声表面波应变传感器的温度补偿方法研究

针对声表面波(SAW)应变传感器在测量应变过程中易受温度干扰的问题,提出了一种温度补偿法。在原有SAW应变片的基础上增加补偿片,用于补偿温度变化引起的附加应变值。实验结果表明,在-20~100℃范围内,未经补偿的应变传感器由温度引起的附加应变量最高为600με,补偿后附加应变量最高为43με,温度干扰得到抑制,验证了该温度补偿法的可行性。     

差分负载式无线无源声表面波应变传感器研究

在用声表面波(SAW)传感器直接测量应变时,易受到环境温度的干扰,将不可避免地产生力温耦合效应。针对该问题,该文提出了一种新型的外接应变传感器负载,并采用了差分结构的无线无源SAW应变传感器设计方法。传感器采用双通道SAW反射型延迟线作为无线传感系统的应答器,其中一个通道外接力容性应变片作为外接负载传感器以感知应变量,另外一个通道则外接参考负载以差分抵消测试环境温度变化的影响。该文结合耦合模理论,仿真了负载容性应变传感器电容变化引起的SAW传感系统响应特性。最后通过实验验证了这种差分负载式SAW应变传感器的可行性与有效性。     

温度补偿的延迟线型SAW应变传感器

声表面波(SAW)延迟线作为传感器可对传感器进行编码,从而实现多点分布式测量,因而受到广泛研究。该文采用128°Y-X切向LiNbO₃作为压电基底,制备了不同对数的叉指换能器(IDT)的SAW延迟线,并研究了其应变特性。研究结果表明,IDT对数为10对、20对、30对时,SAW延迟线应变灵敏度分别为1.727 5 ps/με、2.046 7 ps/με、3.256 6 ps/με。SAW延迟线的应变特性和应变方向与声波传播方向间的夹角有关,夹角为0°时,延迟时间随应变的增大而增大;夹角为90°时,延迟时间随应变的增大而减小。利用夹角分别为0°和90°的SAW延迟线构成了差分结构的应变传感器。测试结果表明,该差分结构可抵消温度的影响,即温度变化时也可获得准确的应变。该文研究的差分结构延迟线有望在温度波动环境中测试应变时得到应用。     

石英晶体上的声表面波陀螺效应

声表面波(SAW)传感器作为一种新型传感器具有许多突出的优点,其中以测量角速度为目的的SAW陀螺是其潜在应用之一。但目前对SAW陀螺的研究局限于试验研究和简单的理论分析。基于以上研究背景,以附加陀螺效应的各向异性压电介质波动方程为基础,定量分析了X切、Y切、Z切石英的SAW陀螺效应,确定了石英晶体X切(90°,90°,130°)、Y切(0°,90°,45°)、Z切(0°,0°,25°)等敏感切向,为SAW陀螺的进一步研究提供了理论指导。     

聚苯胺敏感膜声表面波氨气传感器

以聚苯胺作为敏感材料,实验制备了高灵敏快速响应的声表面波(SAW)氨气传感器器件,结合鉴相式传感电路,构建了传感系统。聚苯胺对氨气的选择性吸附所产生的质量负载及声电耦合效应引起声传播速度的变化,进而以鉴相器输出的电压信号来表征待测氨气体积浓度。实验结果表明,在室温工作条件下,传感器显示出高灵敏度(0.11 mV/10^-6 mV)、低检测下限(0.5×10^-6)及快速响应时间(T₉₀<20 s)。     

基于双压电基片油包微液滴微反应器研究

提出了以声表面波为能量源的微反应器.它由两个128°YX-LiNbO3压电基片和弧形聚合物组成,基片A中反应物Ⅰ由其上声表面波驱动经弧形聚合物输运到基片B,并与基片B中的反应物Ⅱ混合,混合反应物在基片B中的声表面波作用下实现反应.实验结果表明,油包封反应物可减少反应物的蒸发速率;声表面波可提高化学反应速率,并随之增大而增大.     

