[发明专利]LGS声表面波温度传感器的线性温度频率特性测算方法

说明书

本发明属于声表面波传感器的应用领域，具体为LGS声表面波温度传感器的线性温度频率特性测算方法。本发明首先对LGS声表面波温度传感器进行标定，得到其室温时瑞利波模式频率及体波模式频率f₀₁、f₀₂，两个模式的一阶温度频率系数x₁、x₂，然后利用传统的基于LGS的同一个声表面波谐振器的瑞利波模式和体波模式二阶温度系数接近相等且所处环境变量完全相同的特点，通过测试得到LGS声表面波温度传感器所处环境下瑞利波模式和体波模式的谐振频率f₁和f₂，代入公式即可计算得到当前温度T。本发明在不增加器件面积、器件复杂度的前提下，扩大了原传感器温度测试的应用范围，且差分频率具有优良的线性温度特性。

技术领域

本发明属于声表面波传感器的应用领域，具体为LGS声表面波温度传感器的线性温度频率特性测算方法。

背景技术

SAW(Surface Acoustic Wave，声表面波)温度传感器分为延迟型SAW温度传感器和谐振型SAW温度传感器。SAW谐振器只对某些特定频率的射频信号产生响应，其中包括瑞利波模式频率和体波模式频率。如果器件周围温度变化，SAW谐振器的瑞利波模式谐振频率和体波模式谐振频率便会随之改变，通过测试其瑞利波模式谐振频率或者体波模式谐振频率，根据温度与频率的关系，经过计算可以得到器件周围温度的大小。

硅酸镓镧(LGS)晶体是一种橙色透明的新型压电晶体，具有比石英大2到3倍的机电耦合系数，与石英相当的温度稳定性，适合制作温度稳定性好的声表面波器件。另外LGS晶体的声表面波传播速度低，适合器件的小型化。LGS晶体从室温到熔点(1470℃)都没有相变，这样LGS晶体更适合制作高温下应用的声表面波器件。然而在应用基于LGS衬底的SAW温度传感器的过程中，我们发现瑞利波模式和体波模式的谐振频率均与温度成二次函数关系，这导致一个谐振频率对应于两个温度点，因而在全温度范围内不能直接通过测试谐振频率而获得环境温度，只能在某个谐振频率随温度单调变化的区间进行温度测试，使得测试温度范围窄，并且谐振频率随温度变化的非线性，也给温度的标定和测算带来不便。

已有的获得器件线性化温度频率特性输出的方法有：

(1)通过在同一块衬底基片的两个切向上分别制作一个声表面波谐振器，利用两个谐振器温度频率特性相同的特点，能实现全温度范围内(基片所能承受温度)对温度的测量，并显著提高传感器谐振频率随温度变化的线性度。但需要同时制作两个谐振器，增大了器件的面积，它容易受到制造过程中差异的影响，不利于器件的小型化，且器件的测试、标定以及最后的温度提取计算变得更为复杂。

(2)通过设计器件结构，激发同步模式和反同步模式，并使其存有相同的强度，以形成一个单端口双模的SAW谐振器，利用单端口双模SAW谐振器的差分来进行温度测量。但其相反的模式的出现会降低谐振器的性能，且其IDT电极数量比单端口单模的SAW谐振器的IDT电极数量更多，增大器件面积和复杂程度。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为了解决LGS衬底的SAW温度传感器温度频率特性成二次函数关系带来的技术问题，本发明提供了LGS声表面波温度传感器的线性温度频率特性测算方法。

本发明采用的技术方案为：

步骤1、使用一端带有SMA接头的高温同轴线连接LGS声表面波温度传感器与矢量网络分析仪。带有SMA接头的一端连接矢量网络分析仪，将另一端同轴线剥开成两股，分别连接在器件的两个电极上。调整矢量网络分析，使其包含LGS声表面波温度传感器的瑞利波模式谐振频率点和体波模式谐振频率点。