓電晶體材料表面上激勵表面波的金屬叉指換能器、并有效的檢測到聲表面波信號，使SAW廣泛應(yīng)用。
[0003]SAW屬于壓電型傳感器，以壓電材料為基底、利用壓電效應(yīng)、通過叉指換能器實現(xiàn)電信號和聲信號相互轉(zhuǎn)換，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低、響應(yīng)時間短、靈敏度高、可靠性好等優(yōu)點，應(yīng)用于分析化學(xué)、環(huán)境監(jiān)測以及現(xiàn)場氣體檢測等方面。
[0004]SAW傳感器按結(jié)構(gòu)分為延遲線型和諧振器型傳感器。諧振器型體積小、品質(zhì)因素值高、頻率特性好、回波損耗較小，但敏感面積比較小，常用于物理傳感器；延遲線結(jié)構(gòu)具有比較長的聲波傳輸途徑，可獲得很大的敏感面積，同時設(shè)計簡單、對聲表面波器件工藝精度要求低，但頻率特性沒有諧振器好。
[0005]延遲線型SAW傳感器晶片結(jié)構(gòu)包括電極、壓電基底、感應(yīng)薄膜、輸入叉指換能器、輸出叉指換能器五個部分。激勵信號作用于輸入叉指換能器、通過逆壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為聲表面波信號，聲表面波信號經(jīng)壓電基底傳播到達(dá)輸出叉指換能器、通過正壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為電信號。SAW器件感應(yīng)薄膜暴露于某種環(huán)境下，由于環(huán)境如濕度、溫度、壓力、質(zhì)量、粘度、密度等的變化，導(dǎo)致聲表面波波速發(fā)生變化，從而引起輸入輸出信號頻率、相位、振幅產(chǎn)生差異，根據(jù)輸入、輸出信號差異即可傳感信息。
[0006]現(xiàn)有的基于SAW傳感器的檢測裝置體形龐大、制造成本高、檢測效率低，無法滿足實時檢測需求，而且現(xiàn)有的基于SAW傳感器的檢測裝置對液體無密封或采取塑料固化密封方式，無密封使得檢測液體泄漏、同時檢測結(jié)果不準(zhǔn)，塑料固化密封形成永久密封，裝置難于拆卸。另外，現(xiàn)有的基于SAW傳感器的檢測裝置采用導(dǎo)線、電極片、電極針連接檢測線路，線路布局繁瑣、加工成本高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)對生物檢測液密封且密封方式成本低、簡單有效的基于SAW傳感器的檢測裝置。
[0008]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:該基于SAW傳感器的檢測裝置，包括底板、基體、SAff晶片，所述底板上設(shè)置有檢測電路；所述SAW晶片包括壓電基底、感應(yīng)薄膜、輸入叉指電極、輸出叉指電極，所述感應(yīng)薄膜、輸入叉指電極、輸出叉指電極均設(shè)置在壓電基底的同一表面，所述輸入叉指電極、輸出叉指電極分別設(shè)置在感應(yīng)薄膜的兩側(cè)，所述輸入叉指電極上連接有用于接入外部信號的輸入電極，所述輸入電極與檢測電路相連，所述輸出叉指電極上連接有用于輸出信號的輸出電極，所述輸出電極與檢測電路相連；所述基體固定在底板上，所述基體與底板相接觸的表面設(shè)置有晶片槽以及多個導(dǎo)線槽，所述SAW晶片設(shè)置在晶片槽內(nèi)且固定在底板上，所述多個導(dǎo)線槽分別設(shè)置在晶片槽的兩側(cè)，所述晶片槽的槽底設(shè)置有環(huán)形槽，所述環(huán)形槽內(nèi)設(shè)置有密封圈，所述SAW晶片的感應(yīng)薄膜朝向晶片槽的槽底并且所述密封圈與SAW的感應(yīng)薄膜、晶片槽的槽底共同圍成一個密閉的檢測空間，所述環(huán)形槽的中部開有引流孔，所述檢測空間通過引流孔與外界連通。
