基于新型RFID的无线无源气体传感器研究

基于射频识别(RFID)的无线无源气体传感器通过敏感材料对RFID天线进行调制,从而实现气体敏感,但其存在只能定距离检测,检测距离短,实用性差等问题。该文提出了一种具有阻抗型负载接入、驱动和检测功能的新型RFID芯片,研制出一种基于新型RFID芯片的无线无源气体传感器,实现了对含磷有毒有害气体的无线无源检测,检测下限可达5×10^-6,检测距离可达1.6 m。结果表明,传感器检测精度不受距离变化的影响,从而展现出较好的应用前景。     

声表面波免疫传感器高频检测系统设计

声表面波（SAW）免疫传感器是一种新型生物传感器,该文设计并实现了一个高频的SAW免疫传感器检测系统。该系统利用锁相环控制输出信号频率对输入信号频率跟踪锁定,通过测量频率变化量即能完成对免疫传感器的检测,通过液晶屏显示结果。测试结果表明,该检测系统能准确测量频率156~162 MHz内的传感信号,系统的最大测量误差仅0.85%,满足SAW免疫传感器高频检测领域的工程实际需要。     

基于声表面波技术的高压开关柜温度监测系统

高压开关柜温度监测系统是保障开关柜可靠运行的重要部分,该文论述了基于声表面波(SAW)的温度监测技术,提出了一种基于SAW技术的测温系统,给出传感器的压电材料、设计结构和阅读器的结构图。目前该系统已在110kV以上变电站应用,运行稳定、效果良好。     

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。     

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。     

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。     

ZnO/IDT/金刚石结构SAW滤波器的设计和制作

传统材料制备的声表面波(SAW)滤波器的中心频率f大多位于较低的频段(f<500 MHz),但是无线通信频段逐渐向着高频化的方向发展,因此在SAW器件领域中引入高声速材料如金刚石以提高中心频率成为一种必然趋势。基于金刚石材料、采用ZnO/IDT/金刚石新型结构,设计了交错叉指结构和镜像阻抗连接结构的叉指换能器(IDT)参数。通过优化的工艺制备流程,获得了金刚石SAW滤波器样品。最后采用RF探针台对样品进行了性能测试和数据分析。测试结果表明制备的SAW滤波器样品的测试结果与理论值比较符合,交错叉指结构滤波器获得了很低的插损,镜像阻抗连接结构滤波器有效地提高了带外抑制度。样品IDT指宽2μm,SAW滤波器中心频率可达0.775 GHz。     

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)。     

面向电网应用的SAW温度传感器设计

针对谐振型声表面波(SAW)传感器,研究了3种不同窗函数加权对SAW传感器谐振响应副瓣抑制的影响,仿真结果表明,凯瑟尔窗在旁瓣抑制上性能最优,阻带最小衰减达-120.2 dB.同时制备了以LST切型石英为基片材料,凯瑟尔窗为加权函数的SAW温度传感器.测试和应用试验表明,所设计的传感器性能具有良好的一致性、温度频率特性和旁瓣抑制能力,能较好满足面向电网温度状态监测的应用.     

基于有限元分层级联技术SAW滤波器精确计算

针对任意复杂结构声表面波(SAW)器件精确快速分析及其内部多物理场耦合效应的精确表征问题,该文在充分考虑SAW器件实际存在的各种影响因素下,采用有限元分层级联算法推导出有限长结构SAW器件的有限元数学模型。基于全波仿真技术,考虑管座及键合线等封装模型电磁效应,对漏波型42°Y-X LiTaO₃温度补偿型声表面波(TC-SAW)器件进行计算,通过与实验结果对比,验证了计算模型的精确性,为高性能SAW器件的精确快速设计提供了支撑。     

新型声表面波神经性毒剂传感器的研究

研制了基于声表面波技术的神经性毒剂传感器,对沙林进行检测研究,并对敏感材料氟化超支化聚合物的合成与表征进行了报道。结果表明,所研制的新型传感器具有响应快,灵敏度高,一致性好,可重复使用等优点,对沙林的检测限可达0.08mg/m3。     

声表面波化学战剂气体传感器的研究

介绍了声表面波气体传感器的基本工作原理和设计方法,通过SAW芯片拓扑结构、敏感膜、覆膜工艺和信号处理电路等方面的优化,研制出两种SAW化学战剂气体传感器,具有灵敏度高、响应和解吸附快,抗干扰能力强的特点。     

