高温(600℃)压力测量无源无线声表面波传感器.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102169036A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102169036A(43)申请公布日2011.08.31(21)申请号201010574564.8(22)申请日2010.12.06(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人徐春广周世圆张运涛刘婧肖定国赵新玉郝娟孟凡武潘勤学(51)Int.Cl.G01L9/08(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称高温(600℃)压力测量无源无线声表面波传感器(57)摘要本发明涉及一种适用于高温(600℃)压力测量的无源无线传感器。本发明的无源无线高温压力传感器包括：压电衬底材料、叉指换能器、反射栅、小型天线、高温引线。高温传感器的核心为单端声表面波谐振器，衬底采用硅酸镓镧，在衬底上沉积制作叉指换能器和反射栅，利用压电效应和逆压电效应进行声表面波的激发和接收。叉指换能器通过天线接收来自无线查询单元的电磁波信号，在衬底表面激发出声表面波向两边传播，并被反射栅反射。反射回的表面波通过叉指换能器重新转换成电磁波信号，由天线传回无线查询单元，并通过信号处理方法，来实现高温时压力的测量。本压力传感器具有一个压力接收膜片用于感应压力，声表面波谐振器采用胶粘剂粘贴在压力膜片上来接收膜片形变。本发明结构简单、体积小、重量轻、精度高、无源无线，适用于航空航天、石油化工、核工业等高温环境压力的无线遥测。CN102693ACCNN110216903602169041A权利要求书1/1页1.一种高温环境中(600℃)压力测量的声表面波传感器，其特征在于：它包括压电衬底、叉指换能器、反射栅、小型天线以及天线与谐振器连接的耐高温导线。所述压电衬底、叉指换能器和反射栅构成声表面波谐振器。2.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于：谐振器谐振频率为434MHz，谐振器衬底材料选用硅酸镓镧压电材料。3.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于：该传感器包括叉指换能器以及带状的反射栅，反射栅平行取向，反射栅和叉指换能器为耐600℃高温金属电极。4.根据权利要求2所述的硅酸镓镧衬底，其特征在于：其相变温度1475℃，声表面波速2700(m/s)，机电耦合系数k2为0.44％，目标工作温度下(600℃)电阻率大于106Ω.cm。5.根据权利要求3所述的金属电极，其特征在于：金属材料为铱，熔点为2440℃，稳定工作极限温度为1084℃，金属电阻率为5.3(μΩ.cm)。6.根据权利要求1所述的高温压力传感器，其特征在于：该传感器还包括封装结构，隔离粉尘等对谐振器性能的影响。7.根据权利要求1所述的小型天线，其特征在于：天线为环形天线或其它小型天线。8.根据权利要求1所述的声表面波压力传感器，其特征在于：此传感器可实现无源无线传感，声表面波谐振器直接与天线相连接，无附加匹配电路，无电源，无铅焊点。9.根据权利要求所述的传感器，其特征在于：传感器安装于600℃以上的压力环境中。2CCNN110216903602169041A说明书1/4页高温(600℃)压力测量无源无线声表面波传感器一、技术领域[0001]本发明涉及一种可工作于600℃高温的压力传感器，此压力传感器采用声表面波技术。二、背景技术[0002]高温环境下的压力测量是测控技术的重点、难点之一。航空航天、武器装备、能源化工、汽车等领域常常需要在高温环境下进行压力测量与控制，高性能的高温压力传感器是上述领域中的关键器件之一。[0003]目前广泛使用的硅压阻式压力传感器，采用P-N结隔离应变电桥与应变膜，其工艺成熟且性能优异，但是P-N结漏电随着温度升高而急剧增大，超过120℃时，传感器的性能会严重恶化以至失效，在600℃时会发生塑性变形和电流泄漏，导致信号处理系统和电路的极度失调。利用高温SiC制备的压力传感器虽然能够较好地解决这些问题，在高温、耐腐蚀等方面显示出明显的优越性，但是SiC压力传感器高温环境中引线的退化问题成为制约其高温环境应用的瓶颈。由于高温环境下供电和导线连接困难，信号处理电路也难以正常工作，常规高温压力传感器的使用受到极大限制，因此，研究适合高温环境下使用的无线无源传感技术具有重要的现实意义。[0004]利用压电材料制成的声表面波压力传感器由于它本身的高频特性及基片的压电特性可使传感器无源、无线测量和传输，特别适合高温、辐射、易爆易燃等特殊环境下压力测量。此外，声表面波传感器还具有一些其他传感器所不具备的特殊优势，如体积小、精度高、抗干扰能力强、易实现数字化等优点。[0005]石英为基底的声表面波压力传感器已经很成熟，由于石英在573℃会产生相变，工作温度在-20～100℃，不宜在高温环境下(200℃以上)使用。硅酸镓镧(