LiTaO3/石英HAL声表谐振器基于膜厚的优化研究

异质声层状结构(HAL)声表面波(SAW)谐振器的品质因数(Q)和阻抗比通过优化金属电极厚度得到了进一步提高。该文采用基于格林函数/有限元(FEM)/边界元(BEM)算法的多层结构SAW器件仿真软件建立了20°YX LT/40°Y90°X石英为基底,Cu作为金属电极的单端口HAL SAW谐振器模型。首先计算了位移场分布,分析了HAL中传播的声波模式。随后计算了LiTaO₃(LT)厚度h_LT=0.1λ~0.2λ(λ为波长),Cu电极厚度h_Cu=0.04λ~0.1λ下器件的伯德(Bode)Q、机电耦合系数K²和阻抗比,研究了不同LT厚度下谐振器的BodeQ、K²和阻抗比随电极厚度的变化。结果表明,当h_LT=0.1λ~0.2λ时,最佳Cu电极厚度均为0.05λ,理想LT厚度下BodeQ和阻抗比分别高达3 000和98 dB。     

基于声表面波的TATP传感器设计

三过氧化三丙酮(TATP)是一种新型的液体炸药。由于TATP分子中不含硝基,传统的一些基于硝基特征检测的技术无法对其进行有效识别检测;而现有针对TATP的检测技术存在预处理繁琐,检测时间长,灵敏度低及需要特殊设备等缺陷,无法满足现场实时、快速检测的需要。该文提出了一种基于声表面波(SAW)技术、针对TATP检测的新型传感器,将高分子材料技术与SAW技术相结合,分别利用新型树枝状高分子敏感材料的高灵敏度和选择性,与SAW传感器高质量敏感性的优点,对TATP进行快速、可靠检测,从而为实现快速防护做好准备。结果表明,该传感器检测阈值最低可达0.5×10^-6,响应速度可达到秒级。     

SAW谐振器传播属性的有限元仿真

首先从理论上阐述了声表面波(SAW)谐振器传播属性的有限元分析(FEA)法;然后利用ANSYS软件,对ST切石英晶片的SAW谐振器进行模态分析和谐响应分析;最后处理仿真结果并得到结论:通过合成表面节点横向和纵向的模态位移得出SAW中质点的运动轨迹是椭圆,通过模态频率和对应的波长算出SAW在ST切石英晶片中的传播速度,通过分析纵向节点模态位移得出SAW的能量集中在距表面2个波长深度的范围内,通过幅频特性图得出谐振器在SAW频率处具有最大的频率响应。这些结论与理论基本一致,为设计SAW器件和研究SAW传感器提供了仿真依据。     

直接附着式声表面波气体传感器的灵敏度分析

分析了直接附着式声表面波气体传感器的灵敏度.运用分层介质理论,对压电基底表面附着液膜后液膜参数变化所引起的频率变化进行分析,给出了相应的计算结果;然后计算了在500 MHz工作频率、考虑液膜轻度粘滞性时,声表面波气体传感器的检测下限,结果为10-9量级;最后将计算结果与实验结果进行比较并得到验证.     

四硼酸锂晶体圆片的加工与表征

介绍了坩埚下降法生长的优质四硼酸锂晶体（ＬＢＯ）７６ｍｍ（３英寸）标准圆片的加工工艺，讨论了ＬＢＯ圆片的质量。研究表明，所得ＬＢＯ圆片能够满足目前ＳＡＷ器件制作的要求     

一种钛合金基片封装的光纤光栅应变传感器

为了提高光纤光栅应变传感器的应变响应灵敏度,提出了一种基于钛合金基片封装的光纤光栅应变传感器.根据材料弹性模量的相关理论,该封装采用钛合金（TC4）作为封装材料;根据力学传递原理,该封装采用类似杠铃状的结构设计.这种封装能够使应变有效地传递到传感器内的光纤光栅上,从而很好地测量应变.通过实验得到其应变响应灵敏度、反射波长与应变的相关系数.实验证明,采用这种封装设计的传感器能够获得较高的应变灵敏度,其反射波长和应变具有很好的相关性.     