[0009]進(jìn)一步的是，所述底板采用PCB板制作而成。
[0010]進(jìn)一步的是，所述檢測電路包括信號接入端、信號輸出端、第一連接電極、第二連接電極，所述信號接入端與第一連接電極相連，所述信號輸出端與第二連接電極相連，所述信號接入端與第一連接電極之間、信號輸出端與第二連接電極之間均設(shè)置有匹配電阻，所述輸入電極與第一連接電極相連，所述輸出電極與第二連接電極相連。
[0011 ] 進(jìn)一步的是,所述感應(yīng)薄膜的表面積大于密封圈的圈內(nèi)面積。
[0012]進(jìn)一步的是，所述底板與基體通過螺栓固定。
[0013]進(jìn)一步的是，所述螺栓采用內(nèi)六角圓頭螺栓并且內(nèi)六角圓頭螺栓采用尼龍材料制作而成。
[0014]進(jìn)一步的是，所述基體采用聚甲基丙烯酸甲酯材料制作而成。
[0015]進(jìn)一步的是，所述壓電基底采用S-T石英制作而成。
[0016]進(jìn)一步的是，所述感應(yīng)薄膜、輸入叉指電極、輸出叉指電極、輸入電極、輸出電極均米用Au材料制作而成。
[0017]進(jìn)一步的是，所述密封圈采用硅膠材料制作而成。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:通過在晶片槽的槽底設(shè)置環(huán)形槽，環(huán)形槽內(nèi)設(shè)置密封圈，SAff晶片的感應(yīng)薄膜朝向晶片槽的槽底并且所述密封圈與SAW的感應(yīng)薄膜、晶片槽的槽底共同圍成一個密閉的檢測空間，環(huán)形槽的中部開有引流孔，所述檢測空間通過引流孔與外界連通，在對生物檢測液進(jìn)行檢測時，生物檢測液通過引流孔流入檢測空間內(nèi)，由于檢測空間是密閉的，使得生物檢測液不會泄漏，同時可以保證檢測結(jié)果更加準(zhǔn)確，而且由于引流孔的存在，可以很容易的使生物檢測液流入檢測空間內(nèi)，無需進(jìn)行任何拆除工作，使用非常方便，另外，檢測空間的密封采用密封圈受壓產(chǎn)生，密封方式簡單有效、成本低，再者SAW晶片放置在晶片槽內(nèi)，可以有效防止SAW晶片在振動過程中發(fā)生位移。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明所述的基于SAW傳感器的檢測裝置的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明所述的基于SAW傳感器的檢測裝置的橫截面示意圖；
[0021]圖3為本發(fā)明所述的SAW晶片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4為本發(fā)明基于SAW傳感器的檢測裝置的Sll傳輸特性圖；
[0023]圖5為本發(fā)明基于SAW傳感器的檢測裝置的S12傳輸特性圖；
[0024]圖6為本發(fā)明基于SAW傳感器的檢測裝置的S12延時特性圖；
[0025]圖7為本發(fā)明基于SAW傳感器的檢測裝置的阻抗史密斯圖；
[0026]圖8為本發(fā)明基于SAW傳感器的檢測裝置實際期間測試的理論與實際參數(shù)對照圖；
[0027]附圖標(biāo)記說明:底板1、基體2、SAff晶片3、壓電基底301、感應(yīng)薄膜302、輸入叉指電極303、輸出叉指電極304、輸入電極305、輸出電極306、晶片槽4、導(dǎo)線槽5、環(huán)形槽6、密封圈7、引流孔8、螺栓9。

【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步的說明。
