[发明专利]一种声表面波谐振式压力传感器

说明书

技术领域

本发明属于电子信息领域，涉及一种能够自动测量介质压力的一种微型化、数字化的高性能、智能化传感器。

背景技术

声表面波谐振式压力传感器是为了航空、航天等领域对介质压力自动精确测量的技术需要。目前，国内生产的压力传感器多为模拟量输出，必须经过A/D转换才能与微机测控系统相连接，结构比较复杂。存在的主要问题是模拟量输出的压力传感器的。

发明内容

为了克服现有技术存在的精度低、可靠性差、稳定性不高的不足，本发明提供一种声表面波谐振式压力传感器，能够自动精确测量介质压力参数，具有微型化、数字化的测量功能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

利用声表面波谐振器在压力作用下，声表面波传播参数发生变化(如：传播速度变化等)，而使谐振频率发生变化，通过测量频率的变化，就可计算出压力的变化。声表面波谐振器以压电基片作为导声体，采用能在压电基片上直接激励声表面波的金属叉指换能器结构。声表面波谐振式压力传感器的组成结构包括：2个谐振器、频率经混频器、低通滤波器、放大器和叉指换能器。结构特点是电声转换损耗低，设计灵活，易于制作，适用于电路集成化。

叉指换能器是一个由热蒸发或溅射工艺制作在压电基片上的交互连接的两端器件。当交变电压加到发射叉指换能器两端时，在基片内就建立了交变电场，此电场由于逆压电效应在基片上激发出相应的弹性振动。此弹性振动在基片上传播即形成了表面波。当表面波为接收叉指换能器所接收时，由于正压电效应，又将弹性振动变成交变的电信号输出。叉指换能器的指宽、叉指间隔以及反射器栅条数目及宽度等参数决定了声表面波谐振器的中心频率、品质因数及插入损耗。

声表面波压力传感器的敏感芯片，是在同一圆形石英晶体膜片上制备二个完全相同的声表面波谐振器，以便进行有效的温度补偿。

两个谐振器分别连接到放大器的反馈回路中，构成具有一定输出频率的振荡器，两路输出的频率经混频、低通滤波和放大，得到一个与外加压力一一对应的差频输出。

该传感器采用了差动结构进行温度补偿。因为敏感膜片上的两个谐振器相距很近，环境温度变化对两振荡器的影响所引起的频率偏移近似相等，可在混频器中得以抵消，从而减小温度变化引起的误差。

本发明的有益效果是：

第一，采用声表面波谐振器作为频控器件，与声表面波延迟线相比较，声表面波谐振器插入损耗小、品质因数高，因而由声表面波谐振器组成的振荡器，性能超过声表面波延迟线型振荡器。尤其是在高频情况下，只有声表面波谐振器能实现高品质因数、低插入损耗的器件。

第二，石英膜片与基座采用了一体化结构，使压力传感器迟滞误差大幅度下降，使重复性有效提高。

第三，嵌入式电子线路结构，声表面波压力传感器所有电路部分，包括放大器、匹配网络、混频器、低通滤波器等全部装在传感器壳体内，减小结构体积，缩短了从敏感元件到处理电路之间的引线，减少了干扰，有利于频率输出稳定性。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图中：1-谐振器，2-谐振器，3-低噪声单片集成放大器，4-低噪声单片集成放大器，5-叉指换能器，6-双平衡混频器，7-LC低通滤波器。

具体实施方式

传感器实施例：参照图1，本发明所提出的声表面波谐振式压力传感器具体实施方案的系统组成如前所述，包括谐振器1和2，低噪声单片集成放大器3和4，两个谐振器分别连接到放大器的反馈回路中，构成具有一定输出频率的振荡器，叉指换能器5，双平衡混频器6，LC低通滤波器7，两路输出的频率经混频、低通滤波和放大，得到一个与外加压力一一对应的差频输出。