本發(fā)明涉及一種聲表面波檢測(cè)器，特別涉及一種用于傳感器的高靈敏度的雙端對(duì)諧振式聲表面波檢測(cè)器。

背景技術(shù)：

聲表面波(saw)檢測(cè)器作為聲表面波振蕩器的頻率控制元件，其性能直接影響振蕩器的頻率穩(wěn)定度。根據(jù)聲表面波振蕩器的頻率穩(wěn)定性原理，聲表面波檢測(cè)器的品質(zhì)因子(q值)及插入損耗大小直接影響到振蕩器的短期頻率穩(wěn)定度，q值越高、插入損耗越低，則振蕩器的短期頻率穩(wěn)定度越高，而聲表面波振蕩器的頻率穩(wěn)定度直接影響saw氣體傳感器的檢測(cè)下限和敏感度。通常聲表面波檢測(cè)器的器件結(jié)構(gòu)大致有兩種，一種是saw延遲線，另外一種是saw諧振器。對(duì)于延遲線結(jié)構(gòu)而言，容易提供較大的區(qū)域用于涂敷敏感膜，但是這種結(jié)構(gòu)的器件損耗較大，間接影響振蕩器的頻率穩(wěn)定度；saw諧振器具有高品質(zhì)因子和低損耗的特點(diǎn)，由它作為頻控元件組成的振蕩器容易起振，但諧振器很難提供敏感膜成膜所需要的區(qū)域，對(duì)于不需制作化學(xué)膜的傳感終端，具有較大優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明涉及的正是一種應(yīng)用于不需制作化學(xué)膜的傳感器的雙端對(duì)諧振式結(jié)構(gòu)聲表面波檢測(cè)器，以下簡(jiǎn)稱雙端對(duì)諧振器。

在雙端對(duì)諧振器中，由于采用諧振結(jié)構(gòu)，在換能器的兩端放置反射柵陣，形成諧振腔，聲波被限制在諧振腔中，雙向損耗極小，因此可獲得很低的插入損耗，有利于提高振蕩器的頻率穩(wěn)定性。但是，現(xiàn)有技術(shù)為了增加諧振器 的敏感區(qū)域，將諧振器的叉指換能器之間的間距設(shè)置較寬(大于十個(gè)波長(zhǎng))，因此導(dǎo)致諧振腔較長(zhǎng)，這樣諧振腔中能量分布區(qū)域大，不夠集中。在對(duì)微量待測(cè)物進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，待測(cè)物主要分布在諧振器敏感區(qū)域的中心，而現(xiàn)有的長(zhǎng)諧振腔的能量分布特點(diǎn)，使得能量不能集中在諧振器中心，導(dǎo)致中心區(qū)域的敏感度不夠高，難以對(duì)微量待測(cè)物準(zhǔn)確檢測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種雙端對(duì)諧振式聲表面波檢測(cè)器，包括制作在基片上的的雙端對(duì)諧振器，在基片上設(shè)置有第二叉指換能器，在第二叉指換能器的兩側(cè)分別設(shè)置第一叉指換能器和第三叉指換能器，第二叉指換能器和第一叉指換能器形成間隔，第二叉指換能器和第三叉指換能器形成間隔；在第一叉指換能器的另一側(cè)設(shè)置有第一金屬反射柵陣，在第三叉指換能器的另一側(cè)設(shè)置有第二金屬反射柵陣。

第一叉指換能器、第二叉指換能器和第三叉指換能器的同步頻率相同。

第二叉指換能器和第一叉指換能器形成的間隔與第二叉指換能器和第三叉指換能器形成的間隔相等，且為第一叉指換能器的波長(zhǎng)、第二叉指換能器的波長(zhǎng)或第三叉指換能器的波長(zhǎng)的0-3.5倍，其中，同步頻率與波長(zhǎng)的關(guān)系為：v＝λ×f，式中v為材料中的聲速、f為同步頻率以及λ為波長(zhǎng)。

