[发明专利]一种基于无线无源的柔性声表面波结冰传感器

说明书

本发明公开了一种基于无线无源的柔性声表面波结冰传感器，属于结冰传感器技术领域，包括：柔性衬底；沉积在柔性衬底上的柔性压电基底；位于柔性压电基底上的输入叉指电极、输出叉指电极、波导层及天线；其中，波导层覆盖输入叉指电极和输出叉指电极，天线与输入叉指电极和输出叉指电极连接；输入叉指电极用于将输入的激励信号转化为机械信号，通过振动使柔性压电基底激发瑞利波；波导层采用PVDF材料，用于将瑞利波转化为乐甫波，并将乐甫波传导至输出叉指电极；输出叉指电极用于将接收的乐甫波转换为电信号，并传输给天线。灵敏度高、器件小、探测位置灵活、安装简易，适用于多种场所和微小位置的结冰探测，具有较高的经济效益。

技术领域

本发明属于结冰传感器技术领域，更具体地，涉及一种基于无线无源的柔性声表面波结冰传感器。

背景技术

结冰现象广泛存在于自然界和人类生产、生活的现实中。随着应用领域不断扩大，结冰现象对人类社会造成的负面影响甚至危害越来越多，如道路、飞机安全等方面都存在着结冰检测问题，尤其是飞机安全领域，飞机的结冰问题一直是影响飞机安全飞行的重大难题。而对于飞机的结冰监测需要体积小，灵敏度高，抗干扰能力强的柔性传感器。

目前应用于飞机结冰检测的传感器有机械式传感器，其中谐振式和平膜式结冰传感器发展较为成熟。谐振式结冰传感器利用了磁致伸缩的原理，通过检测其固有频率的变化，从而判断遇到结冰气象条件。平膜式结冰探测器利用了压电效应的原理，振动膜片上发生结冰情况后，膜片的谐振频率将会发生改变，从而引起电信号的变化，通过检测其电信号的变化，从而判断飞机外部的结冰情况。机械式结冰探测器的优点是器件稳定可靠、制造简单、成本低廉和器件强度高不易损坏，但该类型结冰传感器器件尺寸不够小，外形结构不能与飞机平行安装，无法安装在飞机的曲面部位，且该器件灵敏度不够高，需要冰层达到一定厚度才能后才能检测，无法对结冰过程进行实时监测。

声表面波传感器具有体积小、功耗低、结构简单、响应快速、高精度、高灵敏度、良好的稳定性，且制作成本低，易于集成，可实现无线无源的特点，并能在极低温的恶劣情况下保持高性能的工作状态。对声表面结冰传感器的深入研究一直是国内外的研究热点。

专利CN111366932A公开了“一种基于声表面波振荡器的结冰传感器”，该器件通过将外界环境变化引起声表面波器件输出振荡频率变化的电信号送至振荡电路，振荡电路检测到电信号振荡频率的突变，输出振荡频率来实现结冰预警和监测。然而该专利所述的器件并没有实现器件柔性化和无线无源化，这大大影响了器件的应用前景。专利CN101644772A公开了“一种可无线访问的结冰传感器”，该器件在基本声表面波结构基础上，将天线沿声表面波延迟线接入叉指换能器外侧，从而实现无线通信。但是，该器件衬底和压电基底等都非柔性材料，无法实现声表面波器件的柔性化。

综上，目前声表面波器件已被用来检测结冰现象，然而受限于声表面波器件压电基底和衬底材料，以及信号传输的方式，声表面波结冰传感器的应用场景很有限。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于无线无源的柔性声表面波结冰传感器，其目的在于解决现有声表面波结冰传感器的应用场景受限的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于无线无源的柔性声表面波结冰传感器，包括：

柔性衬底；

沉积在所述柔性衬底上的柔性压电基底；

位于所述柔性压电基底上的输入叉指电极、输出叉指电极、波导层及天线；其中，所述波导层覆盖输入叉指电极和输出叉指电极，所述天线与输入叉指电极和输出叉指电极连接；

所述输入叉指电极用于将输入的激励信号转化为机械信号，通过振动使所述柔性压电基底激发瑞利波；所述波导层采用PVDF材料，用于将所述瑞利波转化为乐甫波，并将所述乐甫波传导至所述输出叉指电极；所述输出叉指电极用于将接收的乐甫波转换为电信号，并传输给所述天线。