中科院聲學(xué)所設(shè)計(jì)出新型聲表面波溫度傳感器件
高溫環(huán)境引起的熱輻射損耗會(huì)導(dǎo)致傳感器器件有較大的聲波衰減,因此在這種環(huán)境下工作的傳感器應(yīng)具有足夠大的品質(zhì)因數(shù)(Q)且損耗較低。傳統(tǒng)的有線有源傳感器不能用于高溫環(huán)境下的溫度測量,而基于聲表面波(surface acoustic wave,SAW)的無線無源溫度傳感器為此提供了良好的解決方案。 中國科學(xué)院聲學(xué)研究所超聲技術(shù)中心博士生李學(xué)玲及其導(dǎo)師王文等,采用短脈沖法提取精確的反射系數(shù),并用典型的耦合模 (coupling of modes,COM)模型,對(duì)LGS/Pt結(jié)構(gòu)聲表面波溫度傳感器件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),仿真和試驗(yàn)證明該器件具有良好的高溫傳感性能。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在Sensors上。 研究人員基于不同Pt膜厚與波長比的LGS/Pt器件的結(jié)構(gòu)開展實(shí)驗(yàn)研究。科研人員采用最小二乘法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,得出反射系數(shù)計(jì)算公式,利用有限元方法提取Pt/LGS的其他COM參數(shù),通過典型的COM模型對(duì)Pt/LGS結(jié)構(gòu)的單端口諧振器進(jìn)行模擬,并確定了具有較大Q值的最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。 研究人員利用光刻技術(shù)研制400MHz單端口聲表面波諧振器,用網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)其測量得到較高的Q值,測量結(jié)果與模擬結(jié)果吻合良好。在50~650℃的溫度范圍里,測試所制備的傳感器件的高溫特性,測試結(jié)果顯示其具有良好的穩(wěn)定性和線性TCF( ~25 ppm/°C.),證明該器件具有較好的高溫傳感性能。 研究表明,聲表面波高溫傳感技術(shù)可用于極端高溫環(huán)境下的高靈敏度溫度監(jiān)測和預(yù)警。 研究工作得到國家自然科學(xué)基金聯(lián)合重點(diǎn)基金項(xiàng)目等的資助。 |