基片表面力负载对SAW谐振器的特性影响研究
声表面波谐振器原理
声表面波谐振器原理
声表面波谐振器（SAW）的工作原理是利用压电材料的压电特性，通过输入与输出换能器将电波的输入信号转换成机械能，经过处理后，再把机械能转换成电信号。
其核心部分是一个声表面波传播路径，例如在石英晶体或其他压电材料上，沿着这个路径切割出一系列平行、等间距的电极，形成所谓的“叉指换能器”（IDT）。
当高频电信号施加在IDT上时，会在压电材料表面产生声波并沿着预定的路径传播。
声表面波的传播速度受到材料的物理特性和温度等因素的影响，因此通过测量声波传播的时间或相位差，可以获得与传播路径长度相关的信息。
当声波遇到反射器或散射体时，部分能量会被反射或散射，通过分析反射或散射的声波信号，可以获得与反射体或散射体相关的信息。
SAW谐振器利用声表面波的传播特性来实现频率选择和滤波等功能。
当声波在谐振器上传播时，如果频率与设计值匹配，声波将在谐振器内部产生共振并增强信号。
通过调整谐振器的结构参数，可以设计出具有不同频率特性的SAW谐振器，从而实现频率选择和滤波等功能。
以上信息仅供参考，如有需要建议查阅相关文献或咨询相关技术人员。
谐振式SAW压力传感器敏感元件研究与设计
谐振 式 Ｓ ＡＷ 压力传感器 敏感 元件研究 与设计
何鹏举ｈ ， 。戴冠 中 ， 明 ， 陈 徐苛杰
（． １西北工业大学 自 动化学 院 ， 西安 ７０７ ；． １０２２江西理工大学 ， 江西 赣州 ３ １０） ４０ ０
摘 要 ： 量程和 温度特 性是 传感器的两个主要指标， Ｗ 压力传感器的量程由基片材料的结构尺寸决定， Ｓ Ａ 温度效应一般采
ＨＥ ｎ －ｕ ～， Ｐｅ ｇｊ ＤＡＩ ｕ ｎｚ ｏ ｇ ， ＨＥＮＧＭｉｇ ， ａ —ｈ ｎ Ｃ Ｇ ｎ ＸＵＫｅ ｉ。 － ｅ ｊ
，
１ Ｃ ｌ ｇ ｕ ｍ ｔ ｎ ； ｒ ｗ ｓ ｒ ｏ ｔ ｈ ｉ ｌ ｎｖｒ ｔ Ｘｉ ｎ７ ０ ７ ， ｈ ａ 、 ． ｏ ｅ ｅ ｆ ａ ｔ ａ ｉ ｇ Ｎｏｔ ｅ ｅｎ ｌ ｅ ｎ ａ Ｕ ｉ ｓ ｙ； ’ １ ０ ２ Ｃ ｉ ｌ ｏ ｏ ｏ ｈ ｔ Ｐ ｙｃ ｃ ｅｉ ａ ｎＩ ２ Ｊａ ｇ ｉ ｎ ｓ ｙｏ ｃ ｎ ｅ ｎ ｅｈ ｏ ｑ ， ａ ｚ ａ Ｊａ ｇ ｉ ４ ０ ０ Ｃ ｉ ． ｉ ｘ ｉ ｉ Ｓ ｉ ｃ ｄ Ｔ ｅｎ ｌ ｙ Ｇ ｎｈ ｏ ｉｎ ｘ １ ０ ， ｈ ｎ ｎ Ｕ ￣ｒ ｔ ｆ ｅ ａ ｏ ３ ａ ，
Ａｂ ｔａ ｔ Ｍ ｅ ｓ ｒｍ ｅ ｔｓａｅａ ｄ ｔｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｈ ｒ ｃｅ ｒ ｈ ｅ ｎ ｅ ｅ ｎ ｓ ｎ ｏ ｓ ＡＷ ｒ ｓ ｕ ｅｓ ｎ ｓｒ ｃ ： ａ ｕ ｅ ｎ ｃ ｌ ｎ ｅ ｅ ａ ｕ ｅｃ ａ ａ ｔ ｒａ ｅｔ ｅｋ ｙ ｉｄ ｘ ｓｉ ｅ ｓ ｒ ．Ｓ ｐ ｅ ｓ ｒ ｅ —
ｏ ｄ，ｗｈ ｃ ｒ ｖｄ ｈ ｈ ｏ ｙ ｆ ｒａ ｒ ｎ ｉｇ ｔ ｅｐ ｓｔｏ ｆｔ ｅ ｏ ａｏ ｓｏ ｉｃｅｑ ａ ｔ ｉ ． ｉｈ ｐ ｏ ｉ ｅｔ ｅ ｔ ｅ ｒ ｏ ｒ ａ ｇ ｎ ｈ ｏ ｉｉｎ ｏ ｗｏｒ ｓ ｎ ｔ ｒ ｎ ｃｒｌ ｕ ｒｚｆｌ ｍ Ｋｅ ｒ ｓ Ｓ ｙｗｏ ｄ ： ＡＷ ｒ ｓ ｕ ｅｓ ｎ ｏ ；ｔ ｕ ｔ ｒ ｆｓ ｎ ｉｉｅｍ ａｅ ｉｌｒ ｎ ｉ ｇ ｒ ｓ ｎ ｔ ｒ ｆｎ ｔ ｌｍｅ ｔ ｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｓ ｒ ｓｒ ｃｕ ｅｏ ｅ ｓｔｖ ｔｒａ ；ａ ｇｎ ｅ ｏ ａ ｏ ；ｉ ｉ ｅｅ ｎ ｅ
SAW
声表面波传感器
物理传感器 温度传感器 压力传感器 湿度传感器 陀螺仪（角速率）
