【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】高溫環(huán)境引起的熱輻射損耗會導(dǎo)致傳感器器件具有較大的聲波衰減，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一種良好的解決方案。
圖1 用于提取反射系數(shù)的聲表面波裝置的結(jié)構(gòu)(上)和反射系數(shù)測量實驗裝置(下)
圖2 反射系數(shù)測量與高溫傳感器響應(yīng)
中科院聲學(xué)所超聲技術(shù)中心的博士生李學(xué)玲及其導(dǎo)師王文等人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，仿真和試驗證明該器件具有良好的高溫傳感性能。
相關(guān)研究成果2020年4月在線發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊 Sensors 。
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)開展實驗研究。采用小二乘法對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得出反射系數(shù)計算公式，利用有限元方法提取Pt/LGS的其它COM參數(shù)，通過典型的COM模型對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值的設(shè)計參數(shù)。
研究人員利用光刻技術(shù)研制了一個400MHz單端口聲表面波諧振器，用網(wǎng)絡(luò)分析儀對其測量得到較高的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，測試了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。
研究結(jié)果表明，聲表面波高溫傳感技術(shù)可用于高溫環(huán)境下的高靈敏度溫度監(jiān)測和預(yù)警。
本研究得到國家自然科學(xué)基金聯(lián)合重點基金項目(No.U1837209)等資助。
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