基于柔性衬底的磁声表面波谐振器

针对在柔性衬底上制备非晶软磁薄膜的技术难题,该文研究并制作了一种基于柔性聚酰亚胺(PI)衬底的磁声表面波(MSAW)谐振器。通过在柔性PI衬底上溅射沉积了非晶FeCoSiB磁致伸缩薄膜和ScAlN压电薄膜,光刻制备了叉指电极,并形成IDT/ScAlN/FeCoSiB/PI层状结构,成功获得了柔性MSAW谐振器。采用X线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)分析了薄膜的结构和表面形貌及利用振动样品磁强计(VSM)和短路微带线法测试了FeCoSiB薄膜的静态磁性和高频磁谱特性,最后在探针台上利用矢量网络分析仪对器件进行测试,并与COMSOL仿真结果进行对比。实验结果表明,该MSAW器件有两个谐振峰,其中瑞利波出现在28.32 MHz,兰姆波出现在93.69 MHz。     

GHz石英基片声表面横波谐振器和谐振滤波器

压电石英基片上激励的声表面波,具有一阶温度系数为0的特点。声表面横波器件,高品质因数Q值的谐振器在频率源中作为频率控制元件,窄带谐振滤波器可滤除信号近端的杂波,具有工作频率高,损耗小的特点。该文描述了采用声表面横波模式制作的吉赫兹谐振器,有载Q值可达3 813;频率达1GHz的窄带低损耗谐振滤波器,损耗仅为2.74dB。     

声表面波飞机结冰传感器灵敏度及实验研究

声表面波飞机结冰传感器有望用于飞机结冰预测,其通过Love波的激发和在导波层中的传播变化,来敏感导波层表面冰的厚度及状态变化,而导波层的厚度对声表面波结冰传感器灵敏度具有重要影响.在学者Zimmermann的理论基础上,根据声表面波结冰传感器实际结构,计算得到导波层厚度对灵敏度影响的特性.通过对SiO2导波层及ST90°石英晶体压电材料进行实例计算,得其厚度在9.6 μm处灵敏度最高,并通过实验对0.004 2 m厚的冰层进行实验,得到冰层中Love波的传播速度,与理论计算吻合.     

声表面波器件温度敏感性研究

与内外应力一样,温度亦是影响声表面波器件工作性能的主要参数之一。文章分析了上前声表面波器件温度补偿的状况。利用波扰动方程分析研究了声表面波器件频率－温度敏感性与石英晶体各向异性参数之间的关系。从中得出石英晶体的高温度敏感和低温度第三物切型。实验验证取得了较好的效果。     

高灵敏度硅酸镓镧声表面波压力传感器研究

为提高硅酸镓镧(LGS)声表面波(SAW)压力传感器的灵敏度,研究了一种采用点压式压力传递结构的SAW压力传感器。理论上采用压电微扰理论和有限元法结合,使用有限元法获得压力作用下LGS基片的应力、应变,并将该应力、应变量代入叠加偏载的电弹方程和一阶微扰方程,求得传感器的压力灵敏度。计算表明0~0.4 MPa压力范围内其归一化压力灵敏度为0.065×10-6/psi,与空腔结构LGS SAW压力传感器相比,该结构的灵敏度提高了约9倍。基于上述分析结构,制作了一种基于LGS(0°,138.5°,26.7°)的点压式压力传递结构的SAW传感器,实验结果和理论分析吻合。     

一种基于石英玻璃衬底的MEMS阶跃交指滤波器

提出了一种基于石英玻璃衬底的MEMS 5阶交指滤波器。利用三维全波电磁仿真软件CST,对设计的5阶交指滤波器进行结构优化和数值仿真。结果表明,该滤波器的中心频率为4.08 GHz,带内插损小于1.5 dB,带宽为1.21 GHz,大于基于硅衬底的7阶交指滤波器的0.8 GHz带宽。该方案减小了交指滤波器的尺寸,增加了带通滤波带宽,提高了滤波性能。讨论了硅、氮化硅、氮化硼和高硼硅玻璃等衬底材料与低阻抗长度对滤波器性能的影响,理论验证了低功耗、宽频滤波的5阶交指滤波器的性能。结果表明,石英玻璃衬底具有最佳的综合性能。