化学、生物传 感器 无线传感器
气体(化学)传感器 液体(生物)传感器
压力检测 温度检测 电子标签识别
声表面波气体传感器
SAW传感器的基本原理是通过SAW器件表面的质量加 载，引起SAW传播速度发生变化，从而改变SAW振荡器的 振荡频率，以此来实现对气体的监控和测量
声表面波滤波器的研究
表面波的理论研究：由于声表面波有多种类型，在不同压电基片上传
播的声表面波的类型不同、传播特性不同，因此，研究声表面波的有关 理论、传播特性、抑制杂波干扰等也是一个很重要的研究领域。
改善滤波器的性能方面：主要有以改变基片材料、压电薄膜厚度、电
极上覆盖介质层等方式改善频率温度系数、获得合适的机电耦合系数、 提高工作频率和减小插入损耗等方面的研究
声表面波延迟线
延迟线：信号在传输过程中，由于多种因素的影响，总会发生不
同程度的延迟，要求统一处理的信号出现了时间差。为了把这种时 间差纠正过来，就需要将早到达的信号延迟一段时间。延迟线就是 能将电信号延迟一段时间的器件。
SAW延迟线原理
左端的IDT将输入电信号转变成声 信号，通过声媒质表面传播后，由 右端的IDT将声信号还原成电信号 输出。延迟时间τ的大小取决于基 片媒质的声表面波速度v和两换能 器之间的距离l，即τ= l／v。
2005 吉林石化公司爆 炸引起松花江重大污染
1995 东京沙林事件
2001美国遭炭疽袭击
声表面波传感器
SAW传感器优势： 富有竞争力的价格优势——光刻技术，结构相对简单 高灵敏度——声波对表面扰动的快速响应，声波能量集中于基片表面 易于集成化——输出的频率电信号易于与计算机接口组成自适应的实施系统 良好的可靠性与稳定性
SAW和BAW介绍
SAW和BAW介绍射频干扰一直是无线通信的天敌，它要求设计师采取凌厉手段以束其就范。
随着每台设备内所支持频段的日益增多，当今的无线设备必须要同时防范来自其它设备及自身的干扰信号。
一款高端智能手机必须要对多达15个频段的2G、3G和4G无线接入方式的发送和接收路径进行滤波，同时要滤波的还包括：Wi-Fi、蓝牙和GPS接收器的接收路径。
必须对各接收路径的信号进行隔离。
还必须要对出处杂多、难以尽举的其它外部信号进行抑制。
要做到这点，一款多频段智能手机需要八或九个滤波器和八个双工器。
如果没有声滤波技术，这将难以实现。
SAW：成熟且仍在发展声表面波（SAW）滤波器广泛应用于2G接收机前端以及双工器和接收滤波器。
SAW滤波器集低插入损耗和良好的抑制性能于一身，不仅可实现宽带宽，其体积还比传统的腔体甚至陶瓷滤波器小得多。
因为SAW滤波器制作在晶圆上，所以可以低成本进行批量生产。
SAW技术还支持将用于不同频段的滤波器和双工器整合在单一芯片上，且仅需很少或根本不需额外的工艺步骤。
存在于具有一定对称性晶体内的压电效应是声滤波器的“电动机”及“发电机”。
当对这种晶体施以电压，晶体将发生机械形变，将电能转换为机械能。
当这种晶体被机械压缩或展延时，机械能又转换为电能。
在晶体结构的两面形成电荷，使电流流过端子和/或形成端子间的电压。
电气和机械能量间的这种转换的能量损耗极低，无论电/机还是机/电能量转换，效率都可高达99.99%。
在固态材料中，交替的机械形变会产生3,000至12,000米/秒速度的声波。
在声滤波器内，对声波进行导限以产生极高品质因数（Q值可达数千）的驻波（standing waves）。
这些高Q值的谐振是声滤波器的频率选择性和低损耗特性的基础。
在一款基础SAW滤波器（图1）中，电输入信号通过间插的金属交指型换能器（IDT）转换为声波，这种IDT是在诸如石英、钽酸锂（LiTaO3）或铌酸锂（LiNbO3）等压电基板上形成的。
基片集成波导技术的研究
