一種聲表面波諧振器型阻抗傳感器以及阻抗檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種聲表面波諧振器型阻抗傳感器以及阻抗檢測(cè)系統(tǒng),所述聲表面波諧振器型阻抗傳感器包括第一天線、匹配網(wǎng)絡(luò)、反射柵、以及叉指換能器，至少所述反射柵以及叉指換能器設(shè)置在壓電基片上，所述匹配網(wǎng)絡(luò)包括由至少一個(gè)電容和至少一個(gè)電感組成的最佳匹配網(wǎng)絡(luò)，所述最佳匹配網(wǎng)絡(luò)還并聯(lián)有外部傳感器，所述外部傳感器為電容式或者電感式傳感器。本聲表面波諧振器型阻抗傳感器通過(guò)將外部傳感器接入匹配網(wǎng)絡(luò)中，不改變壓電基片的結(jié)構(gòu)與布置，因此不會(huì)影響傳感器的感知性能；而且不會(huì)帶來(lái)設(shè)置引腳等所增加的工藝步驟和復(fù)雜度；此外，外部傳感器可以集成于匹配網(wǎng)絡(luò)中，集成度高，進(jìn)一步減少封裝結(jié)構(gòu)，減小了傳感器整體體積。
【專利說(shuō)明】-種聲表面波諧振器型阻抗傳感器以及阻抗檢測(cè)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種阻抗傳感器，具體地說(shuō)，是涉及一種聲表面波諧振器型阻抗 傳感器以及檢測(cè)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前許多特殊場(chǎng)合，傳感器和被測(cè)單元間的連線通常是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，必須采用無(wú) 線傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量，聲表面波傳感器是利用外界因素（如溫度，壓力，磁場(chǎng)，電場(chǎng)等）會(huì) 影響聲表面波的傳輸特性而實(shí)現(xiàn)傳感的一種器件。
[0003] 無(wú)源聲表面波傳感器的工作原理是：首先，射頻詢問(wèn)單元發(fā)出高頻詢問(wèn)信號(hào)，信號(hào) 被直接與聲表面波芯片上的叉指換能器（IDT)相連的天線接收，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。叉指換能 器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成在壓電晶體表面?zhèn)鞑サ穆暠砻娌ǎ糠致暠砻娌芰勘粋鞑ヂ窂缴系姆?射條紋反射回來(lái)，再通過(guò)叉指換能器將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后由天線發(fā)送出去。
[0004] 申請(qǐng)公布號(hào)為CN 102052986 A的中國(guó)專利申請(qǐng)文件，公開一種無(wú)線無(wú)源聲表面波 阻抗負(fù)載傳感器，參見(jiàn)圖1所示，包括天線、輸入/輸出叉指換能器1、壓電基片2、參比反 射柵3、測(cè)量反射柵4和阻抗變化的外接傳感器，射頻詢問(wèn)單元發(fā)射的無(wú)線信號(hào)經(jīng)所述天 線接收并通過(guò)輸入/輸出叉指換能器1轉(zhuǎn)化為聲表面波，在所述壓電基片2上傳播，到達(dá)所 述參比反射柵3和測(cè)量反射柵4后產(chǎn)生反射，由于反射柵4外接傳感器，當(dāng)外接傳感器阻 抗變化，使反射柵4外接電學(xué)條件發(fā)生變化，反射柵4反射性能也會(huì)發(fā)生變化。該技術(shù)方 案的不足之處在于：1、將反射柵4與外接傳感器連接，由于反射柵4設(shè)置在壓電基片上，而 壓電基片作為無(wú)源聲表面波的感知部分，一般要保持清潔、干凈，因?yàn)槁暠砻娌ㄔ趬弘娀?表面?zhèn)鞑ィ覊m雜質(zhì)會(huì)影響聲表面波傳播性能，最終影響傳感器感知性能，若將反射柵4與 外接傳感器連接的話，很保證壓電基片的潔凈度，導(dǎo)致影響傳感器感知精度，即便是將傳感 器壓電基片部分采用外殼封裝起來(lái)，這就需要通過(guò)點(diǎn)焊金屬引線將反射柵和引腳相連，該 引腳再與外接傳感器相連，增添了工藝步驟和復(fù)雜度。2、通過(guò)引線、引腳和導(dǎo)線連接外接傳 感器，不利于集成化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有聲表面波傳感器占用體積大的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種聲 表面波諧振器型阻抗傳感器。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種聲表面波諧振器型阻抗傳感器，包括第一天線、匹配網(wǎng)絡(luò)、反射柵、以及叉指 換能器，至少所述反射柵以及叉指換能器設(shè)置在壓電基片上，所述匹配網(wǎng)絡(luò)包括由至少一 個(gè)電容和至少一個(gè)電感組成的最佳匹配網(wǎng)絡(luò)，所述最佳匹配網(wǎng)絡(luò)還并聯(lián)有外部傳感器，所 述外部傳感器為電容式或者電感式傳感器。