[0029]如圖1、2、3所示，該基于SAW傳感器的檢測裝置，包括底板1、基體2、SAff晶片3，所述底板I上設(shè)置有檢測電路；所述SAW晶片3包括壓電基底301、感應(yīng)薄膜302、輸入叉指電極303、輸出叉指電極304，所述感應(yīng)薄膜302、輸入叉指電極303、輸出叉指電極304均設(shè)置在壓電基底301的同一表面，所述輸入叉指電極303、輸出叉指電極304分別設(shè)置在感應(yīng)薄膜302的兩側(cè)，所述輸入叉指電極303上連接有用于接入外部信號的輸入電極305，所述輸入電極305與檢測電路相連，所述輸出叉指電極304上連接有用于輸出信號的輸出電極306，所述輸出電極306與檢測電路相連；所述基體2固定在底板I上，所述基體2與底板I相接觸的表面設(shè)置有晶片槽4以及多個導(dǎo)線槽5，所述SAW晶片3設(shè)置在晶片槽4內(nèi)且固定在底板I上，所述多個導(dǎo)線槽5分別設(shè)置在晶片槽4的兩側(cè)，所述晶片槽4的槽底設(shè)置有環(huán)形槽6，所述環(huán)形槽6內(nèi)設(shè)置有密封圈7，所述SAW晶片3的感應(yīng)薄膜302朝向晶片槽4的槽底并且所述密封圈7與SAW的感應(yīng)薄膜302、晶片槽4的槽底共同圍成一個密閉的檢測空間，所述環(huán)形槽6的中部開有引流孔8，所述檢測空間通過引流孔8與外界連通。通過在晶片槽4的槽底設(shè)置環(huán)形槽6，環(huán)形槽6內(nèi)設(shè)置密封圈7，SAff晶片3的感應(yīng)薄膜302朝向晶片槽4的槽底并且所述密封圈7與SAW的感應(yīng)薄膜302、晶片槽4的槽底共同圍成一個密閉的檢測空間，環(huán)形槽6的中部開有引流孔8，所述檢測空間通過引流孔8與外界連通，在對生物檢測液進(jìn)行檢測時，生物檢測液通過引流孔8流入檢測空間內(nèi)，由于檢測空間是密閉的，使得生物檢測液不會泄漏，同時可以保證檢測結(jié)果更加準(zhǔn)確，而且由于引流孔8的存在，可以很容易的使生物檢測液流入檢測空間內(nèi)，無需進(jìn)行任何拆除工作，使用非常方便，另外，檢測空間的密封采用密封圈7受壓產(chǎn)生，密封方式簡單有效、成本低，再者SAW晶片3放置在晶片槽4內(nèi)，可以有效防止SAW晶片3在振動過程中發(fā)生位移。
[0030]為了保證能對生物檢測液定性、定量檢測，該基于SAW傳感器的檢測裝置為一次性使用、成本低。
[0031]為了簡化底板I上設(shè)置的檢測電路布局，降低加工成本高。本發(fā)明底板I優(yōu)選采用PCB板制作而成，這樣檢測電路可以印制在PCB板上，實現(xiàn)無線布局，PCB板體積小、質(zhì)量輕、利于機(jī)械化生產(chǎn)，可以減小檢測裝置的整體體積、降低加工成本，選用PCB板作為底板1，其電路具有高集成化、高可靠性、可生產(chǎn)性強(qiáng)等優(yōu)點。
[0032]為了在保證檢測電路的檢測準(zhǔn)確性的前提下，盡可能的簡化檢測電路的結(jié)構(gòu)，所述檢測電路包括信號接入端、信號輸出端、第一連接電極、第二連接電極，所述信號接入端與第一連接電極相連，所述信號輸出端與第二連接電極相連，所述信號接入端與第一連接電極之間、信號輸出端與第二連接電極之間均設(shè)置有匹配電阻，所述輸入電極305與第一連接電極相連，所述輸出電極306與第二連接電極相連。這種結(jié)構(gòu)的檢測電路結(jié)構(gòu)簡單，力口工方便，可以大大降低加工成本。輸入電極305與第一連接電極相連,輸出電極306與第二連接電極相連，使得SAW晶片3連入檢測電路，信號接入端、信號輸出端方便外部諧振頻率測量儀的連入，匹配電阻可以減少傳輸線上的反射波、實現(xiàn)能量的最大傳輸。
[0033]為了保證檢測的準(zhǔn)確性，要保證生物檢測也與感應(yīng)薄膜302全接觸，因此，所述感應(yīng)薄膜302的表面積應(yīng)大于密封圈7的圈內(nèi)面積。
