[发明专利]仿生蜘蛛琴形感受器结构的声表面波传感器増敏结构有效
申请号: | 201711279195.8 | 申请日: | 2017-12-06 |
公开(公告)号: | CN108240880B | 公开(公告)日: | 2020-07-14 |
发明(设计)人: | 韩韬;郭嘉骐 | 申请(专利权)人: | 上海交通大学 |
主分类号: | G01L1/25 | 分类号: | G01L1/25 |
代理公司: | 上海汉声知识产权代理有限公司 31236 | 代理人: | 庄文莉 |
地址: | 200240 *** | 国省代码: | 上海;31 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 仿生 蜘蛛 感受器 结构 表面波 传感器 | ||
本发明提供了一种仿生蜘蛛琴形感受器结构的声表面波传感器増敏结构,包括:等强度悬臂梁、孔缝组、力敏声表面波谐振器;等强度悬臂梁整体为具有矩形前端的等腰梯形结构,等腰梯形结构的末端为等强度悬臂梁的固定端;孔缝组设置于等强度悬臂梁上,并靠近等强度悬臂梁的固定端;力敏声表面波谐振器设置于等强度悬臂梁上,并位于孔缝组的上方。本发明可以极大提高声表面波传感器的灵敏度,且保持较高的量程。本发明可应用于多种传感器,如压力传感器、振动传感器、陀螺仪、谐振器等,在井下环境检测、汽车工业、军事航天等领域均有广泛应用。
技术领域
本发明涉及声表面波传感器技术领域,具体地,涉及一种仿生蜘蛛琴形感受器结构的声表面波传感器増敏结构。
背景技术
力学传感器是能感受力学信号,并能按照一定的规律将力学信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置,通常由力敏感元件和信号处理单元组成,被广泛地运用工业实践中。
基于声表面波技术的传感器利用声表面波器件本身工作在射频频段和纯无源的特点,实现了传感器敏感端工作时不需要任何电池供电并且信息无线传输的功能,另外其使用环境温度超过125℃后仍能正常工作的特点也是一大优势。
“顶针-悬臂梁”力敏结构是一种新波动模式结合新敏感结构的声表面波力传感器解决方案。波模式上采用压电单晶或层状复合材料基底上激发出的声表面波,结合特有的导力和压力/力转换机构,有助于进一步提高无线力学传感器的准确度、量程和温度稳定性。采用等强度悬臂梁结构,梁在受到集中力作用下表面应力不随位置而变化,克服了普通悬臂梁应变分布与施力位置相关的缺点,保证了力学传感器的一致性。从而保证了声表面波谐振器的稳定性能
在实际运用中,等强度悬臂梁在轴向上仍会有一定不均匀应变,对驻波的形成产生两种影响。其一是反射栅栅距发生了变化,其二是引起声表面波传播方向声速的变化,均导致了反射波相位的变化从而对力敏声表面波谐振器的Qr值产生强烈影响,降低声表面波传感器的灵敏度。
仿生学研究显示蜘蛛腿部的琴形器由多条并行排列的凹槽组成,能够在其附近产生均匀的应力集中区,使得蜘蛛对外界机械信号刺激异常敏感。在等强度悬臂梁结构上刻蚀出仿生蜘蛛琴形感受器的孔缝组,能够在等强度悬臂梁上产生数倍的应力集中,并克服等强度悬臂梁轴向上的不均匀应变,使应力集中区具有不随横向和轴向位置变化的等强度应力分布,降低应力分布不均匀对力敏声表面波谐振器的Qr值影响,极大地提升声表面波传感器的灵敏度和线性度。
但是,直接在等强度悬臂梁结构上刻蚀出仿生蜘蛛琴形感受器的孔缝组,通常存在在如下问题:
1、仿生蜘蛛琴形感受器孔缝单体的数量若不加以控制,其在等强度悬臂梁上产生的应力集中将变得不均匀,无法满足力敏声表面波谐振器的Qr值需求。
2、仿生蜘蛛琴形感受器孔缝单体间的间距非常关键,若无法满足其与孔缝单体宽度间特定的比例关系,部分区域的应力集中将会互相抵消,无法提升力敏声表面波谐振器的检测灵敏度。
3、此外,仿生蜘蛛琴形感受器孔缝单体的高度和深度亦对力敏声表面波谐振器的Qr值有一定影响。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道,也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
针对现有技术中的不足之处,本发明的目的是提供一种仿生蜘蛛琴形感受器结构的声表面波传感器増敏结构,通过力敏声表面波谐振器的运用,实现其无线无源、高温度稳定性的功能;通过在等强度悬臂梁结构上刻蚀出仿生蜘蛛琴形感受器的孔缝组,提高传感器的灵敏度和线性度,保证传感器的一致性。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种仿生蜘蛛琴形感受器结构的声表面波传感器増敏结构,包括:等强度悬臂梁1、孔缝组2、力敏声表面波谐振器3;其中:
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