声表面波传感器的综述
声表面波原理
声表面波原理声表面波（Surface Acoustic Wave, SAW）是一种在固体表面传播的机械波，具有许多独特的特性和应用。
声表面波可以在固体表面上沿着微细晶体结构传播，其传播速度和频率范围可通过晶体材料的选择和加工工艺进行调控。
声表面波技术已经在无线通信、传感器、滤波器、延迟线、微波器件等领域得到广泛应用。
声表面波的原理主要基于固体材料的弹性性质和表面结构的特殊性。
当外部施加声激励信号时，固体表面上的晶格结构会发生微小的变形，这种变形会形成一种沿着表面传播的机械波，即声表面波。
声表面波的传播速度取决于材料的弹性模量和密度，而频率范围则取决于晶格结构和加工工艺。
声表面波的特性使其在无线通信领域得到了广泛的应用。
利用声表面波器件可以实现无源无线传感器网络中的无源传感器节点与中心控制器之间的无线通信，同时也可以实现射频信号的滤波和延迟线功能。
声表面波滤波器具有高品质因数和良好的频率选择性，可以用于无线通信系统中的信号调制和解调，以及频谱分析等应用。
另外，声表面波传感器也是声表面波技术的重要应用之一。
声表面波传感器利用声表面波在固体表面上的传播特性，可以实现对压力、温度、湿度、气体浓度等物理量的高灵敏度、高精度检测。
声表面波传感器具有体积小、功耗低、响应速度快等优点，已经在环境监测、医疗诊断、工业控制等领域得到了广泛应用。
此外，声表面波技术还可以用于微波器件中的延迟线和滤波器。
声表面波延迟线可以实现微波信号的相移和延迟，用于无线通信系统中的信号处理和频率合成。
声表面波滤波器则可以实现对微波信号的频率选择性和抑制非期望频率成分，用于无线通信系统中的信号调制和解调。
总的来说，声表面波技术具有许多独特的特性和应用，已经成为无线通信、传感器、滤波器、延迟线、微波器件等领域中的重要技术手段。
随着固体材料和加工工艺的不断进步，声表面波技术将会在更多领域得到广泛应用，并为人类社会的发展带来更多的便利和可能。
2024年声表面波(SAW)器件市场发展现状
声表面波（SAW）器件市场发展现状引言声表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）器件是一种基于声学效应的无源微电子器件，已经在通信、传感、无线电频率控制等领域得到了广泛应用。
本文将介绍声表面波器件的基本原理、市场发展现状以及未来发展趋势。
声表面波（SAW）器件的基本原理声表面波（SAW）器件利用在压电晶体表面传播的声表面波来实现信号的传输和处理。
其基本原理是当电压施加在压电晶体上时，产生的电场会导致晶体中的声表面波的激发。
这种表面波沿着晶体表面传播，携带着信号的能量。
通过在晶体表面上刻蚀电极，可以实现对声表面波的操控，从而实现信号的滤波、放大和调制等功能。
声表面波（SAW）器件市场发展现状市场规模和增长趋势声表面波（SAW）器件市场在过去几年取得了快速的增长。
随着通信和无线电频率控制技术的不断发展，对于高性能和高可靠性的无源器件的需求也越来越大。
声表面波器件由于其低功耗、小尺寸和成本效益等优势，成为了满足这些需求的理想选择。
根据市场研究公司的数据，声表面波（SAW）器件市场在过去五年内以年均15%的复合增长率增长，市场规模已超过10亿美元。
预计未来几年，随着物联网、5G通信和汽车电子等领域的快速发展，声表面波器件市场将继续保持稳定的增长。
应用领域分析声表面波（SAW）器件在通信领域是最常见的应用之一。
在无线通信系统中，声表面波滤波器广泛用于解调、调制和信号处理等关键功能。
此外，声表面波器件还可以用于雷达、航空航天和军事等领域，用于频率合成、频谱分析和目标识别等应用。
另一个重要的应用领域是传感器。