GMM和SAW谐振器复合磁传感器设计与分析

提出了一种新的超磁致伸缩材料(GMM)和声表面波(SAW)谐振器构成的复合磁传感器,将磁场中GMM的应力应变传递到SAW谐振器上,改变其谐振频率,检测谐振频率进行磁场测量。推导了复合磁传感器在磁场中的频率响应及磁场-频率偏移量关系,并对传感器的静态特性进行了测试。分析表明该传感器为低通系统,截止频率约为14.34Hz。实验验证了复合传感器的最高静态灵敏度可达到190Hz/Oe。     

基于石英的声表面波宽量程气压传感器研究

该文提出了一种面向航天航空飞行器宽量程压力检测的声表面波(SAW)传感器的设计方法。在犢切石英晶体上,利用半导体平面工艺设计并制作了单端对谐振型传感器,在此基础上,通过石英干法刻蚀工艺制备了压力参考腔,并构建了全石英封装的面压式传感结构。利用搭建的气压测试平台,对制备的SAW 传感器性能进行测试,测试结果表明,传感器在0~3．6 MPa量程内获得了1．36kHz/MPa的检测灵敏度,并表现出良好的线性度。     

旋涂法制备声表面波化学传感器膜的研究

声表面波化学传感器因高灵敏、便携而快速等优点被用来检测有毒有害气体。聚合物在声表面波敏感器件表面的旋涂技术是研究的热点。用旋涂法把溶于丙酮的氟硅氧烷聚合物溶液在声表面波器件表面制备成膜。通过网络分析仪,对在基片不同的旋涂区域和不同聚合物粘度对敏感芯片的品质因数和插入损耗的差异的分析、对比,确定环基片中心区为成膜的最佳旋涂区域,聚合物溶液增比粘度小于0.34时对成膜质量影响较小。     

An all fiber-optic sensor for surface acoustic wave measurements

A surface acoustic wave (SAW) sensor constructed from single-mode fiber-optic components is described. An analysis of reciprocal and nonreciprocal modes of operation of the sensor is presented. Results from measurements on a variety of SAW devices illustrate the use of the sensor. The amplitude sensitivity is 0.0003 Å for an integration time of 0.1 s.     

声表面波陀螺仪研究进展

高精度的惯性导航系统是水下航行器顺利完成水下作业的关键之一,陀螺仪作为一种重要的惯性敏感元件,是构成惯性导航系统的基础核心器件。基于声表面波陀螺效应的新型陀螺仪具有优良的抗振能力、良好的可靠性与稳定性等特点而引起人们的浓厚兴趣,在大冲击等恶劣环境具有良好的应用前景。本文对声表面波陀螺仪的研究进展进行回顾,特别介绍了一种设置金属点阵的陀螺效应增强模式SAW陀螺仪。该结构由在同一压电晶体上反向设置的两个SAW传感器件构成,在其叉指换能器中间分布有金属点阵。结合层状介质中声波传输特性的研究方法对压电晶体及金属点阵参数对传感器响应特性的影响进行建模分析,设计并实验研制了工作频率为30MHz、80MHz及95MHz的SAW陀螺仪。实验结果表明,该结构陀螺仪实现了良好的温度补偿特性,并通过在SAW传播路径上合理设置的金属点阵,大幅提升了传感器的检测灵敏度。      

Simulation and Fabrication of SAW-Based Gas Sensor with Modified Surface State of Active Layer and Electrode Orientation for Enhanced H<Subscript>2</Subscript> Gas Sensing

The design, analysis, optimization, and fabrication of layered and nanostructure-based surface acoustic wave (SAW) gas sensors are presented. A lithium niobate and zinc oxide (ZnO) nano multilayer structure is proposed to enhance the sensitivity of the SAW-based gas sensor. Different materials are considered for the intermediate layer in the design for optimization purposes. The sensitivity of the sensor could be improved due to increased active surface area obtained by varying the aspect ratio of the nanorods, the thickness of the intermediate layer, and the gap between the electrodes. The total displacement and frequency shift of the device were significantly improved. Overall, the mechanically engineered surface-based (nanorod) SAW gas sensor offered better sensing response than the layered SAW gas sensor in terms of sensitivity performance.