基片集成波导技术的研究一、本文概述随着现代通信技术的飞速发展，波导技术作为微波毫米波系统中的重要组成部分，其性能优劣直接关系到整个系统的传输效率和稳定性。
基片集成波导技术（SIW，Substrate Integrated Waveguide）作为一种新型的波导结构，近年来受到了广泛的关注和研究。
SIW技术结合了传统波导和微带线的优点，具有低损耗、高Q值、易于集成等优点，因此在微波毫米波集成电路、天线、滤波器等领域具有广阔的应用前景。
本文旨在全面介绍基片集成波导技术的研究现状、基本原理、设计方法以及应用实例。
我们将回顾SIW技术的发展历程，分析其相比于传统波导和微带线的独特优势。
然后，我们将详细介绍SIW的基本理论和设计方法，包括SIW的传输特性等效电路模型、模式分析以及优化设计等方面。
接着，我们将通过一些具体的应用实例，展示SIW技术在微波毫米波系统中的实际应用效果。
我们还将讨论SIW技术的未来发展趋势和研究方向，以期为相关领域的研究者提供有益的参考和启示。
通过本文的阐述，我们期望读者能够对基片集成波导技术有一个全面而深入的了解，为该技术的进一步研究和应用提供坚实的理论基础和实践指导。
二、基片集成波导技术概述基片集成波导技术（SIW，Substrate Integrated Waveguide）是一种在微波和毫米波频段内实现波导传输的新型平面传输线技术。
该技术通过在介质基片上集成金属化通孔阵列来模拟传统矩形波导的行为，从而实现了波导传输的平面化、小型化和集成化。
SIW技术自21世纪初提出以来，在微波毫米波系统、集成电路、天线等领域中得到了广泛的应用和研究。
SIW技术的主要优势在于其兼具了传统矩形波导和微带线等平面传输线的优点。
与微带线相比，SIW具有更高的Q值、更低的辐射损耗和更高的功率容量；与传统矩形波导相比，SIW则具有平面化、小型化、易于集成和加工成本低等显著优势。
SIW的这些特点使得它在微波毫米波系统中具有广泛的应用前景，尤其是在高性能、高集成度的系统中表现出色。
高二物理竞赛课件压电声表面波器件
从原则上讲，瑞利型SAW的激发和电磁波的 激发完全相似。我们知道，任何形式的电磁 波都是以它所具有的电磁场分量的大小和方 向为其特征，SAW也是一样，是以它所具有 的质点位移的大小和方向为其特征。因此要 激发某种形式的声波，激发装置就必须能在 介质内产生这种类型的声波所特有的质点位 移。已经知道，瑞利SAW具有两个质点位移 分量u1和u2，并且u1和u2相位相差/2。
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图10-11 IDT示意图
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由于SAWD是用声波模拟电磁波来完成各种电 子学功能，因此实现这种模拟的关键是能否 获得高转换效率的声电换能器。IDT由于具 有声-电（电-声）转换损耗低、设计灵活并 且容易制造等优点，所以得到了广泛的应用。
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基本工作原理
当在IDT两端加上电信号时，在叉指电极下 面的介质中产生交变电场，因为基片是压 电体，故此交变电场经过逆压电效应在介 质中产生相应的弹性应变，又因为IDT中的 叉指电极是周期排列的，所以只要叉指电 极的排列周期与外加信号的频率所对应的 声波长相等，则各电极对激发的弹性波互 相加强，因而获得了高的声-电转换效率， 这பைடு நூலகம்是IDT的基本工作原理。
压电声表面波器件
压电声表面波器件
压 电 声 表 面 波 器 件 ,(SAWD, Surface Acoustic Wave Devices，) 是七十年代初期才出现的一种新型电子器 件，发展较快，迄今它已经作为一种很有 竞争能力的电子器件投入实用，而且已经 对电子工业产生了重大影响。
