本發(fā)明涉及，特別涉及一種基于聲表面波的微位置傳感器。

背景技術(shù)：

聲表面波(surfaceacousticwave，saw)是英國(guó)物理學(xué)家瑞利在19世紀(jì)80年代研究地震波的過程中偶爾發(fā)現(xiàn)的一種能量集中于地表面?zhèn)鞑サ穆暡?。聲表面波是一種在固體淺表面?zhèn)鞑サ膹椥圆ǎ嬖谌舾赡Ｊ?，主要包括rayleigh波、love波、lamb波、b2g波、漏剪切聲表面波以及快速聲表面波模式的準(zhǔn)縱漏聲表面波等。

1965年，美國(guó)懷特和沃爾特默發(fā)表題為“一種新型聲表面波聲——電轉(zhuǎn)化器”的論文，取得了聲表面波技術(shù)的關(guān)鍵性突破，首次采用叉指換能器idt激發(fā)saw，加速了聲表面波技術(shù)的發(fā)展。saw傳感器是電子技術(shù)與材料科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，它由saw振蕩器、敏感的界面膜材料和振蕩電路組成，saw傳感器的核心部件是saw振蕩器，由壓電材料基片和沉積在基片上不同功能的叉指換能器所組成，有延遲線型(dl型)和諧振器型(r型)兩種。

saw傳感器是繼陶瓷、半導(dǎo)體等傳感器的一支后起之秀。與傳統(tǒng)傳感器相比，它具有性能高、體積小、能承受極端工作條件(如高溫、強(qiáng)電磁輻射)等優(yōu)點(diǎn)。此外，saw傳感器可實(shí)現(xiàn)無源化，無須外部供電，這使得它比傳統(tǒng)的傳感器更能勝任無接觸測(cè)量，例如：高速轉(zhuǎn)子、快速移動(dòng)物體以及密封物體內(nèi)部等各種條件下的物理化學(xué)參數(shù)檢測(cè)。由于叉指換能器可與射頻輻射天線直接相連，達(dá)到收發(fā)射頻信號(hào)的目的，所以能直接完成無線應(yīng)用，大大簡(jiǎn)化了saw傳感器節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。最簡(jiǎn)單的saw傳感器節(jié)點(diǎn)僅由聲表面波壓電編碼傳感單元芯片和直接相連的天線組成，成本低，適于推廣應(yīng)用。

由于聲表面波聲速比電磁波光速低許多，聲表面波傳播4mm距離，即可延時(shí)一微秒左右。一微秒延遲時(shí)間，足以避免近距(<100米)內(nèi)射頻多次反射雜波的干擾，大大提高了有效回波的信噪比，有利于增加反射延遲型saw傳感器的讀寫距離或減小讀寫器的射頻輻射功率。

微位置傳感器根據(jù)其傳感原理主要分為壓阻式、電容式、聲表面波式。壓阻式和電容式在微位置的測(cè)量過程中存在許多問題，例如體積大、靈敏度低、易受噪聲影響。而聲表面波是一種在壓電基底表面?zhèn)鞑サ臋C(jī)械波，基于其原理制作的各類傳感器因?yàn)槠潴w積小、靈敏度高、測(cè)量精度高，并且為無源無線測(cè)量而廣泛應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)、強(qiáng)電磁場(chǎng)等極端環(huán)境之中?；趍ems工藝制作的聲表面波傳感器經(jīng)過特殊封裝后還可以置入于被測(cè)物體的表面。 目前，基于saw傳感方式的微位置傳感器還沒有被報(bào)道過。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用聲表面波的發(fā)射與接收原理制作而成的基于聲表面波的微位置傳感器，該傳感器體積小、靈敏度高、測(cè)量精度高且不易受噪聲影響，能夠廣泛地應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)和強(qiáng)電磁場(chǎng)等極端環(huán)境之中，使用范圍廣。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：基于聲表面波的微位置傳感器，包括方型的壓電基底，壓電基底垂直方向上的兩個(gè)側(cè)面的內(nèi)壁上相對(duì)應(yīng)地設(shè)有第一聲表面波發(fā)射器和第一聲表面波接收器，壓電基底水平方向上的兩個(gè)側(cè)面的內(nèi)壁上相對(duì)應(yīng)地設(shè)有第二聲表面波發(fā)射器和第二聲表面波接收器；所述的第一聲表面波發(fā)射器、第一聲表面波接收器、第二聲表面波發(fā)射器和第二聲表面波接收器分別位于壓電基底的四個(gè)角的位置，壓電基底的四個(gè)側(cè)面的內(nèi)壁上均設(shè)有反射柵。

進(jìn)一步地，所述的第一聲表面波發(fā)射器、第一聲表面波接收器、第二聲表面波發(fā)射器和第二聲表面波接收器均是由鋁膜制成的叉指換能器組成的。

進(jìn)一步地，所述的反射柵為45°凹槽反射柵，該反射柵是利用mems制造工藝刻蝕在壓電基底內(nèi)壁上的。

進(jìn)一步地，所述的壓電基底采用單晶石英壓電基底或多層基底。

本發(fā)明的有益效果是：

1、聲表面波是一種在壓電基底表面?zhèn)鞑サ臋C(jī)械波，利用聲表面波的發(fā)射與接收原理制作而成的微位置傳感器體積小、靈敏度高、測(cè)量精度高且不易受噪聲影響；

