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研究人員設計出新型聲表面波溫度傳感器件
2020/08/17 | 作者:超声技术中心 李学玲 | 【 【打印】【關閉】

  高溫環境引起的熱輻射損耗會導致傳感器器件具有較大的聲波衰減,因此在這種環境下工作的傳感器應具有足夠大的品質因數(Q)且損耗較低。傳統的有線有源傳感器不能用于高溫環境下的溫度測量,而基于聲表面波(surface acoustic waveSAW)的無線無源溫度傳感器爲此提供了一種良好的解決方案。

  中科院聲學所超聲技術中心的博士生李學玲及其導師王文等人采用短脈沖法提取精確的反射系數並用典型的耦合模 (coupling of modesCOM)模型對LGS/Pt結構聲表面波溫度傳感器件進行優化設計,仿真和試驗證明該器件具有良好的高溫傳感性能。

  相關研究成果20204月在線發表于國際學術期刊 Sensors

  研究人員基于不同Pt膜厚與波長比的LGS/Pt器件的結構開展實驗研究。采用最小二乘法對實驗數據進行擬合,得出反射系數計算公式,利用有限元方法提取Pt/LGS的其它COM參數,通過典型的COM模型對Pt/LGS結構的單端口諧振器進行模擬,並確定了具有較大Q值的最佳設計參數。

  研究人員利用光刻技術研制了一個400MHz單端口聲表面波諧振器,用網絡分析儀對其測量得到較高的Q值,測量結果與模擬結果吻合良好。在50650℃的溫度範圍裏,測試了所制備的傳感器件的高溫特性,測試結果顯示其具有良好的穩定性和線性TCF( ~25 ppm/°C.),證明該器件具有較好的高溫傳感性能。

  研究結果表明,聲表面波高溫傳感技術可用于極端高溫環境下的高靈敏度溫度監測和預警。

  本研究得到國家自然科學基金聯合重點基金項目(No.U1837209)等資助。

  

  

  圖1 用于提取反射系數的聲表面波裝置的結構(上)和反射系數測量實驗裝置(下)(圖/中科院聲學所)

  

  圖2 反射系數測量與高溫傳感器響應(圖/中科院聲學所)

  關鍵詞:

  聲表面波;Pt/LGS;短脈沖方法;高溫傳感器;COM模型

  參考文獻:

  LI Xueling, WANG Wen, FAN Shuyao, YIN Yining, JIA Yana, LANG Yong, LIU Mengwei. Optimization of SAW devices with LGS/Pt structure for sensing temperature. Sensors 2020, 19(2), 310. DOI: 10.3390/s20092441.

  論文鏈接:

  https://doi.org/10.3390/s20092441

 
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