[发明专利]一种谐振单相单向换能器型声表面波加速度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种谐振单相单向换能器(Resonant Single Phase Unidirectional Transducer，RSPUDT)型声表面波加速度传感器，具体涉及一种具有高斯函数频响的谐振单相单向换能器型声表面波加速度传感器，属于加速度传感器技术领域。

背景技术

加速度传感器的种类有很多，根据其应用场合的不同可分为不同的类型，近年来随着物联网技术的普及得到迅速发展。加速度传感器能感测加速度信号的变化，然后将其转换成频率变化或电压变化，为后续电路实现快速响应或实时处理提供支持。

不同类型的加速度传感器的稳定性、敏感性、线性度、响应速度、温度效应和抗干扰性都各具特点。在汽车、轮船、火车等高速行驶的交通工具应用领域，环境噪声对加速度感测的干扰较大，需要既具有对加速度信号敏感，又能消除环境噪声的低损耗、小型化、高稳定性的加速度传感器。随着应用的深入，更希望对加速度实现无线无源监测。

由于传统的压阻式加速度传感器和电容式加速度传感器，在温度效应、灵敏度、响应速度等方面不够理想，人们提出了声表面波加速度传感器。但这种传统的声表面波加速度传感器采用常规的延迟线振荡器或谐振器型振荡器构成，环境噪声的干扰有时会影响传感器感测的效果。另外，传统的声表面波加速度传感器采用普通的低损耗单相单向换能器(Single Phase Unidirectional Transducer，即SPUDT)，在降低器件损耗的同时，频响通带波纹和群延时波动均较大，使得器件总体性能下降。而且传统的单端固定的悬臂梁式加速度传感器的灵敏度虽较好，但是稳定性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：传统的声表面波加速度传感器存在的声表面波延迟线频响通带波纹和群延时波动均较大，悬臂梁稳定性不高的问题，提供一种具有灵敏度高、线性度好、插入损耗低，且抗噪声干扰能力强，适应于汽车、轮船、火车等领域的应用需求的加速度传感器。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种谐振单相单向换能器(Single Phase Unidirectional Transducer，即SPUDT)型声表面波加速度传感器，其特征在于，包括分别设于悬臂梁上表面中部及末端的两组对加速度信号敏感的振荡器，位于末端的振荡器作为参考，两组振荡器形成差动结构，有利于减小温度和横向加速度的影响；两组振荡器的结构参数完全相同，输出端相连并经过混频器混频，将外部加速度的变化转化为频率的变化输出；两组振荡器均包括一个声表面波延迟线和一个反馈放大器，声表面波延迟线采用具有高斯函数频响的谐振单相单向换能器(RSPUDT-RSPUDT结构)，其包括输入换能器(RSPUDT结构)和输出换能器(RSPUDT结构)。

优选地，两组所述振荡器中的声表面波延迟线的频响均为高斯函数的频响。

优选地，所述悬臂梁的材质采用石英晶体。

优选地，所述悬臂梁的两端固定，其下表面的中部加载有质量块。

更优选地，所述质量块为正方体结构。

优选地，所述声表面波延迟线的两个换能器采用的加权方式为：输入换能器中的换能函数和反射函数均采用抽指加权，输出换能器为不加权宽带换能器。

优选地，所述混频器的输出端连接一个低通滤波器。

优选地，所述声表面波延迟线固定于悬臂梁上表面，两个声表面波延迟线的制备工艺采用半导体平面工艺。

为了进一步减小通带波纹和群延时波动，改善器件的频响和群延时特性，本发明提出一种频响特性好、稳定性强的采用双端固定的悬臂梁结构的具有高斯函数频响的谐振单相单向换能器(RSPUDT结构)型声表面波加速度传感器。

本发明中的声表面波延迟线的输出频响为高斯函数的频响，这种延迟线型滤波器利用了高斯函数具有最小的时延带宽积的优点，并且具有消除噪声的高斯滤波功能，因此该谐振单相单向换能器型声表面波加速度传感器具有频响特性好、稳定性高、灵敏度高、线性度好、插入损耗低，且抗噪声干扰能力强的优点，适应于汽车、轮船、火车等领域的应用需求。

本发明采用声表面波器件实现，其内部的叉指换能器能够与天线相连，容易制成无线无源型声表面波加速度传感器，因此本技术具有光明的应用前景。

附图说明

图1为本发明提供的谐振单相单向换能器型声表面波加速度传感器的结构示意图；

图2为位于悬臂梁上表面中部的振荡器中的声表面波延迟线的结构示意图；

图3为悬臂梁的俯视图。

具体实施方式