[0008] 進(jìn)一步的，所述最佳匹配網(wǎng)絡(luò)由第一電容（C1)和第一電感（L1)相串聯(lián)組成，所述 外部傳感器并聯(lián)在所述最佳匹配網(wǎng)絡(luò)組成的串聯(lián)電路的兩端。
[0009] 進(jìn)一步的，所述最佳匹配網(wǎng)絡(luò)由第一電容（Cl)和第一電感（L1)相串聯(lián)組成，所述 外部傳感器并聯(lián)在所述第一電容（C1)的兩端。
[0010] 進(jìn)一步的，所述最佳匹配網(wǎng)絡(luò)由第一電容（C1)和第一電感（L1)相串聯(lián)組成，所述 外部傳感器并聯(lián)在所述第一電感（L1)的兩端。
[0011] 又進(jìn)一步的，所述外部傳感器集成于匹配網(wǎng)絡(luò)中或者通過(guò)導(dǎo)線外接入匹配網(wǎng)絡(luò) 中。
[0012] 基于上述的一種聲表面波諧振器型阻抗傳感器，本實(shí)用新型同時(shí)提供了一種聲表 面波諧振器型阻抗檢測(cè)系統(tǒng)，包括閱讀器、信號(hào)處理模塊、以及阻抗傳感器，所述閱讀器上 設(shè)置有第二天線，所述阻抗傳感器包括第一天線、匹配網(wǎng)絡(luò)、反射柵、以及叉指換能器，至少 所述反射柵以及叉指換能器設(shè)置在壓電基片上，所述匹配網(wǎng)絡(luò)包括由至少一個(gè)電容和至少 一個(gè)電感組成的最佳匹配網(wǎng)絡(luò)，所述最佳匹配網(wǎng)絡(luò)還并聯(lián)有外部傳感器，所述外部傳感器 為電容式或者電感式傳感器。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：本實(shí)用新型的聲表面波諧振 器型阻抗傳感器，1、通過(guò)將外部傳感器接入匹配網(wǎng)絡(luò)中，不改變壓電基片的結(jié)構(gòu)與布置，因 此不會(huì)影響傳感器的感知性能，檢測(cè)精確度也相應(yīng)提高；2、不改變壓電基片的結(jié)構(gòu)與布置， 因此不會(huì)帶來(lái)設(shè)置引腳等所增加的工藝步驟和復(fù)雜度；3、外部傳感器可以集成于匹配網(wǎng)絡(luò) 中，集成度高，進(jìn)一步減少封裝結(jié)構(gòu)，減小了傳感器整體體積。
[0014] 結(jié)合附圖閱讀本實(shí)用新型實(shí)施方式的詳細(xì)描述后，本實(shí)用新型的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn) 將變得更加清楚。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例 或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅 是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提 下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0016] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的一種無(wú)線無(wú)源聲表面波阻抗負(fù)載傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2是本發(fā)明所提出的聲表面波諧振器型阻抗傳感器一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖3是圖2中阻抗傳感器的電路原理方框圖；
[0019] 圖4是外部傳感器外接并聯(lián)在所述第一電容與第一電感串聯(lián)組成的匹配網(wǎng)絡(luò)兩 端的結(jié)構(gòu)圖；
[0020] 圖5是外部傳感器集成在匹配網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖；
[0021] 圖6是外部傳感器外接并聯(lián)在所述第一電感兩端的結(jié)構(gòu)圖；
[0022] 圖7是實(shí)施例三中諧振器等效電路模型圖；
[0023] 圖8是本發(fā)明所提出的聲表面波諧振器型阻抗檢測(cè)系統(tǒng)的一種實(shí)施例系統(tǒng)方框 圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的 實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下 所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0025] 實(shí)施例一，參見(jiàn)圖2所示，本實(shí)施例提供了一種聲表面波諧振器型阻抗傳感器，包 括第一天線101、匹配網(wǎng)絡(luò)102、反射柵103、以及叉指換能器104,至少反射柵103以及叉指 換能器104設(shè)置在壓電基片105上，參見(jiàn)圖3所示，匹配網(wǎng)絡(luò)102包括由至少一個(gè)電容和至 少一個(gè)電感組成的最佳匹配網(wǎng)絡(luò)，該最佳匹配網(wǎng)絡(luò)還并聯(lián)有外部傳感器，所述外部傳感器 為電容式或者電感式傳感器。