声表面波传感器由于其高灵敏度和快速响应时间，在气体、液体和生物等领域具有广泛的应用前景。
例如，在环境监测、医疗诊断和食品安全等领域，声表面波传感器可用于检测气体成分、生物分子和有害物质等。
市场竞争分析声表面波（SAW）器件市场具有一定的竞争度。
目前，市场上主要的厂商包括Murata、TDK、Skyworks和Qorvo等。
SAW技术
4.4 声表面波滤波器
滤波器：是一种用来消除干扰杂讯的器件。其功能就是
得到一个特定频率或消除一个特定频率。滤波器的主要 作用是：让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号 尽可能大的衰减。
声表面波滤波器：
声表面波滤波器的基本结构是在压电基片上采用光刻工艺 制作金属条带实现换能器、谐振器、反射器功能，有选择 地调整声表面波的激励和接收。对于GHz及更高中心频率 的声表面波滤波器，条带的宽度在微米级或者更小，因此 SAW滤波器本身具备尺寸小、重量轻的特点。
四、声表面波器件
• • • • 声表面波谐振器 声表面波延迟线 声表面波振荡器 声表面波滤波器
SAW压力传感器 SAW温度传感器
• 声表面波传感器
SAW加速度传感器
SAW气体传感器
4.1 声表面波谐振器
谐振器就是指产生谐振频率的电子元件
声表面波谐振器是一种高Q值的声表面波谐振器，
在很多方面都与石英晶体谐振器相似，它用作滤波器 或者信号源中的频率控制器件，其有用输出是谐振器 跟随输入信号的稳态响应。 工作实质是将输入IDT激发的以正弦函数形式传播的 声表面波入射到反射栅，满足一定频率的波相干叠加， 然后在输出IDT中得到相应的输出波形。 品质因数(Q因数)：谐振电路 所储能量同每周损耗能量之比 的一种指标
声表面波气体传感器
气相色谱分离技术 直接利用微型快速气相色谱 柱技术把在环境大气背景下的多 种微量易挥发性气体的混合物浓 缩并分离，形成色谱，从色谱柱 中依次流出，通过控制SAW气体传 感器表面的温度会使这些易挥发 性气体蒸汽按色谱流出顺序凝结 在传感器的表面，质量效应导致 声波传递参数改变，引起SAW传感 器的谐振频率发生改变，进行分 析得出被测挥发性气体的种类和 浓度。
基于声表面波传感器的化学品检测与分析技术研究
基于声表面波传感器的化学品检测与分析技术研究基于声表面波传感器的化学品检测与分析技术研究摘要：声表面波（Surface Acoustic Wave, SAW）传感器是一种广泛应用于化学品检测与分析的新型传感器。
本论文基于声表面波传感器，对化学品检测与分析技术进行了深入研究。
首先，介绍了SAW传感器的原理和特点。
然后，详细探讨了SAW传感器在化学品检测与分析中的应用。
最后，总结了声表面波传感器在化学品检测与分析中的优势和挑战，并提出了未来的研究方向。
关键词：声表面波传感器；化学品检测；分析技术；原理；应用1. 引言声表面波传感器是一种基于声表面波效应的传感器，广泛应用于化学品检测与分析等领域。
传统的化学品检测与分析技术通常需要复杂的设备和过程，而声表面波传感器具有体积小、灵敏度高、响应快等优势，成为一种理想的化学品检测与分析工具。
本论文将基于声表面波传感器的化学品检测与分析技术进行研究，并提出未来的发展方向。
2. 声表面波传感器的原理与特点声表面波传感器是一种利用声波在固体表面传播的原理进行检测的传感器。
其原理是利用压电材料的电机耦合效应，将电能转化为机械能，通过声表面波在固体表面的传播产生的表面波耦合效应进行检测。
声表面波传感器具有灵敏度高、响应快、体积小等特点，因此被广泛应用于化学品检测与分析领域。
3. 声表面波传感器在化学品检测与分析中的应用声表面波传感器在化学品检测与分析中具有广泛的应用。