2、該微位置傳感器為無源無線測(cè)量，能夠廣泛地應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)和強(qiáng)電磁場(chǎng)等極端環(huán)境之中，使用范圍廣；

3、采用45°凹槽反射柵，能夠?qū)⒙暠砻娌òl(fā)射到整個(gè)工作平面，從而對(duì)整個(gè)工作平面進(jìn)行檢測(cè)，不會(huì)差生遺漏，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的微位置傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的工作平面上無試樣點(diǎn)時(shí)，第一聲表面波號(hào)接收器得到的信號(hào)波形圖；

圖3為本發(fā)明的工作平面上有試樣點(diǎn)時(shí)，第一聲表面波號(hào)接收器得到的信號(hào)波形圖；

附圖標(biāo)記說明：1-壓電基底，2-第一聲表面波發(fā)射器，3-第一聲表面波接收器，4-第二聲表面波發(fā)射器，5-第二聲表面波接收器，6-反射柵。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明所保護(hù)的內(nèi)容不局限于以下所 述。

如圖1所示，基于聲表面波的微位置傳感器，包括方型的壓電基底1，壓電基底1垂直方向上的兩個(gè)側(cè)面的內(nèi)壁上相對(duì)應(yīng)地設(shè)有第一聲表面波發(fā)射器2和第一聲表面波接收器3，壓電基底1水平方向上的兩個(gè)側(cè)面的內(nèi)壁上相對(duì)應(yīng)地設(shè)有第二聲表面波發(fā)射器4和第二聲表面波接收器5，所述的第一聲表面波發(fā)射器2、第一聲表面波接收器3、第二聲表面波發(fā)射器4和第二聲表面波接收器5分別位于壓電基底1的四個(gè)角的位置，壓電基底1的四個(gè)側(cè)面的內(nèi)壁上均設(shè)有反射柵6。

進(jìn)一步地，所述的第一聲表面波發(fā)射器2、第一聲表面波接收器3、第二聲表面波發(fā)射器4和第二聲表面波接收器5均是由鋁膜制成的叉指換能器組成的。

進(jìn)一步地，所述的反射柵6為45°凹槽反射柵，該反射柵6是利用mems制造工藝刻蝕在壓電基底1內(nèi)壁上的。

進(jìn)一步地，所述的壓電基底1采用單晶石英壓電基底或多層基底。

本發(fā)明的微位置傳感器的工作原理為：該傳感器是基于聲表面波的發(fā)射與接收原理進(jìn)行工作的，位于垂直方向上的第一聲表面波發(fā)射器2將從外圍電路接收到的電磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲表面波沿著下邊緣向左側(cè)傳播，由于反射柵6的存在，聲表面波會(huì)產(chǎn)生反射，從而覆蓋整個(gè)工作平面，并向上進(jìn)行傳播，接著，上側(cè)的反射柵6又會(huì)將聲表面波反射至第一聲表面波接收器3，第一聲表面波接收器3再將聲表面波轉(zhuǎn)換為電磁波并發(fā)送至外圍電路進(jìn)行分析。當(dāng)工作平面上沒有出現(xiàn)試樣點(diǎn)時(shí)，用δ脈沖波激勵(lì)第一聲表面波號(hào)發(fā)射器2，則從第一聲表面波號(hào)接收器3得到的信號(hào)如圖2所示近似為方波信號(hào)。當(dāng)工作平面上某位置出現(xiàn)微小試樣點(diǎn)(微米級(jí))時(shí)，該點(diǎn)的聲表面波將會(huì)被部分吸收，那么輸出信號(hào)將會(huì)在原始信號(hào)的基礎(chǔ)上出現(xiàn)損耗，如圖3所示。則其凹形波谷的x值即為試樣點(diǎn)的x坐標(biāo)，同理，第二聲表面波發(fā)射器4和第二聲表面波接收器5可以確定y坐標(biāo)值，則試樣的位置被確定下來。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于聲表面波的微位置傳感器，包括方型的壓電基底(1)，壓電基底(1)垂直方向上的兩個(gè)側(cè)面的內(nèi)壁上相對(duì)應(yīng)地設(shè)有第一聲表面波發(fā)射器(2)和第一聲表面波接收器(3)，壓電基底(1)水平方向上的兩個(gè)側(cè)面的內(nèi)壁上相對(duì)應(yīng)地設(shè)有第二聲表面波發(fā)射器(4)和第二聲表面波接收器(5)，所述的第一聲表面波發(fā)射器(2)、第一聲表面波接收器(3)、第二聲表面波發(fā)射器(4)和第二聲表面波接收器(5)分別位于壓電基底(1)的四個(gè)角的位置，壓電基底(1)的四個(gè)側(cè)面的內(nèi)壁上均設(shè)有反射柵(6)。本發(fā)明的微位置傳感器是利用聲表面波的發(fā)射與接收原理制作而成，體積小、靈敏度高、測(cè)量精度高且不易受噪聲影響。

技術(shù)研發(fā)人員：張凱
受保護(hù)的技術(shù)使用者：成都燈島科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2016.03.24
技術(shù)公布日：2017.10.03