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无线无源声表面波应变传感技术及其高温应用研究
无线无源声表面波应变传感技术及其高温应用研究
摘要：无线无源声表面波应变传感技术是一种通过利用声表面波（SAW）传感器无需外加电源且能够无线传输数据的特点，实现对结构物应变进行实时监测的新兴技术。本文首先介绍了声表面波传感器的工作原理和结构特点，然后详细阐述了无线无源声表面波应变传感技术的原理、传感器的制备方法以及其在高温环境下的应用研究。最后，结合相关实验结果，对该技术未来的发展趋势进行了展望。
关键词：无线无源、声表面波、应变传感、高温应用
一、引言
随着工业化进程的加快，对结构物的长期性能和安全性要求越来越高。而应变传感技术作为一种重要的监测手段，在结构物的设计、制造和维护中起到了不可替代的作用。传统的应变传感技术一般需要外加电源和有线连接，不仅配备和维护成本高，而且在某些特殊环境下，比如高温环境，无法满足实时监测的需求。因此，开发一种无线无源应变传感技术对于工程实践具有重要的意义。
二、声表面波传感器的工作原理和结构特点
1.声表面波传感器的工作原理
声表面波（SurfaceAcousticWave，SAW）是一种通过介质中的超高频弹性波来进行能量传递的表面波，其频率通常在几十兆赫兹至几个千兆赫兹之间。声表面波传感器是利用声表面波在压电晶体和基底间传播的特性，对物理量进行测量的一种传感器。
2.声表面波传感器的结构特点
声表面波传感器的结构主要由压电晶体和基底构成，其中压电晶体用于产生和接收声表面波，基底用于传导声表面波的能量。常用的压电晶体有石英、锂钼酸锂等，而基底则是由介质材料构成。
三、无线无源声表面波应变传感技术的原理及其制备方法
1.无线无源声表面波应变传感技术的原理
无线无源声表面波应变传感技术是基于声表面波传感器的工作原理，通过对变化应变产生的声表面波的相位、振幅等参数进行无线无源的监测。其原理是通过改变压电晶体的应变量，使声表面波的传播速度和频率发生变化，利用这一特性来实现对应变的实时监测。
2.无线无源声表面波应变传感器的制备方法
无线无源声表面波传感器的制备方法主要包括以下几个步骤：首先，选择合适的压电晶体和基底材料；其次，进行晶体生长和切割，以获得满足需求的传感器尺寸；然后，通过薄膜沉积和光刻等微纳加工技术，在晶片表面制备出耦合条纹和传感器电极；最后，进行电极引线的连结和封装，以完成传感器的制备。
四、无线无源声表面波应变传感技术在高温应用中的研究
由于传统的应变传感技术无法满足高温环境下的实时监测需求，无线无源声表面波应变传感技术在高温应用中具有重要的应用价值。目前，研究者们已经在高温传感器的制备和性能优化方面进行了一系列的研究。
1.高温传感器的制备
在高温环境下，常规材料的性能会发生严重的退化。因此，选择合适的材料用于传感器的制备是十分重要的。研究者们已经尝试使用高温耐受的材料如硅碳化物、氮化硼等来制备传感器的基底，以增强其高温性能。
2.传感器性能的优化
在高温下，压电晶体的性能也会发生变化，对传感器的性能影响较大。通过优化压电晶体的组分和结构，可以提高其高温下的稳定性和灵敏度。同时，改进传感器的电极结构和封装方式，也可以减小在高温下的温度漂移和对环境的干扰。
五、技术展望
无线无源声表面波应变传感技术在高温应用中具有广阔的发展前景。未来的研究方向将包括如何进一步提高传感器的高温稳定性、减小温度漂移和提高传感器的灵敏度等方面。同时，研究者还可以探索将该技术应用于其他高温环境下，如火灾监测、石化工程等领域。
六、结论
无线无源声表面波应变传感技术是一种非常有潜力的应变传感技术，具备无需外加电源和能够无线传输数据的优点。在高温环境下，该技术的应用前景广阔，但目前仍存在一些技术难题需要解决。通过持续深入的研究和开发，相信该技术在高温应用中将发挥更大的作用，并为我们的工程实践带来更多的便利。
参考文献：
[1]CuiL,MaJ,LiY,etal.WirelesspassiveSAWstresssensorforhigh-temperatureapplications[J].IEEESensorsJournal,2016,16(16):6425-6432.
[2]DongH,LiangD,LiW,etal.Wirelesspassivesurfaceacousticwave-basedstresssensorforhigh-temperatureapplication[J].IEEETransactionsonIndustrialElectronics,2020,67(4):3319-3329.
[3]SunY,YangB,ZhouY,etal.Studyonthehigh-temperatureSAWstrainsensorbasedonSiC/pie