本實(shí)施例的聲表面波諧振器型阻抗傳感器的工作原理是：夕卜 部傳感器為電容式或者電感式傳感器，該電容式或者電感式傳感器是將被測(cè)的機(jī)械量，如 位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容量或者電感量變化的傳感器，在本技術(shù)方案中，通過(guò)在匹配網(wǎng)絡(luò)上 增設(shè)外部傳感器，當(dāng)被測(cè)對(duì)象的機(jī)械量(如位移、壓力等轉(zhuǎn)換）發(fā)生變化時(shí)，體現(xiàn)為外部傳感 器的電容值或者電感值發(fā)生變化，由于外部傳感器并聯(lián)在匹配網(wǎng)絡(luò)中，因此匹配網(wǎng)絡(luò)的阻 抗發(fā)生變化，因此第一天線101接收激勵(lì)信號(hào)經(jīng)過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)，中心頻率會(huì)發(fā)生相應(yīng) 的改變，因此，信號(hào)經(jīng)反射柵反射后由叉指換能器發(fā)射出去的信號(hào)中心頻率也相應(yīng)改變，通 過(guò)檢測(cè)阻抗傳感器發(fā)出信號(hào)的中心頻率，即可分析出外部傳感器的阻抗的改變值，相應(yīng)計(jì) 算出被測(cè)對(duì)象的機(jī)械量的變化量。本實(shí)施例的聲表面波諧振器型阻抗傳感器，通過(guò)將外部 傳感器連接在匹配網(wǎng)絡(luò)中，不改變壓電基片的結(jié)構(gòu)與布置，因此不會(huì)影響傳感器的感知性 能，檢測(cè)精確度也相應(yīng)提高；而且不改變壓電基片的結(jié)構(gòu)與布置，因此不會(huì)帶來(lái)設(shè)置引腳等 所增加的工藝步驟和復(fù)雜度；此外，外部傳感器可以集成于匹配網(wǎng)絡(luò)中，集成度高，進(jìn)一步 減少封裝結(jié)構(gòu)，減小了傳感器整體體積。
[0026] 需要說(shuō)明的是，匹配網(wǎng)絡(luò)102在電路中的作用是，在例如本實(shí)施例的傳感器無(wú)源 無(wú)線測(cè)量中，反射柵103以及叉指換能器104組成諧振器，諧振器需要與天線101進(jìn)行阻 抗匹配，將天線101接收的激勵(lì)信號(hào)發(fā)送至諧振器，否則會(huì)造成極大的能量損耗，嚴(yán)重影 響傳輸效率和信號(hào)的品質(zhì)，因此在天線和諧振器間需要匹配網(wǎng)絡(luò)，匹配網(wǎng)絡(luò)一般由電感和 電容并聯(lián)組成。諧振器接收匹配網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的經(jīng)過(guò)匹配的激勵(lì)信號(hào)，叉指換能器進(jìn)行電-聲 轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生聲表面波向兩邊傳播，聲表面波遇到反射柵時(shí)產(chǎn)生反射，并進(jìn)行疊加，會(huì)在諧振 腔內(nèi)形成駐波。諧振器在外部信號(hào)激勵(lì)時(shí)存儲(chǔ)能量，當(dāng)外部激勵(lì)信號(hào)撤出后，叉指換能器進(jìn) 行聲-電轉(zhuǎn)換，將諧振器響應(yīng)信號(hào)釋放出去。諧振器的組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需采用一個(gè)叉指換 能器以及叉指換能器的兩側(cè)分別設(shè)置一個(gè)反射柵即可，占用壓電基片的空間小。
[0027] 實(shí)施例二，本實(shí)施例給出了聲表面波諧振器型阻抗傳感器的一種電路原理圖，參 見(jiàn)圖4所示，最佳匹配網(wǎng)絡(luò)由第一電容C1和第一電感L1相串聯(lián)組成，外接傳感器并聯(lián)在所 述最佳匹配網(wǎng)絡(luò)組成的串聯(lián)電路的兩端。
[0028] 其中，外部傳感器可以如圖4所示的通過(guò)導(dǎo)線外接入匹配網(wǎng)絡(luò)中，也可以如圖5所 示的集成于匹配網(wǎng)絡(luò)中，采用外接方式或者內(nèi)接集成的方式根據(jù)具體情況而定，對(duì)于比如 輪胎壓力檢測(cè)等檢測(cè)環(huán)境相對(duì)安全的使用環(huán)境，將外部傳感器集成于匹配網(wǎng)絡(luò)中即可，產(chǎn) 品集成度高，有利于減少封裝結(jié)構(gòu)，減小了傳感器整體體積。對(duì)于檢測(cè)一些工作機(jī)械的液壓 情況，或者氧化性高的氣體壓力情況，需要將外部傳感器設(shè)置于液體中或者腐蝕性氣體中， 此時(shí)需要將外部傳感器外接即可，無(wú)需將聲表面波諧振器型阻抗傳感器整體置于對(duì)器件不 利的使用環(huán)境中，有利于保護(hù)聲表面波諧振器型阻抗傳感器，延長(zhǎng)其使用壽命。
