[发明专利]一种谐振器型无线无源温度传感器及工作方法

说明书

本公开提供了一种谐振器型无线无源温度传感器及工作方法，传感器包括：第一声表面波谐振器和第二声表面波谐振器，第一声表面波谐振器包括第一压电基片和第一金属电极，第二声表面波谐振器包括第二压电基片和第二金属电极；第一压电基片和第二压电基片的材质相同且切型相同，第一金属电极和第二金属电极材质相同且膜厚不同，根据第一声表面波谐振器和第二声表面波谐振器的中心频率的差值与温度的关系进行温度测量；本公开采用同一声波传播切型下、不同金属膜厚的两个独立的声表面波谐振器，可以保证传感器对非温度干扰参数的敏感特性近乎一致，提高温度传感器的精度，两个谐振器独立加工，传感器芯片面积小，可进一步提升产品的成品率。

技术领域

本公开涉及温度传感器技术领域，特别涉及一种谐振器型无线无源温度传感器及工作方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

无线无源温度传感系统将无源声表面波传感器与无线阅读器相结合，具有体积小、稳定性好、可靠性高等优点，特别适用于高温、高电压、易燃易爆或旋转部件等极端环境的温度测量，已广泛应用于智能电网的开关柜触头等关键部件，对保障电网安全起到了至关重要的作用。相比于延迟线型声表面波传感器，采用谐振器结构的声表面波传感器具有更高的Q值(品质因数)，可实现更远的无线测量距离，且更易通过同一个天线实现传感器对激励信号的接收和对回波信号的发射功能，因而在无线传感领域具有更为广泛的应用。

有研究人员提供了一种双声表面波温度传感器及其设计方法，该方案为提高传感器谐振频率随温度变化的线性度，将两个声表面波谐振器设计集成于同一块压电基片上，且两个谐振器的换能器夹角在20°～160°，用于实现全温度范围内的温度测量。也有研究人员设计了一种声表面波扭矩和温度传感器，该传感器通过设置在Y+34°切向的石英公共基底上的三个声表面波谐振器，实现对扭矩和温度的同时测量。为了实现温度传感器线性输出，以及对扭矩传感器的温度补偿，该专利在实现中可依据想要的温度测量范围和两个声表面波谐振器差频的温度灵敏度，来选择其相应的夹角(0°～30°)。

由上述温度传感器的实现方案可以发现，为了提高声表面波传感器谐振频率随温度变化的线性度，现有声表面波传感器常利用压电基片的各向异性，选取同一压电基片上两个不同传播夹角的声表面波谐振器。这将导致：(1)两个不同夹角的声表面波谐振器，其对非温度的干扰参数(如压力、振动、湿度等)的敏感特性不同，难以克服外界非温度环境所带来的干扰；(2)两个谐振器制备在同一压电基片上，曝光区域的面积大，工艺上难以保证两个谐振器的一致性，导致成品率降低。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种谐振器型无线无源温度传感器及工作方法，采用同一声波传播切型下、不同金属膜厚的两个独立的声表面波谐振器，可以保证传感器对非温度干扰参数的敏感特性近乎一致，提高温度传感器的精度；同时，两个谐振器独立加工，传感器芯片面积小，可进一步提升产品的成品率。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种谐振器型无线无源温度传感器。

一种谐振器型无线无源温度传感器，包括：第一声表面波谐振器和第二声表面波谐振器，第一声表面波谐振器包括第一压电基片以及与第一压电基片接触连接的第一金属电极，第二声表面波谐振器包括第二压电基片以及与第二压电基片接触连接的第二金属电极；

第一压电基片和第二压电基片的材质相同且切型相同，第一金属电极和第二金属电极材质相同且膜厚不同，根据第一声表面波谐振器和第二声表面波谐振器的中心频率的差值与温度的关系进行温度测量。

作为可选的实施方式，中心频率的差频与温度呈一阶线性关系。

作为可选的实施方式，第一压电基片和第二压电基片的切型为：AT-X石英、ST-X石英、ZX-铌酸锂、YZ-铌酸锂、128°YX-铌酸锂或X-112°Y-钽酸锂。