[发明专利]一种单模式突出的双端对谐振式声表面波检测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于传感器的声表面波检测器，特别涉及一种低损耗、高Q值的单模式突出的双端对谐振式声表面波检测器。

背景技术

声表面波(SAW)检测器作为振荡器的频率控制元件，其性能直接影响振荡器的频率稳定度。根据声表面波振荡器的频率稳定性原理，声表面波检测器的品质因子(Q值)及插入损耗大小直接影响到振荡器的短期频率稳定度，Q值越高、插入损耗越低，则振荡器的短期频率稳定度越高，而声表面波振荡器的频率稳定度直接影响SAW气体传感器的检测下限和敏感度。通常声表面波检测器的器件结构大致有两种，一种是SAW延迟线，另外一种是SAW谐振器。对于延迟线结构而言，容易提供较大的区域用于涂敷敏感膜，但是这种结构的器件损耗较大，间接影响振荡器的频率稳定度；SAW谐振器具有高品质因子和低损耗的特点，由它作为频控元件组成的振荡器容易起振，但谐振器很难提供敏感膜成膜所需要的区域，对于不需制作化学膜的传感终端，具有较大优势。本发明涉及的正是一种应用于不需制作化学膜的传感器的双端对谐振式结构声表面波检测器，以下简称双端对谐振器。

目前，双端对谐振器的结构又分为两换能器结构(1-2模式)和三换能器结构(1-3模式)，见文献1(IEEE 1975 Ultrasonics Symposium ProceedingsPP241-244)的图1和文献2(IEEE 1996 Ultrasonics Symposium ProceedingsPP61-64)的图1，在本说明书中用图1和图2表示这两种双端对谐振器的示意结构。图1中两换能器结构的双端对谐振器有两个叉指换能器，沿声波传播方向置于压电基片的上表面，两叉指换能器之间互相平行，两反射栅阵分别平行放置于两叉指换能器的外端；图2中三换能器结构的双端对谐振器有三个叉指换能器，沿声波传播方向置于压电基片的上表面，三个叉指换能器之间互相平行，两个反射栅阵分别平行放置于三个叉指换能器的外端。由于反射栅阵的反射，以及换能器的内反射和换能器之间的相互反射，在两个栅阵之间将会产生多个不同的纵向模式，通常是最低阶的两个模式响应最大。如果把器件设计成反射器在IDT的谐振频率上谐振，谐振时传输导纳将会变得很大，这样就可以实现窄带低损耗的通带。图2的结构利用了第一阶和第二阶纵向模式，即最低阶的对称和反对称模式；图3的结构由于是对称的，反对称模式不再被激发，所激发的是第一阶和第三阶纵向模式，既最低阶的两个对称模式。在双端对谐振器中，由于采用谐振结构，在换能器的两端放置反射栅阵，形成谐振腔，声波被限制在谐振腔中，双向损耗极小，因此可获得很低的插入损耗，有利于提高振荡器的频率稳定性。

现有技术的一个很大的缺点是双端对谐振器的两个纵向模式之间差距不够大，其典型频率响应曲线如图3所示，因而振荡器在振荡时振荡频率容易在两个纵向模式之间发生跳变，导致振荡器不稳定。

Morita等人提出改变双端对谐振器输入和输出换能器之间的间隔可以改变两个模式之间的频率间隔(见文献3：IEEE 1992 Ultrasonics SymposiumProceedings PP95-104)，但如果两个模式之间的幅度差距不够大，仅小范围的改变频率间隔，还是存在振荡频率易于在两个模式之间发生跳变的问题。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的缺陷；为了增加两个纵向模式之间的频率差距，在双端对谐振器中采用三换能器结构，同时，为了增加两个模式之间能量幅度的差距，提出优化换能器之间、换能器与反射栅阵之间的间距，以及反射栅阵相对于换能器的频率偏移，以弱化其中的一个模式来实现一种插入损耗低、Q值高、两模式之间频率间隔远、幅度差距大的单模式突出的声表面波双端对谐振器。

为实现上述发明目的，本发明提供的单模式突出的双端对谐振式声表面波检测器，包括制作在基片上的双端对谐振器；其特征在于：所述的双端对谐振器由3个叉指换能器和2个金属反射栅阵阵组成；所述的叉指换能器的同步频率是所述的金属反射栅阵同步频率的0.95-1.05倍，频率响应曲线中的两个纵向模式的能量幅度差距大于5dB(如图5所示)；3个叉指换能器为第一叉指换能器、第二叉指换能器和第三叉指换能器，2个金属反射栅阵阵为第一金属反射栅阵和第二金属反射栅阵；其中，所述的第一叉指换能器、所述的第二叉指换能器和第三叉指换能器的同步频率是一样的；

所述的第一叉指换能器、所述的第二叉指换能器和第三叉指换能器的金属化比相等，其中，金属化比为0.1-0.6；