[0029] 實(shí)施例三，本實(shí)施例給出了一種聲表面波諧振器型阻抗傳感器的一種電路原理 圖，由于外部傳感器為電容式或者電感式，無(wú)論其以什么方式接入至匹配網(wǎng)絡(luò)中，均會(huì)改變 匹配網(wǎng)絡(luò)的電抗值。本實(shí)施例給出了另外一種并入方式，參見(jiàn)圖6所示，外部傳感器還可以 只與第一電感L1相并聯(lián)，以改變匹配網(wǎng)絡(luò)的電抗值。當(dāng)然還有其他一些組合方式，均屬于 本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，再此不一一舉例。
[0030] 該匹配網(wǎng)絡(luò)的等效容抗為C'，等效感抗L'，匹配網(wǎng)絡(luò)的阻抗值Zeq2的計(jì)算方法 為：

【權(quán)利要求】
1. 一種聲表面波諧振器型阻抗傳感器，其特征在于，包括第一天線、匹配網(wǎng)絡(luò)、反射柵、 以及叉指換能器，至少所述反射柵以及叉指換能器設(shè)置在壓電基片上，所述匹配網(wǎng)絡(luò)包括 由至少一個(gè)電容和至少一個(gè)電感組成的最佳匹配網(wǎng)絡(luò)，所述最佳匹配網(wǎng)絡(luò)還并聯(lián)有外部傳 感器，所述外部傳感器為電容式或者電感式傳感器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲表面波諧振器型阻抗傳感器，其特征在于，所述最佳匹配 網(wǎng)絡(luò)由第一電容（C1)和第一電感（L1)相串聯(lián)組成，所述外部傳感器并聯(lián)在所述最佳匹配 網(wǎng)絡(luò)組成的串聯(lián)電路的兩端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲表面波諧振器型阻抗傳感器，其特征在于，所述最佳匹配 網(wǎng)絡(luò)由第一電容（C1)和第一電感（L1)相串聯(lián)組成，所述外部傳感器并聯(lián)在所述第一電容 (C1)的兩立而。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲表面波諧振器型阻抗傳感器，其特征在于，所述最佳匹配 網(wǎng)絡(luò)由第一電容（C1)和第一電感（L1)相串聯(lián)組成，所述外部傳感器并聯(lián)在所述第一電感 (L1)的兩立而。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的聲表面波諧振器型阻抗傳感器，其特征在于，所述 外部傳感器集成于匹配網(wǎng)絡(luò)中或者通過(guò)導(dǎo)線外接入匹配網(wǎng)絡(luò)中。
6. -種聲表面波諧振器型阻抗檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括閱讀器、信號(hào)處理模塊、以 及阻抗傳感器，所述閱讀器上設(shè)置有第二天線，所述阻抗傳感器包括第一天線、匹配網(wǎng)絡(luò)、 反射柵、以及叉指換能器，至少所述反射柵以及叉指換能器設(shè)置在壓電基片上，所述匹配網(wǎng) 絡(luò)包括由至少一個(gè)電容和至少一個(gè)電感組成的最佳匹配網(wǎng)絡(luò)，所述最佳匹配網(wǎng)絡(luò)還并聯(lián)有 外部傳感器，所述外部傳感器為電容式或者電感式傳感器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的聲表面波諧振器型阻抗檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述最佳匹 配網(wǎng)絡(luò)由第一電容（C1)和第一電感（L1)相串聯(lián)組成，所述外部傳感器并聯(lián)在所述最佳匹 配網(wǎng)絡(luò)組成的串聯(lián)電路的兩端。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的聲表面波諧振器型阻抗檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述最佳匹 配網(wǎng)絡(luò)由第一電容（C1)和第一電感（L1)相串聯(lián)組成，所述外部傳感器并聯(lián)在所述第一電 容（C1)的兩端。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的聲表面波諧振器型阻抗檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述最佳匹 配網(wǎng)絡(luò)由第一電容（C1)和第一電感（L1)相串聯(lián)組成，所述外部傳感器并聯(lián)在所述第一電 感（L1)的兩立而。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6-9任一項(xiàng)所述的聲表面波諧振器型阻抗檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所 述外部傳感器集成于匹配網(wǎng)絡(luò)中或者通過(guò)導(dǎo)線外接入匹配網(wǎng)絡(luò)中。
【文檔編號(hào)】G01D5/56GK204202629SQ201420432052
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月2日
【發(fā)明者】董蘭飛, 滕學(xué)志, 陳海軍, 韋江波, 焦清國(guó) 申請(qǐng)人:軟控股份有限公司