本發(fā)明屬于聲表面波傳感器的設(shè)計領(lǐng)域,涉及一種利用兩個聲表面波諧振器構(gòu)建應(yīng)變傳感器的設(shè)計方法，具體為一種利用鍍膜改變聲表面波諧振器轉(zhuǎn)變溫度的方法。

背景技術(shù)：

聲表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)泛指在彈性體自由表面產(chǎn)生并沿表面和界面?zhèn)鞑サ母鞣N波。SAW器件通過利用SAW波傳播并處理信號。SAW器件主要由叉指換能器(Interdigital，IDT)和壓電材料基底構(gòu)成。壓電材料是信號傳播和能量轉(zhuǎn)換的重要載體，當壓電基底受到壓力時基底兩端會產(chǎn)生電荷形成電勢差。

IDT可以直接激勵和傳播SAW，當輸入端輸入電信號時，壓電基底材料通過逆壓電效應(yīng)將電信號轉(zhuǎn)換為機械能，并以SAW的形式在材料表面?zhèn)鞑?，當SAW抵達IDT輸出端時，壓電基底材料再通過壓電效應(yīng)將機械能轉(zhuǎn)換成電信號輸出，通過IDT的頻率響應(yīng)和脈沖響應(yīng)實現(xiàn)傳感功能。

SAW應(yīng)變傳感器是利用SAW器件來檢測應(yīng)變變化的傳感器，當SAW器件受到應(yīng)力作用時。按照SAW應(yīng)變傳感器構(gòu)造類型的不同，可以將其分為延遲型SAW應(yīng)變傳感器和諧振型SAW應(yīng)變傳感器。

傳統(tǒng)的基于SAW諧振器的應(yīng)變傳感器是在壓電基片上制作一個SAW諧振器，通過測試其諧振頻率和溫度的關(guān)系，來獲得應(yīng)變參數(shù)。然而，實驗結(jié)果表明，SAW應(yīng)變傳感器的諧振頻率會同時受溫度變化和應(yīng)變變化的影響，這導致傳統(tǒng)的SAW應(yīng)變傳感器無法在變溫環(huán)境下使用，只能在溫度恒定的環(huán)境下進行應(yīng)變測量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對SAW應(yīng)變傳感器的諧振頻率同時受溫度和應(yīng)變的影響的問題，提出一種利用兩種壓電材料的聲表面波傳感器及其設(shè)計方案，以在全溫測量范圍內(nèi)測量，并分離溫度變化對諧振頻率的影響。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種利用兩個聲表面波諧振器分離溫度影響的裝置，該裝置包括：兩個聲表面波諧振器，所述的兩個聲表面波諧振器沿待測件的主應(yīng)變方向設(shè)置于待測件上，且兩個聲表面波諧振器的聲表面波傳播方向與待測件的主應(yīng)變方向相同，所述聲表面波諧振器包括壓電基底和設(shè)置于壓電基底上的電極；其特征在于所述兩個聲表面波諧振器壓電基底材料的切向不同，并在其中一個聲表面波諧振器的壓電基底上設(shè)置一層覆蓋電極且使兩個聲表面波諧振器的轉(zhuǎn)變溫度相同的薄膜。

進一步的，所述覆蓋在其中一個聲表面波諧振器上的薄膜的材料為SiO₂。

一種利用兩個聲表面波諧振器分離溫度影響的方法，采用如下公式計算出待測件只對應(yīng)變的頻率響應(yīng)：

其中：ε表示應(yīng)變頻率響應(yīng)，f_r1為第一聲表面波諧振器的諧振頻率，f_r2為第二聲表面波諧振器的諧振頻率；f_r1＝f_r01+a₁T+b₁T²+s₁ε，f_r2＝f_r02+a₂T+b₂T²+s₂ε，f_r01、f_r02分別為第一、第二聲表面波諧振器在同一參考溫度下的諧振頻率，a₁和a₂為第一、第二聲表面波諧振器的一階溫度頻率系數(shù)，b₁和b₂分別為第一、第二聲表面波諧振器的二階溫度頻率系數(shù)，s₁和s₂分別為第一、第二聲表面波諧振器的應(yīng)變頻率系數(shù)，T為溫度。

綜上所述，本設(shè)計通過在SAW諧振器上生長薄膜，使不同基底材料的聲表面波器件轉(zhuǎn)變溫度相同，利用兩個器件溫度參數(shù)相同，應(yīng)變參數(shù)不同的特性，抵消掉溫度參數(shù)對聲表面波器件的影響，最終實現(xiàn)對應(yīng)變的測量。

附圖說明

圖1為不同切向的傳感器的溫度響應(yīng)

圖2為傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

圖3為電極結(jié)構(gòu)示意圖

圖4為切向為(0，138.5°，27°)的傳感器鍍膜前后的溫度頻率響應(yīng)

具體實施方式

1.SAW諧振器的制備:采用微電子光刻工藝將SAW諧振器制作在不同切向的壓電基片上,再采用電子束蒸發(fā)技術(shù)在此基片上生長Au電極,然后通過去膠液剝?nèi)ナＯ碌哪z，從而制成SAW諧振器，利用等離子體化學氣相沉積法在其中一個SAW諧振器上沉積一層Si0₂薄膜，改變此器件的轉(zhuǎn)變溫度，使其與另外一個器件相同，即

2.溫度應(yīng)變測試:將步驟1制作好的兩個器件粘接在應(yīng)變測試件上同水平位置，其SAW傳播方向平行于主應(yīng)變方向。在不同溫度下分別對兩個器件進行應(yīng)變測試，得到f_r01，a₁，f_r02，a₂，s₁，s₂等參數(shù)值。得到這些參數(shù)后，通過測試兩個器件的應(yīng)變頻率響應(yīng)，則由公式：

可得準確的應(yīng)變值。