[发明专利]声表面波测量传感器及参数分析方法

说明书

技术领域

本发明属于声表面波传感技术领域，具体涉及一种声表面波测量传感器及参数分析方法，该传感器为无线无源声表面波物理参数测量传感器，其可以同时大范围和高精确度检测外界待测物理量的变化，分析方法具体是指对该传感器检测到的物理量反馈信号如何应用声表面波延迟线理论进行参数分析的方法。

背景技术

由于声表面波传感器结构简单、体积小、重量轻、稳定性好、无线连接、无须电源驱动并且敏感度高，可用于多种复杂恶劣环境中，自上个世纪八十年代，美、德、日等国家广泛开展对无线无源声表面波传感器的研究。声表面波传感器采用表面声波传感技术，直接从射频信号中获取工作能量，无需集成电源驱动电路，所需能量由外界获得，并且产生相应的数据处理算法和测量方法。

无线无源声表面波传感器已经在很多领域取得成功应用。在现有方案中，声表面波传感器的结构简单，但由于声表面波传输的特性，传感器测量物理量的测量范围和精度不能同时保证，也就是说，如果保证声表面波传感器有大的测量范围，则测量精度就比较低；如果保证声表面波传感器有高的测量精度，则测量范围不会很大，在现有声表面波传感器中很难找到既有大的测量范围，同时又能保证高精度的声表面波传感器。在现有的另外一种方案中，由于声表面波传感器结构本身的原因，每一个传感器的测量周期只对传感器发出一个射频脉冲查询信号，因此获得的传感器信息量少，不能够实现大范围高精度的测量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种声表面波测量传感器，其可克服现有的缺陷，能实现被测物理量的大范围高精确度检测，并且具有无线无源、结构简单、体积小、重量轻和零老化率等特点，适合在复杂环境下工作。

本发明要解决的另一技术问题是提供应用该传感器的参数分析方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种声表面波测量传感器，包括：压电基底、叉指换能器、反射器及天线；

上述的压电基底，用于感应待测物理量；

上述的叉指换能器与所述的反射器经过表面微加工工艺沉积在所述的压电基底上表面；

上述的叉指换能器接收声表面波传感器工作所需驱动能量，并通过天线返回射频脉冲回波信号；

上述的反射器，用于反射在所述的压电基底上传输的声表面波从而产生射频脉冲回波信号。

优选地，上述的反射器包括第一反射器、第二反射器及第三反射器，所述的第一反射器、第二反射器及第三反射器位于由上述的叉指换能器产生的声表面波传输路径上。

优选地，上述的压电基底是采用压电晶体薄片制作而成。

优选地，上述的压电晶体薄片是Y切Z方向。

优选地，上述的第一反射器、第二反射器、第三反射器及叉指换能器的金属指条方向垂直于所述的压电基底上表面的Z方向。

上述的声表面波测量传感器，其还进一步包括有天线，上述的天线为外部天线或经过阻抗匹配网络的天线。

优选地，上述的叉指换能器与所述的反射器为金属薄膜。优选地，其为金属铝薄膜。

上述的声表面波测量传感器的参数分析方法，通过上述的叉指换能器从无线射频信号收发器发射的射频脉冲查询信号中获取声表面波传感器驱动所需能量，并返回由所述的第一反射器、第二反射器和第三反射器反射回对应待测物理量值的带有不同相位信息的RF脉冲回波信号；然后，使用两次传感器返回的针对不同的RF脉冲宽度的RF脉冲返回信号对待测物理量进行测量。

上述的在一个测量周期内使用两次传感器不同宽度的RF脉冲信号对待测物理量进行测量：首先声表面波传感器会接收一个脉冲宽度较窄的RF脉冲查询信号，将所述的第一反射器作为参考反射器，通过检测第一反射器和第二反射器反射的RF脉冲信号间的相对相位差，获得待测物理量所属的量值区间；然后声表面波传感器会接收一个脉冲宽度较宽的RF脉冲查询信号，把所述的第一反射器和第二反射器的组合作为参考反射器，通过检测参考反射器和所述的第三反射器反射的RF脉冲信号间的相对相位差，进一步获得待测物理量的准确值，然后对两次的测量结果进行分析处理，得到实际的待测物理量值。

上述的叉指换能器接收的一定频率下不加调制的标准正弦波信号由下式给出：

S(t)＝Acos[(ω₀+μt/2)t+θ₀]

其中，ω₀是信号的初始频率值；μ是2π的整数倍；t是时间；θ₀和A分别是信号的初始相位和初始幅值。