声表面波传感器ppt课件.pptx

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1、声表面波传感器,专业：控制工程 姓名： 张 生学号：Z160445,声表面波传感器,1.声表面波传感器的起源2.声表面波传感器的含义3.声表面波传感器的结构和原理4.声表面波传感器的组成5.声表面波传感器的优点6.声表面波传感器的应用,早在1885年英国物理学家瑞利（Lord Rayleigh）根据对地震波的研究，首次提出了声表面波。随着后来人们对这种波性质认识的不断深入，特别是1965年出现的能在压电材料表面激励声表面波的叉指换能器（IDT），大大促进了声表面波技术的发展与应用。 1979年Wohltjen和Dessy首次提出了将声表面波SAW用作气体传感器，经过30多年的研究与发展，目前已

2、取得初步成果。,S声表面波传感器的起源AW,声表面波简称SAW（Surface Acoustic Wave），是一种沿弹性基体表面传播的声波，任何固体表面都存在这种现象。某些外界因素（如温度、压力、加速度、磁场、电压等）对SAW的传播参数会造成影响，根据这些影响与外界因素之间的关系可以研制出测量各种物理、化学参数的SAW传感器。 SAW传感器是以SAW技术、电路技术、薄膜技术相结合设计的器件，由SAW换能器、电子放大器和SAW基片及其敏感区构成，采用瑞利波进行工作。,S声表面波传感器的含义传器,SAW换能器 换能器（IDT）是用蒸发或溅射等方法在压电基片表面淀积一层金属膜，再用光刻方法形成的叉

3、指状薄膜，它是产生和接收声表面波的装置。,声表面波传感器的结构和原理,敏感基片采用石英、铌酸锂（LiNbO3）等压电单晶材料制成。当敏感基片受到物理、化学或机械量扰动作用时，其振荡频率会发生变化。通过适当的结构设计和理论计算，能使它仅对某一被测量有响应，并将其转换成频率量。,SAW传感器,电压加到叉指电极上时，由IDT激励的声表面波沿基片表面传播。当基片或基片上覆盖的敏感材料薄膜受到被测量调制时，声表面波的频率将改变，并由接收叉指电极测得。,声表面波传感器的结构和原理,SAW谐振器结构是将一个或两个叉指换能器（IDT）置于一对反射栅阵列组成的腔体中构成的。谐振器结构采用一个IDT时称为单端对谐

4、振器，采用两个IDT时称为双端对谐振器。反射栅阵列能够将一定频率的入射波能量限制在由栅条组成的谐振腔内。,SAW传感器的核心是SAW振荡器，有谐振器型（R型）和延迟线型（DL型）两种。,SAW传感器,声表面波传感器的结构和原理,谐振器型SAW振荡器由SAW谐振器和放大电路组成。单端对谐振器的IDT既是发射端，也是接收端；双端对谐振器中一个IDT作为发射端，另一个IDT作为接收端。将SAW谐振器的输出信号经放大后，正反馈到输入端，只要放大器的增益能够补偿谐振器及其导线的损耗，同时又满足一定的相位条件，谐振器就可以起振并维持振荡状态。,SAW传感器,声表面波传感器的结构和原理传,当在压电基片上设置

5、两个IDT，一个为发射IDT，另一个为接收IDT时，SAW在两个IDT中心距之间产生时间延迟，称为SAW延迟线。,延迟线型SAW振荡器由声表面波延迟线和放大电路组成。输入换能器T1激发出声表面波，传播到换能器T2转换成电信号，经放大后反馈到T1以保持振荡状态。,SAW传感器,声表面波传感器的结构和原理传,典型的SAW传感器包括： 石英声表面波装置（ST-Quartz SAW Device） SAW装置检测片（SAW Device Detector Block） 振幅测量系统（Amplitude Measurement System） 相位测量系统（Phase Measurement Syste

6、m） 频率测量系统（Frequency Measurement System） 压力监测系统（Pressure Monitoring System） 温度控制系统（Temperature Control System） 温度压力检测仪（Temperatureand Pressure Test Apparatus） 数据采集软件（Data Acquisition Software）,SAW传感器的组成,（1）高精度，高灵敏度。SAW传感器是将被测量转换为电信号频率进行测量，而频率的测量精度很高，有效检测范围线性好；对恶劣环境的抗干扰能力很强，适于远距离传输。 （2）数字化。SAW传感器将被测量转

7、换为数字化的频率信号进行传输、处理，易于与计算机接口，组成自适应实时处理系统。（3）易批量生产。SAW传感器的制作与集成电路技术兼容，极易集成化、智能化，结构牢固，性能稳定，重复性与可靠性好，适于批量生产。（4）体积小、质量轻、功耗低，可获得良好的热性能和机械性能。,声表面波传感器的优点AW器,1. SAW压力传感器,SAW谐振式力学量传感器包括压力传感器和加速度传感器，SAW器件在基底压电材料受到外界作用力时，谐振器的结构尺寸、压电材料的密度、弹性系数等发生变化，从而导致SAW的波长、频率和传播速度等发生变化。通过测量SAW传感器的频率变化可以得知压力的大小。 SAW压力传感器由SAW振荡器

8、、敏感模片、基底等组成。,SAW传感器的应用,2. SAW气体传感器 SAW气体传感器是在SAW传播路径上和IDT区域淀积一层化学界面膜，当界面膜吸附被测气体后，引起SAW传播频率变化，可以通过测量SAW频率的变化测量气体浓度。已经开发出来的SAW气体传感器有SO2、水蒸气、丙酮、甲醇、氢气、H2S、NO2等传感器。,SAW传感器的应用,化学战剂检测器以SAW化学传感器对 化学毒剂进行检测。,SAW传感器的应用,3. 温度传感器 当温度变化时，SAW振荡器的振荡频率会发生变化，从而可以制成SAW温度传感器。SAW温度传感器具有长期稳定性，灵敏度很高，可测量出10-410-6的微小温度变化。SA

9、W温度传感器可以用于气象测温、粮仓测温、火灾报警等。,SAW传感器的应用,4. SAW无源电子标签技术，射频识别,SAW传感器的应用,a，SAW标签由叉指换能器和若干反射器组成。b，阅读器的天线周期地发送高频询问脉冲，电子标签天线将接收到的高频脉冲通过叉指换能器转换为声表面波，并在晶体表面传播。c，反射器组将声表面波反射回叉指换能器，重新转换为高频脉冲串后通过天线发送出去。d，如果反射器组按照某种特定的规律设计，则其反射信号中将含有该物体的特定编码信息，通过解调达到自动识别的目的。,SAW传感器的应用,SAW电子标签可广泛应用于物流管理、路桥收费、公共交通、门禁控制、防伪、超市收费和防盗、设备资产管理、邮包跟踪、航空行李分拣等领域。,Thank you,