優(yōu)選地，第一叉指換能器、第二叉指換能器、第三叉指換能器、第一金屬反射柵陣、第二金屬反射柵陣的金屬化比相等，金屬化比為0.1-0.6。

第一金屬反射柵陣和第二叉指換能器形成間隔，第二金屬反射柵陣與第 三叉指換能器形成間隔；優(yōu)選地，第一金屬反射柵陣和第二叉指換能器形成的間隔與第二金屬反射柵陣與第三叉指換能器形成的間隔相等，且為第一叉指換能器的波長(zhǎng)、第二叉指換能器的波長(zhǎng)或第三叉指換能器的波長(zhǎng)的0.25-2.5倍。

優(yōu)選地，基片為36°yx-litao3基片、42°yx-litao3基片、st-x石英基片、64°yx-linbo3基片和41°yx-linbo3基片中的一種。

優(yōu)選地，第一金屬反射柵陣和第二金屬反射柵陣的同步頻率相同。

優(yōu)選地，第一叉指換能器、第二叉指換能器或第三叉指換能器的同步頻率是第一金屬反射柵陣或第二金屬反射柵陣的同步頻率的0.95-1.05倍。

優(yōu)選地，第一叉指換能器、第二叉指換能器、第三叉指換能器、第一金屬反射柵陣和第二金屬反射柵陣不加權(quán)。

上述聲表面波檢測(cè)器的頻率響應(yīng)曲線中兩個(gè)縱向模式的能量幅度差距＞10db，q值＞2000，插入損耗＜6db。

本發(fā)明實(shí)施例提供的雙端對(duì)諧振式聲表面波檢測(cè)器縮短了叉指換能器之間的間距，優(yōu)化了叉指換能器和金屬反射柵陣的金屬化比，縮短了諧振腔，使諧振器的能量更加集中，提高了聲表面波檢測(cè)器的檢測(cè)靈敏度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的三換能器結(jié)構(gòu)雙端對(duì)諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的三換能器結(jié)構(gòu)雙端對(duì)諧振器的頻率響應(yīng)曲線。

圖3為已有的三換能器結(jié)構(gòu)雙端對(duì)諧振器的頻率響應(yīng)曲線。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的三換能器結(jié)構(gòu)雙端對(duì)諧振器和已有的三換 能器結(jié)構(gòu)雙端對(duì)諧振器的測(cè)試響應(yīng)結(jié)果，測(cè)試樣品為甲基磷酸二甲酯(dmmp)。

具體實(shí)施方式

下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。應(yīng)理解為該實(shí)施例僅僅是用于更詳細(xì)具體地說(shuō)明，但并不意于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的三換能器結(jié)構(gòu)雙端對(duì)諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實(shí)施例的雙端對(duì)諧振式聲表面波檢測(cè)器，包括制作在基片1上的三換能器結(jié)構(gòu)雙端對(duì)諧振器。該三換能器結(jié)構(gòu)雙端對(duì)諧振器由一塊st-x石英片作為基片1(euler角為(0°，132.75°，0°))，并在基片1上平行設(shè)置常規(guī)的第一叉指換能器2、第二叉指換能器3和第三叉指換能器4，和在基片1上設(shè)置兩個(gè)金屬反射柵陣(第一金屬反射柵陣5和第二金屬反射柵陣6)。第一金屬反射柵陣5設(shè)置在第一叉指換能器2外側(cè)，并與第一叉指換能器2平行；第二金屬反射柵陣6設(shè)置在第三叉指換能器4外側(cè)，并與第三叉指換能器4平行。

第一叉指換能器2、第二叉指換能器3、第三叉指換能器4、第一金屬反射柵陣5和第二金屬反射柵陣6均不加權(quán)。

第一叉指換能器2、第二叉指換能器3和第三叉指換能器4的同步頻率相等，2個(gè)金屬反射柵陣同步頻率也是相等，叉指換能器的同步頻率是金屬反射柵陣同步頻率的0.95-1.05倍(在該范圍之內(nèi)均可以，同步頻率f與波長(zhǎng)λ的關(guān)系為：v＝λ×f，v為材料中的聲速)。