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（2）能以简单的方式完成各种电子学功能， 并且设计灵活。这是因为SAW的传播速度极 低，使得时变信号可以完全呈现在负载SAW 的基片表面上，因此容易对信号进行取样以 及对取样信号进行处理。这使得SAW能以极 其简单的方式完成各种信号处理功能，并且 其性能在许多方面超过了最好的电磁波器件。
《传感器技术》习题答案第5-6章
第五章 磁电式传感器 4.000/2/212/f k m m k f f m k n =⇒=⇒==πππωf 0 =20 Hz ， k=3200 N/m 时， 2220/32002==m πf 0′=10 Hz 时，由'20f m k π= 则 ()()()m f m k /8001022'222202N =⨯==π6.由 K H =1/ned ，得（1） n=1/ (K H ed)=1/(22×1.6⨯10-19×1×10-3 )=2.84×1020 个/m 3（2）输出霍尔电压U H = K H IB=22V/A•T ×1.0mA×0.3T=6.6×10-3 V=6.6 mV第六章 压电式传感器3.答：压电传感器不能用于静态测量。
压电元件输入前置放大器的电压为 22233)(1i c a m im C C C R RF d U +++=ωω由上式可知，用作用在压电元件上的力是静压力（ω=0）时，前置放大器输入电压等于零。
因为电荷就会通过放大器的输入电阻和传感器本身的泄漏电阻漏掉。
所以压电传感器不能测量静态物理量。
4.答：对应压电元件两种等效电路形式，压电式传感器的灵敏度有电压灵敏度K u 和电荷灵敏度K q 两种，分别表示单位应力产生的电压和单位应力产生的电荷，即F U K u =，F Q K q =，且电压灵敏度K u 与电荷灵敏度K q 之间关系为a q u C K K =。
5.答：并联接法如a)图所示，串联接法如b)图所示。
a) 并联接法 b) 串联接法当两压电元件并联连接，是将相同极性端连接在一起，总电容量C ′、总电压U ′、总电荷Q ′与单片的C 、U 、Q 关系为Q Q U U C C 2''2'===当两压电元件串联连接，是将不同极性端连接在一起，总电容量C ′、总电压U ′、总电荷Q ′与单片的C 、U 、Q 关系为Q Q U U C C ==='2'2/'可见，并联接法输出电荷大，本身电容大，时间常数大，适宜用在测量慢变信号并且以电荷作为输出量的地方；串联接法输出电压大，本身电容小，适宜用于以电压作输出信号，且测量电路输入阻抗很高的地方。
声表面波滤波器的应用及发展
声表面波滤波器的应用及发展摘要：扼要介绍声表面波（SAW）滤波器的特点、主要用途及发展趋势。
1前言声表面波—SAW（SurfaceAcousticWave）就是在压电基片材料表面产生和传播、且振幅随深入基片材料的深度增加而迅速减少的弹性波。
SAW滤波器的基本结构是在具有压电特性的基片材料抛光面上制作两个声电换能器——叉指换能器（IDT）。
它采用半导体集成电路的平面工艺，在压电基片表面蒸镀一定厚度的铝膜，把设计好的两个IDT的掩膜图案，利用光刻方法沉积在基片表面，分别作为输入换能器和输出换能器。
其工作原理是输入换能器将电信号变成声信号，沿晶体表面传播，输出换能器再将接收到的声信号变成电信号输出。
2SAM滤波器的特点SAW滤波器的主要特点是设计灵活性大、模拟/数字兼容、群延迟时间偏差和频率选择性优良（可选频率范围为10MHz～3GHz）、输入输出阻抗误差小、传输损耗小、抗电磁干扰（EMI）性能好、可靠性高、制作的器件体小量轻，其体积、重量分别是陶瓷介质滤波器的1/40和1/30左右，且能实现多种复杂的功能。