[0034]為了進(jìn)一步避免SAW晶片3在振動過程中發(fā)生位移，所述底板I與基體2通過螺栓9固定。
[0035]所述螺栓9采用內(nèi)六角圓頭螺栓9并且內(nèi)六角圓頭螺栓9采用尼龍材料制作而成。內(nèi)六角圓頭螺栓9在檢測裝置中，除了連接底板I與基體2起到緊固作用外，同時起到平衡、支撐裝置的作用。螺栓9的材質(zhì)為尼龍塑料，擁有良好的電絕緣性、耐磨損、耐候性等優(yōu)點。
[0036]所述基體2采用聚甲基丙烯酸甲酯材料制作而成，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA具有高透明度，便于觀察檢測過程，PMMA是目前最優(yōu)良的高分子透光材料，達(dá)到92% ;其次，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA具有耐化學(xué)試劑、耐溶劑性，可以避免基體2與生物檢測液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；再者，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA具有可耐堿類，可耐鹽類和油脂類，耐脂肪烴類，不溶于水、甲醇、甘油等，可以避免基體2與生物檢測液發(fā)生侵蝕反應(yīng)；另外，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA具有耐大氣老化性，其使用壽命較長，PMMA有優(yōu)異的耐大氣老化性，經(jīng)自然老化試驗測試，透光率略有下降、色澤略有泛黃，其它物理性能幾乎未變化，最后，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA具有易加工性一有機(jī)玻璃通過車床切削、鉆床鉆孔加工，也能能用丙酮、氯仿等粘結(jié)成型，同時也能用吹塑、注射、擠出等塑料成型的方法加工
[0037]為了使SAW晶片3具有較好的檢測效果，所述壓電基底301采用S-T石英制作而成，所述感應(yīng)薄膜302、輸入叉指電極303、輸出叉指電極304、輸入電極305、輸出電極306均采用Au材料制作而成。
[0038]進(jìn)一步的是，所述密封圈7采用硅膠材料制作而成。密封圈7的作用為防止因生物檢測液侵入電極、線路而造成的短路，硅膠材質(zhì)，密封性能極好，能有效的防止漏液；硅膠完全無毒無味、同時在高溫不產(chǎn)生有害物質(zhì)，可保證對檢測不產(chǎn)生任何影響。
[0039]圖4為本發(fā)明基于SAW傳感器的檢測裝置的Sll傳輸特性，圖5為本發(fā)明基于SAW傳感器的檢測裝置的S12傳輸特性，圖6為本發(fā)明基于SAW傳感器的檢測裝置的S12延時特性，圖7為本發(fā)明基于SAW傳感器的檢測裝置的阻抗史密斯圖，根據(jù)圖4、5、6、7可以得出:該基于SAW傳感器的檢測裝置諧振頻率為78.600000MHz，傳輸延遲時間為2.5 μ s，基于SAW傳感器的檢測裝置等效阻抗為46.802-j*22.123 Ω。
[0040]圖8為本發(fā)明基于SAW傳感器的檢測裝置實際期間測試的理論與實際參數(shù)對照，從圖中可以看出基于SAW傳感器的檢測裝置諧振頻率為78.600000MHz，其理論值為78.950000MHz，質(zhì)量效應(yīng)由ST-石英基底上部的Au電極引起，可知基于SAW傳感器的檢測裝置具有優(yōu)異的傳輸特性，其傳輸延時為2.5 μ S，對器件實際應(yīng)用的影響可忽略不計；其阻抗為46.802-j*22.123 Ω，與理論值50 Ω相近，保證了測試系統(tǒng)的能量能夠最大化的施加于傳感器上，從而進(jìn)一步提高檢測裝置的靈敏度。根據(jù)質(zhì)量效應(yīng)可以得出，本發(fā)明基于SAW傳感器的檢測裝置的靈敏度可以到達(dá)10_12g，本檢測裝置的誤差影響極小，可忽略不計。