通过引入选择性吸附层，可以实现对特定化学品的检测和分析。
例如，将特定的分子吸附在声表面波传感器的表面，当被检测的化学品与吸附层发生反应时，会产生质量变化，从而改变表面波的传播速度和损耗。
通过测量这些特征参数的变化，可以实现对化学品的快速检测和分析。
4. 声表面波传感器在化学品检测与分析中的优势与挑战声表面波传感器在化学品检测与分析中具有许多优势，如灵敏度高、响应快、无需标记等。
然而，它也面临一些挑战。
首先，由于声表面波传感器需要特定的吸附层来实现对化学品的选择性检测，因此需要设计和合成具有高选择性的吸附层。
表面声波
简介
表面声波（Surface acoustic wave）是一种沿弹性材料表面传播，其振幅随深入表面深度指数衰减的弹性 波。 1885年瑞利首先解析表面声波的性质及其传播特性。表面声波有广泛的应用；主要依据它的二方面特性：
1.表面声波在材料表面传播的性质，和材料的相互作用规律。
2.利用压电材料，将电信号转换成声信号应用，后再转换为电信号；
例如：表面声波传感器，将电讯号变为声波传输；而它易受物理现象影晌，之后，分析声波的振幅、相位、 频率和时间延迟等，再变回电讯号，和原来输入讯号对比而感知信息 。
传感器及其应用
自上世纪60年代提出利用叉指换能器在压电晶体表面激发表面声波以来，新型表面声波器件的应用已有40余 年的历史。应用最广泛的是表面声波滤波器，包括射频和中频带通滤波器，特别是通信滤波器。其次是表面声波 传感器，由于表面声波的传播速度和衰减与传播的环境和介质的参量有紧密的，利用表面声波器件制作传感器具 有很高的灵敏度。
传感器结构及应用
1.瑞利波传感器
瑞利波传感器通常亦称为表面声波传感器，一般利用128°YX-LiNbO3或ST-(X传播)石英晶片等为基片，前 者有高压电系数，后者温度稳定性较好。制作瑞利波传感器工艺过程比较简单，因此最容易达到商品化。由于瑞 利波的质点位移为椭圆形轨道，位移存在法向分量，在液固界面传播时，其能量会漏向液体，不适合用于液体介 质的传感检测，因此只能应用于气体环境。由于传感器的频率明显受多种物理量的影响，如测定压力时会受温度 变化的影响，因此常需保持在恒温条件下进行传感、检测，或者压力和温度同时测定。
2.切向水平板模传感器
由于环境科学及生物工程与技术的发展，检测环境污染及生物物质的需求不断增加。传感器主要是用于液体 环境，因此瑞利波传感器不能使用，通常选择切向水平位移的声波模式，如水平切向声板波模式(SH APM)以及 Love波等表面波模式。
SAW技术解析
4.5 声表面波传感器
声表面波传感器是利用声表面波器件为转换元件， 将感受到的被测量参数转换成可用于输出信号的传感 器。例如，当外界因数（如压力、温度、加速度、气 体、化学和生物环境变化等）对声表面波传播特性产 生影响时，在声表面波器件的各项参数上就可以反映 出来，因此可以利用这种现象制备各种压力、温度、 加速度、流量、化学、生物传感器，用于测量和监控 各种化学和物理参数。
SAW振荡器的优点：
SAW振荡器能够弥补LC振荡器、晶体振荡器各方面之不足，它具有优 良的频率温度性、高纯净频谱和低相位噪声，可靠性高，体积小， 质量轻，电磁兼容性好，工作温度范围宽等特点。
由于其独特的优越性，声表面波振荡器在现代电子 系统和军事装备应用中已成为一种重要的微波频率源。 目前应用于SAW传感器的振荡器大致有两种，一种是延迟 线型振荡器 另外一种是谐振器型振荡器。 延迟线型振荡器由于本身能够提供足够长的延时,设计相 对简单 。一般SAW气体传感器所采用的是延迟线型振荡 器 谐振器型振荡器的频率噪声特性优越于延迟线型的振荡 器，它具有高质量因子、低损耗、高频率稳定度的特点， 被用于液体传感器