SAW滤波器的特征和优点，适应了现代通信系统设备及便携式电话轻薄短小化和高频化、数字化、高性能、高可靠等方面的要求。
其不足之处是所需基片材料的价格昂贵，对基片的定向、切割、研磨、抛光和制造工艺要求高。
受基片结晶工艺苛刻和制造精度要求严的影响，日本富士通、三洋电器、丰田等少数几家掌握压电基片生产技术的制造商垄断了世界SAW滤波器市场。
富士通公司控制了移动电话用小型射频SAW滤波器全球市场40％左右的份额，目前其年产量在1.5亿只以上，最小的产品尺寸已达到2.5mm×2mm，重22mg，集倒装式组件和专利谐振器型滤波器设计于一体，使滤波器性能突破性飞跃。
三洋电器公司是世界最大的视听家电用SAW滤波器制造商之一，为保持其价格上的优势，该公司在我国深圳设有组装厂，年产5000万只。
丰田公司主要生产移动通信用SAW滤波器，可提供30多种标准型产品，均适用于表面安装。
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基金项目 : 国家自然科学基金资助( 50677072) ; 863 计划资助项目( 2006AA 04Z337) ; 教育部博士点基金资助项目 ( 20060611029) 收稿日期 : 2007 09 11 修改日期 : 2007 12 03
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传
感
技
术
学
报
2008 年
器件表面的方法 , 在该加载方式下外力直接作用在 SA W 能量最集中的器件表面, 影响 SAW 的传播 , 可增大对 SAW 波速的影响。本文首先分析了表面 力负载对 SAW 谐振器 谐振频率 和机械 损耗的 影 响, 进行了应 用质量 块分 别产 生沿垂 直和 平行 于 SA W 传播方向分布的 力, 作用 于基片表面的 实验 研究 , 并对实验结果进行了对比分析。
( 2)
其中, c* 是为弹性刚度常数 cij kl 的线性组合, 为基 片的密度。
图1
单端口 SA W 谐 振器结构
当谐振器的基片表面受到外加作用力时, 基片 发生形变将引起叉指换能器的间距 d 发生变化, 同 时将引起材料内部各点的应力发生变化, 通过压电 基片材料的弹性行为 , 基片的弹性刚度常数、 压电常 数、 介电常数、 密度等材料常数将随外界作用力的变 化而变化。对于基片材料为压电性很弱的石英晶体 的 SAW 谐振器 , 外加作用力主要通过改变 基片内 部各点的应力使材料的弹性刚度常数发生变化 , 引 起 SAW 波速发生变化 , 从而导致谐振器谐 振频率 发生变化 。对于 基片底面固定的情况 , 可以忽 略由于基片变形使叉指换能器间距发生变化产生的 影响 , 此时 , 外加作用力对谐振器谐振频率的影响主 要与外力在基片上产生的应力大小有关。
*
2
实验装置
为了研究基片表 面力负载对谐振器的特性影
响 , 验证基片底面固定时, 基片表面力负载对谐振器 谐振频率的影响主要是通过负载在基片表面产生的 应力影响 SA W 的传播速度, 使谐振器谐振频率发 生变化 , 而对器件机械损耗的影响主要与压力的分 布有关 , 进行了将质量块通过力传递机构产生沿垂 直于 SA W 传播方向分布的力加载在基片表面的实 验 ( 实验 1) 和产生沿平行于 SAW 传播方向分布的 力加载在基片表面的实验( 实验 2) 。 实验 1 和实验 2 的实验装置图分别如图 2 和图 3 所示 , 考虑到谐振型 SAW 比延迟线型 SA W 器件 的 Q 值高, 实验时所采用的 SAW 器件均为高 Q 值 的单端口 SAW 谐振器。由于 石英具有性能稳定、 机械损耗小等优点 [ 13] , 因此谐振器的基片材料主要 选用 石英晶体, 实验时采用的单端口 SAW 谐振 器尺寸为: 5 m m # 1 mm # 0. 