[发明专利]全双工无源无线声表面波传感器

说明书

技术领域

本发明属于声表面波器件领域，涉及一种全双工无源无线声表面波传感器。

背景技术

声表面波器件是应用广泛的信号(模拟信号)处理器件和频率控制元件，也是优良的传感载体，可以实现多种物理、生化量的传感。由于声表面波器件具有电-声-电的转换特性，且普遍工作在射频段，所以声表面波传感器可以无源、无线工作，即用无线电磁波查询声表面波传感器，激励产生声表面波并再次转换产生电信号，该电信号就是传感输出信号，可以通过电磁波无线传回查询仪器，所以传感器无线收/发查询和传感信号，查询电磁波激励产生传感输出，这样就不需要电源供电给传感器工作。

由于声表面波传感器的传感查询信号和传感输出信号在同一个频段，具有相同频率，或者频率相差很近，所以无源无线声表面波传感器只能采用“半双工”的时分方式工作，无线传感信号的获取，包括两个分时进行的过程：1)传感查询：由无线传感仪器端发射查询电波，激励声表面波传感器工作；2)传感信号获取：在查询信号间断时，即查询信号为零时，无线获取传感输出信号。所以采用现有的无源无线声表面波传感器，其有效的无线传感输出，是对声表面波器件的非零输入信号结束后的“零输入”响应，显然这样的传感信号只能是一个持续时间有限，而且衰减的瞬态信号。这个传感输出的瞬态过程持续时间和衰减率由声表面波器件的特性确定。可以预见，一旦器件和激励信号确定，每次查询产生的有用无线传感信号的平均功率和总能量就是确定的，不可能通过增加检测时间来改善无线传感信号的能量/平均功率。这也是现有的无源无线声表面波传感器无线传感距离十分有限，不可能大幅度提高的重要因素。

针对此，本发明提出一种全双工无源无线声表面波传感器，该传感器能够实现电-声，声-电，声-声或者电-声-电的非线性转换，使得传感器产生的输出信号是输入信号的多倍频信号。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种全双工无源无线声表面波传感器，该传感器采用具有非线性的声表面波器件，在输出端获得输入信号的多倍频信号，从而使得传感查询信号和传感输出信号，可以分布在相距较大的频带上。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

全双工无源无线声表面波传感器，该传感器包括具有压电性的衬底和衬底表面上的叉指换能器；所述传感器能够实现电-声，声-电，声-声或者电-声-电的非线性转换，使得传感器产生的输出信号是输入信号的多倍频信号。

进一步，所述叉指换能器具有非线性换能特性，用于实现非线性换能，所述叉指换能器有一组或者多组。

进一步，所述衬底上还包括影响声波传输的结构；声表面波在衬底上传播，与衬底材料或者影响声波传输的结构相互作用产生非线性波传播特性，用于产生多倍频信号输出。

进一步，所述传感器还包括天线；所述天线为两副，两副天线分别与输入叉指换能器和输出叉指换能器连接。

进一步，所述传感器还包括天线；所述天线为一副，天线同时与输入叉指换能器和输出叉指换能器连接。

本发明的有益效果在于：本发明提出的全双工无源无线声表面波传感器，具有非线性声-电、电-声、声-声或者电-声-电能量转换特性的非线性声表面波器件，将这种器件作用于无源无线传感器，可以实现“全双工”无线“传感查询”和“传感输出”，即传感查询和传感输出不再“分时”进行，而是同时进行，这样无线查询信号就可以是不间断的持续信号，而激励产生的无线传感输出也是稳态信号，而不再是衰减的瞬态信号。本发明提供的全双工无源无线声表面波传感器可以提高传感信号的输出功率，极大地增强无线传感信号的信噪比，增加无源无线传感距离。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明所述的具有两组叉指换能器的双端口非线性表面波传感器的结构；

图2为带有两副天线的双端口非线性声表面波传感器；

图3为带有一副天线的双端口非线性声表面波传感器；

图4为带有天线的单端口非线性声表面波传感器；

其中，1、2为叉指换能器，3为衬底，4为天线。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

本发明提供的全双工无源无线声表面波传感器，即非线性声表面波传感器，可以是有多组叉指换能器的双/多端口声表面波器件，如声表面波延迟线、双端口声表面波滤波等器件，也可以是只有一组叉指换能器的单端口声表面波谐振器/滤波器。