第一叉指換能器2與第二叉指換能器3之間的間距，即間隔7，和第二叉 指換能器3和第三叉指換能器4之間的間距，即間隔8，相等，且是所述第一叉指換能器2的波長(zhǎng)、所述第二叉指換能器3的波長(zhǎng)或所述第三叉指換能器4的波長(zhǎng)的0-3.5倍(在該范圍之內(nèi)均可以)。

第一金屬反射柵陣5與第一叉指換能器2的之間的間距，即間隔9，與第二金屬反射柵陣6與第三叉指換能器4之間的間距，即間隔10相等，且是所述第一叉指換能器2的波長(zhǎng)、所述第二叉指換能器3的波長(zhǎng)或所述第三叉指換能器4的波長(zhǎng)的0.25-2.5倍(在該范圍之內(nèi)均可以)。

因?yàn)榻饘倩戎苯佑绊懼笚l的反射系數(shù)，換能器之間的間距可以改變兩個(gè)縱向模式之間的頻率差距，所以在具體的實(shí)際操作中，應(yīng)根據(jù)基片材料及實(shí)際需要，選擇合適的金屬化比和上述兩同步頻率的倍數(shù)，以及相鄰叉指換能器之間的間距和反射柵陣與其相鄰叉指換能器之間的間距，以優(yōu)化諧振器性能。

在本實(shí)施例中，為了提高檢測(cè)器中心區(qū)域的靈敏度以及器件q值，獲得低損耗，以及實(shí)現(xiàn)兩模式之間盡可能大的頻率間距和幅度差距，這樣需要縮短諧振腔，而且指條需具有較大的反射系數(shù)，故其3個(gè)叉指換能器和2個(gè)金屬反射柵陣均采用0.3的金屬化比。叉指換能器的同步頻率是反射柵陣同步頻率的1.003倍，相鄰叉指換能器之間的間距相等，即間隔7和間隔8相等，且為換能器波長(zhǎng)的1.5倍。第一反射柵陣5與其相鄰的第一叉指換能器2之間的間距和第二反射柵陣6與其相鄰的第三叉指換能器4之間的間距相等，為換能器波長(zhǎng)的1.25倍。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的三換能器結(jié)構(gòu)雙端對(duì)諧振器的頻率響應(yīng)曲線。

如圖2所示，本實(shí)施例提供的三換能器結(jié)構(gòu)雙端對(duì)諧振器的中心頻率為 512.6mhz，插入損耗為3.8db，q值為2092。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的三換能器結(jié)構(gòu)雙端對(duì)諧振器和已有的三換能器結(jié)構(gòu)雙端對(duì)諧振器的測(cè)試響應(yīng)結(jié)果。

本發(fā)明實(shí)施例提供的三換能器結(jié)構(gòu)雙端對(duì)諧振器和已有的三換能器結(jié)構(gòu)雙端對(duì)諧振器檢測(cè)同一待測(cè)物，該待測(cè)物為甲基磷酸二甲酯(dmmp)。檢測(cè)結(jié)果如圖4所示，可見本發(fā)明實(shí)施例提供的三換能器結(jié)構(gòu)雙端對(duì)諧振器的檢測(cè)靈敏度明顯高于已有的三換能器結(jié)構(gòu)雙端對(duì)諧振器。

本發(fā)明實(shí)施例提供的雙端對(duì)諧振式聲表面波檢測(cè)器縮短了叉指換能器之間的間距，優(yōu)化了叉指換能器和金屬反射柵陣的金屬化比，縮短了諧振腔，使諧振器的能量更加集中，提高了聲表面波檢測(cè)器的檢測(cè)靈敏度。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。