[发明专利]一种集成式的声表面波无线温度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及到一种集成电子标签的声表面波(surface acoustic wave：SAW)温度传 感器，特别是涉及一种采用控制电极宽度单相单向换能器与短路栅反射器结构的SAW反射 型延迟线的无线温度传感器。

背景技术

SAW的传播速度存在着与温度的线性关联关系即Δv＝v₀×TCD×(T-T_ref)，其中TCD 为压电基片的一阶延迟温度系数(取决于压电基片材料的晶体结构以及切向)，Δv为 速度变化，v₀为SAW速度，T_ref为参考温度。这样利用一些较高温度系数即高TCD值 的压电基片如LiNbO₃，LiTaO₃以及La₃Ga₅SiO₄可以实现对温度的检测。近年来，借 助于无线识别技术，一种SAW反射型延迟线开始应用于SAW无线温度传感器应用。 这种SAW反射型延迟线由一个压电基片与沿声波传播方向设置的一个叉指换能器与 若干个反射器构成(其反射器数目取决于实际应用)，叉指换能器通过无线天线接收来 自于无线读取单元(Reader unit)发射的电磁波信号，并转换成沿压电基片表面传播 的SAW，并被反射器所反射，反射的SAW通过叉指换能器重新转换成电磁波信号， 通过无线天线发送回无线读取单元，由于SAW速度与温度的线性关联导致SAW反射 型延迟线时域相位的线性响应，以此实现对温度的无线检测。

作为例子，常规结构应用于无线温度传感器的一个SAW反射型延迟线1，包含一个 压电基片，和在压电基片上用半导体平面工艺制作的一个叉指换能器和沿声波传播 方向设置的三个反射器，如图1所示，其中9为压电基片，2为叉指换能器，3，4和 5为三个反射器，反射器3与叉指换能器2以及反射器之间的距离根据时延要求予以 确定。6，7与8分别为从反射器3，4与5反射的第一、第二与第三反射回波信号。 压电基片9通常采用具有高温度系数的LiNbO₃，LiTaO₃等材料，利用其对温度的高灵 敏性，声波速度随外围环境温度的变化而呈现线性变化，从而引起SAW反射型延迟 线反射系数S₁₁的时域时延/相位响应，以此实现对温度的检测。

现有技术的基于这种SAW反射型延迟线的工作频率为2.4GHz的原型SAW无线 温度传感器检测范围在(室温～200℃)，其灵敏度达到了34°/℃，并获得了小于0.1K 的温度检测分辨率。由于这种SAW温度传感器由单个器件构成，结构简单，采用如 文献1：L.M.Reindl：Wireless measurement of temperature using surface acoustic wave  sensors，IEEE Trans.UFFC，51，1457-1463(2004).所描述的三个反射器结构以及相应信 号处理方法将可以有效的消除由于相位检测中超过360度出现的信号歧义，有可能获 得良好的温度灵敏度改善；另外采用相位作为传感器输出信号，具有较高的灵敏度分 辨率，且器件本身可以实现绝对无源，适宜于在高温条件下工作，因此这种SAW无 线温度传感器具有良好的应用前景，引起人们极大的兴趣。对于这种无线SAW温度 传感器，SAW反射型延迟线的设计直接决定了传感器的各项性能指标，特别是检测范 围等，因为随着温度的升高，声波传播衰减也相应增加，直接表现为SAW反射型延 迟线的时域响应S11的损耗随温度升高而升高(文献2：R.S.Hauser，et al：A wireless  SAW-based temperature sensor for harsh environment，Proceeding of IEEE Sensors，Vol.2 pp：860-863，2004)，这就需要一种低损耗，高信噪比且具有均一陡直尖锐时域反射峰 的SAW反射型号延迟线。但是目前应用于无线温度传感器的SAW反射型延迟线由于器 件结构设计存在较大的问题，例如：