5 mm , 自由状态下其 中心频率 f = 144. 20 MH z。将已标定好的质量块 作为基片表面的力负载 , 采用力传递机构将质量块 的重力加载在基片的表面 , 采用的力传递机构应具 有以下特点及作用 : 高硬度 , 高硬度的传递机构 可将质量块的重力直接传递到谐振器的表面 , 减少 力传递过程中的损耗。 ! 该机构与基片表面接触 的面积应尽量小, 这样可增大接触表面处的应力 , 从 而增大负载对 SAW 传播速度的影响, 提高 SA W 谐 振器的力学响应灵敏度。实验中, 基片的底面都固 定 , 通过改变已标定好的质量块的质量对基片表面
1
基片表面力负载对 SAW 谐振器谐 振频率和机械损耗的影响分析
单端口 SAW 谐振器的结构如图 1 所示 , 它由
两个反射栅和叉指换能器组成 , 其中左右反射栅构 成一个声学谐振腔 , 叉指换能器具有将激励信号能 量引入和将谐振腔中能量引出的作用, 单端口 SAW 谐振器的谐振频率 f 可由式 ( 1) 确定[ 6] : v ( 1) 2d 其中, f 为谐振器的谐振频率 , d 为叉指换能器的间 f = 距, v 为在基片表面传播的 SAW 波速。 对于用石英 作基片材料的 SA W 谐振器 , 当基片受到外加作用 力时 , 波速 v 与基片的有效弹性刚度常数 c * 以及密 度 的关系如式( 2 ) 所示[ 7 8 ] : v c
究 , 对比实验结果表明 : 基片底面固定时 , 表面力负载对 SAW 谐振器谐振频率的影响主要与负载在基 片表面产 生的应力大 小 有关 , 而谐振器的机械损耗主要与力在基片表 面的分布有关。实验结果为 SA W 力传感器的结构设计提 供了参考。
关键词: SA W 谐振器; 表面力负载; 谐振频率; 机械损耗 中图分类号: TP212. 1 文献标识码 : A 声表面波 ( Surf ace Aco ustic Wave, SAW ) 是 英国物理学家瑞利在 19 世纪 80 年代研究地震波过 程中发现的一种能量集中于地表面传播的声波。近 几十年, 随着对 SAW 基本性质认识的深入 , 特别是 在 1965 年, 美国的 Whit e 和 Volt mov 发明了能在 压电材 料表 面 激励 声 表面 波的 金 属 叉指 换 能 器 ( IDT ) 之后, SAW 技术得到了迅速发展 , 相继出现 了具有各种功能 的声表面 波器件
此外, 基片表面力负载会增加 SAW 的传播损 耗 , 影响器 件的机械损耗。 SA W 的传播 损耗主要 来自以下三个方面: 由于 SAW 与热激发的弹性 波之间的相互作用引起的损耗, 这主要与温度有关。 ! 由于压力使 SAW 的幅值发生压缩 变形和摩擦 引起的损耗 , 使 SAW 能量衰减。 ∀ 由于晶体的缺 陷、 划痕、 凹坑等引起 SAW 的散射 , 这与外界温度 和压力无关 [ 12] 。对于基片表面力负载对器件机械 损耗的影响主要包括上述 ! 、 ∀ 两个方面。由于力 负载作用在基片的表面 , 力负载使基片中质点的振 动幅度产生压缩变形, 阻碍 SA W 的传播, 同时由于 负载与基片表面接触还将引起 SAW 的散射, 增大 传播损耗, 负载压力对 SAW 损 耗起主要作用。由 于不同分布的表面压力对 SAW 传播的阻碍作用不 同 , 引起 SAW 的传播损耗也不同 , 因此, 基片表面 力负载对谐振器损耗的影响主要与外力在基片表面 的分布有关。
第 21 卷 第 5 期 2008 年 5 月
传 感 技 术 学 报
CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUAT ORS