【權(quán)利要求】
1.基于SAW傳感器的檢測裝置，其特征在于:包括底板(I)、基體(2)、SAW晶片(3)，所述底板⑴上設(shè)置有檢測電路；所述SAW晶片(3)包括壓電基底(301)、感應(yīng)薄膜(302)、輸入叉指電極(303)、輸出叉指電極(304)，所述感應(yīng)薄膜(302)、輸入叉指電極(303)、輸出叉指電極(304)均設(shè)置在壓電基底(301)的同一表面，所述輸入叉指電極(303)、輸出叉指電極(304)分別設(shè)置在感應(yīng)薄膜(302)的兩側(cè)，所述輸入叉指電極(303)上連接有用于接入外部信號的輸入電極(305)，所述輸入電極(305)與檢測電路相連，所述輸出叉指電極(304)上連接有用于輸出信號的輸出電極(306)，所述輸出電極(306)與檢測電路相連；所述基體(2)固定在底板(I)上，所述基體(2)與底板(I)相接觸的表面設(shè)置有晶片槽(4)以及多個導(dǎo)線槽(5)，所述SAW晶片(3)設(shè)置在晶片槽⑷內(nèi)且固定在底板⑴上，所述多個導(dǎo)線槽(5)分別設(shè)置在晶片槽(4)的兩側(cè)，所述晶片槽(4)的槽底設(shè)置有環(huán)形槽￠)，所述環(huán)形槽(6)內(nèi)設(shè)置有密封圈(7)，所述SAW晶片(3)的感應(yīng)薄膜(302)朝向晶片槽(4)的槽底并且所述密封圈(7)與SAW的感應(yīng)薄膜(302)、晶片槽(4)的槽底共同圍成一個密閉的檢測空間，所述環(huán)形槽(6)的中部開有引流孔(8)，所述檢測空間通過引流孔(8)與外界連通。
2.如權(quán)利要求1所述的基于SAW傳感器的檢測裝置，其特征在于:所述底板(I)采用PCB板制作而成。
3.如權(quán)利要求2所述的基于SAW傳感器的檢測裝置，其特征在于:所述檢測電路包括信號接入端、信號輸出端、第一連接電極、第二連接電極，所述信號接入端與第一連接電極相連，所述信號輸出端與第二連接電極相連，所述信號接入端與第一連接電極之間、信號輸出端與第二連接電極之間均設(shè)置有匹配電阻，所述輸入電極(305)與第一連接電極相連，所述輸出電極(306)與第二連接電極相連。
4.如權(quán)利要求1所述的基于SAW傳感器的檢測裝置，其特征在于:所述感應(yīng)薄膜(302)的表面積大于密封圈(7)的圈內(nèi)面積。
5.如權(quán)利要求1所述的基于SAW傳感器的檢測裝置，其特征在于:所述底板(I)與基體⑵通過螺栓(9)固定。
6.如權(quán)利要求5所述的基于SAW傳感器的檢測裝置，其特征在于:所述螺栓(9)采用內(nèi)六角圓頭螺栓(9)并且內(nèi)六角圓頭螺栓(9)采用尼龍材料制作而成。
7.如權(quán)利要求1所述的基于SAW傳感器的檢測裝置，其特征在于:所述基體(2)采用聚甲基丙烯酸甲酯材料制作而成。
8.如權(quán)利要求1所述的基于SAW傳感器的檢測裝置，其特征在于:所述壓電基底(301)米用S-T石英制作而成。
9.如權(quán)利要求1所述的基于SAW傳感器的檢測裝置，其特征在于:所述感應(yīng)薄膜(302)、輸入叉指電極(303)、輸出叉指電極(304)、輸入電極(305)、輸出電極(306)均采用Au材料制作而成。
10.如權(quán)利要求1所述的基于SAW傳感器的檢測裝置，其特征在于:所述密封圈(7)采用娃膠材料制作而成。
【文檔編號】G01N29/036GK104330470SQ201410522221
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】永遠(yuǎn), 謝小川, 韓奎, 吳桐, 陳巧瑩, 羋倩, 唐媛恬 申請人:成都柏森松傳感技術(shù)有限公司