[发明专利]一种利用三个LGS声表面波谐振器组成的应变传感器及测试方法

说明书

本发明属于声表面波传感器的设计领域，具体涉及一种利用三个LGS声表面波谐振器组成的应变传感器及测量方法。首先利用三个LGS声表面波谐振器建立三个谐振频率随温度变化和应变变化的关系式；然后根据声表面波谐振器在同一温度环境中，具有相同温度系数和不同应变系数的特点，消除温度及温度变化与应变变化耦合引起的谐振频率的变化；最后得到谐振频率与应变变化之间的关系式，通过该关系式即可求出待测物体应变变化的大小Δε。本发明完全消除了温度对于应变测试的影响，同时提高了应变测试的准确性。可用于任何温度环境中，且简单易操作。

技术领域

本发明属于声表面波传感器的设计领域，具体涉及一种利用三个LGS声表面波谐振器组成的应变传感器及测试方法。

背景技术

声表面波器件是一种利用声表面波传播特性而制备出的器件，声表面波器件主要由单衬底材料和表面换能器组成，换能器可以通过逆压电效应在压电衬底上激励SAW器件，SAW在压电衬底内传播至换能器输出，并通过压电效应转化为电信号后输出。

传统的基于SAW谐振器的应变传感器，通常由两个以石英为基底的SAW谐振器组成，这种SAW谐振器在温度为20-80℃的时温度T与谐振频率f的关系是线性的，具体表示为：其中bΔT表示温度一阶项，c表示应变变变化常数项。但是当温度超过80℃时，温度T与谐振频率f不再呈线性关系，也就无法准确测试出应变的大小。

最新研究提出采用两个LGS为基底的SAW谐振器来组成应变传感器，这种SAW谐振器在温度变化较小的情况下，如-1-1℃的变化范围内，可以消除温度变化对应变的影响，当温度出现较大变化时，应变的一阶系数会与温度变化呈现出一个一次函数的关系。因此，两个LGS为基底的SAW谐振器组成的应变传感器可以实现测试高温环境下的应变，但仅限于温度较为稳定的环境，对于温度变化较大的环境则不能准确的测试出应变的大小。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种利用三个LGS声表面波谐振器组成的应变传感器及测试方法，解决相关技术中声表面波谐振器组成的应变传感器在温度变化较大的环境进行应变测试所带来的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种利用三个LGS声表面波谐振器组成的应变传感器，包括：第一LGS声表面波谐振器、第二LGS声表面波谐振器和第三LGS声表面波谐振器；第一LGS声表面波谐振器沿其声表面波传播方向与待测物体主应变相同方向设置于待测物体上，第二LGS声表面波谐振器沿其声表面波传播方向与待测物体主应变垂直方向设置于待测物体上，第三LGS声表面波谐振器沿其声表面波传播方向与待测物体主应变呈任意角度方向设置于待测物体上，其中任意角度是指除相同方向和垂直方向外的角度；三个LGS声表面波谐振器设置在待测物体的同一水平位置；三个LGS声表面波谐振器均包括LGS压电基底以及设置于LGS压电基底上的叉指和电极；三个LGS声表面波谐振器压电基底材料切向相同。

根据本发明的另一个方面，提供了一种利用三个LGS声表面波谐振器组成的应变传感器的测试方法，包括以下步骤：

步骤1：先将本发明提供的三个LGS声表面波谐振器组成的应变传感器使用耐高温无机胶粘合在待测物体同一水平位置上。

步骤2：使用一端具有SMA接头的高温同轴线连接三个LGS声表面波谐振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分成三股，分别连接三个LGS声表面波谐振器；在常温条件下，分别记录矢量网络分析仪显示的三个LGS声表面谐振器的初始谐振频率：第一LGS声表面波谐振器为f_0-0，第二LGS声表面波谐振器为f_0-90，第三LGS声表面波谐振器为f_0-x。