Vol. 21 No. 5 MAY. 2008
Characterization of SA W Resonator under Force Loaded on the Substrate Surface*
[ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 2]
文章编号 : 1004 1699( 2008) 05 0753 04 装、 加载等条件的限制 , 难以获得较高的灵敏度和稳 定性[ 4] 。 目前谐振型 SAW 力敏传感器的加载方式主要 是从传感器基片的底面进行加载, 将负载产生的力 或位移作用于传感器基片的底面, 使基片发生形变 引起叉指换能器的间距发生变化, 同时外力会引起 基片中质点的应力发生变化 , 影响基片的弹性常数、 密度等材料常数, 从而导致 SA W 波速变化 。但 由于 SAW 是一种在固体表面传播的弹 性波[ 5] , 它 的能量主要集中在器件的表面, 将外力作用在器件 底面的方式对器件表面的 SAW 波速的影响较小, 因此在该加载方式下难以提高 SA W 力或压力传感 器的灵敏度。为了提高 SAW 力传感器的力学响应 灵敏度 , 本文提出了一种将外加作用力直接作用于
系 , 实验 1 中质量块的质量每发生 1 g 的变化时 , 谐 振器谐振频率变化量约为 1. 910 kH z, 实验 2 中谐 振器的谐振频率相应的变化量约为 1. 745 kH z 。实 验 2 中谐振器谐振频率的变化率比实验 1 中的谐振 频率的变化率要小 , 这是由于实验 2 中质量块的重 力通过图( 3) 中的力传递机构沿平行于 SAW 传播 方向分布在基片表面 , 力传递机构与基片接触的表 面积比实验 1 的大 , 在相同负载的情况下 , 实验 2 中 负载在基片表面产生的应力比实验 1 小 , 实验 2 中 的负载比实验 1 中的负载对 SAW 波速的影响小。 因此, 对图 4 和图 5 中谐振器谐振频率与负载质量
S UN X ue mei , L I P ing * , WE N Yu mei , CH EN Yu, ZH EN G M i n
Coll eg e of Op t o el ect ronic En gi neeri ng , T he K e y L aborat or y f or Op t oe le ctr ic T echn ol og y & S yste ms, M i ni stry of Ed ucat ion , Chong qi ng Uni v ersi t y , Chong qi ng 400030, China
[ 9 11]
第5期
孙雪梅 , 李
平等: 基片表面力负载对 SAW 谐振器的特性影响研究
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施加不同的作用力。在加载和卸载过程中, 质量块 的质量每次发生 1 g 的变化, 整个测量是在变化稳 定的状态下进行的。测量 SAW 谐振器的特性参数 使用的是 Anr it su 公司的 M S 4630B 矢量网络分析 仪, 其中 型网络夹具的作用是使网络分析仪输入 阻抗和谐振器输出阻抗的匹配。
[ 5]
。作为 SAW
技术应用领域之一的 SA W 传感器也得到了快速发 展, 到目前为止 , 人们研制出了诸如 SAW 力、 位移、 加速度、 温度、 气体、 电压等一系列传感器, 但这些传 感器的研究还是存在一些缺点 , 如 SAW 力 敏传感 器的研究 , 虽然从 1974 年就由 J. F leming Dias 开 始研究 , 但到目前为止 , 由于受到传感器结构、 封
基片表面力负载对 SAW 谐振器的特性影响研究*
孙雪梅 , 李 平 , 文玉梅 , 陈