4.3声表面波振荡器
振荡器是用来产生重复电子讯号（通常是正弦波或方
波）的电子元件
传统振荡器的不足：
随着现代电子技术和军事装备的发展，电子设备中信号处理的工作 频率不断提高，虽然对LC振荡器、晶体振荡器进行多次的频率变换 能得到微波频段的信源，但是： 1、在微波频段的LC型信源存在着严重的温度稳定性问题 2、晶体型振荡器在多次的频率变换导致频谱性能恶化，同时在多次 的频率变换中使用大量的元器件，使信源器件体积大、成本高、可 靠性变差等 3、晶体振荡器难以实现宽的可控频率变化范围和调制频率偏移。
声表面波SAW
声表面波（SAW）传感是一种新型的检测技术2008-06-16 23:31:52摘要：声表面波（SAW）传感是一种新型的检测技术。
近几十年来，人们对SAW基本性质的认识越来越深入，使这门年轻的学科逐步发展成为一门新兴的、声学和电子学相结合的边缘学科。
声表面波技术的应用已涉及到许多学科领域，如地震学、天文学、雷达通信及广播电视中的信号处理、航空航天、石油勘探和无损检测等等。
随着微电子技术、集成电路技术、计算机技术和材料、微细加工技术的迅速发展，声表面波传感器的研究也应运而生，具有一个十分巨大的发展空间和应用前景。
本文讨论了把传感器、DSP、对测量值进行评估的智能器件集成在一起的完整系统。
关键词：声表面波；传感器；FPGA；DSP1. 引言在现代信息社会中，目标辨识已经得到了广泛的应用。
例如超市中货物的识别、图书馆中书刊的识别、银行磁卡等都是目标识别系统应用的实例。
尤其是近年来，自动识别方法在许多服务领域、在货物销售与后勤分配方面、在商业部门、在生产企业和材料流通领域、在智能交通管理等方面得到了快速的普及和推广。
在几年前，条形码——纸带在识别系统领域引起了一场革命并得到了广泛的认同与应用。
但是随着现代社会的发展，这种技术在越来越多的情况下不能满足人们的需求了。
条形码虽然便宜，但它的不足之处在于存储能力小以及不能改写。
目前，另一种广泛使用的技术是接触式IC卡（电话IC卡、银行卡），它是将数据存储在一块硅芯片里。
然而，在许多情况下，机械触点的接通是不可靠的。
特别是对于运动目标或不可触及的目标更显得无能为力。
于是研究更好的目标识别技术尤其是非接触识别技术，有了它深刻的现实意义。
近年来，非接触识别已经逐步发展成为一个独立的跨学科的专业领域。
这个专业领域与任何传统学科都不相同。
它将大量来自完全不同专业领域的技术综合到一起：如高频技术、电磁兼容性、半导体技术、数据保护和密码学、电信、制造技术和许多专业应用领域。
声表面波简介
声表面波简介声表面波技术是六十年代末期才发展起来的一门新兴科学技术，它是声学和电子学相结合的一门边缘学科。
由于声表面波的传播速度比电磁波慢十万倍，而且在它的传播路径上容易取样和进行处理，因此，用声表面波去模拟电子学的各种功能，能使电子器件实现超小型化和多功能化。
同时，由于声表面波器件在甚高频和超高频波段内以十分简单的方式提供了其它方法不易得到的信号处理功能，因此，声表面波技术在雷达、通信和电子对抗中得到了广泛的应用。
声表面波是沿物体表面传播的一种弹性波。
早在九十多年前，人们就对这种波进行了研究。
1885 年，瑞利根据对地震波的研究，从理论上阐明了在各向同性固体表面上弹性波的特性。
但由于当时的科学技术水平所限，这种弹性表面波一直没有得到实际上的应用。
直到六十年代，由于半导体平面工艺以及激光技术的发展，出现了大量人造压电材料为声表面波技术的发展提供了必要的物质和技术基础。
1949 年，美国贝尔电话实验室发现了LiNbO3单晶。
1964 年产发表了激发弹性表面波平面结构换邹器的专利。
特别应该指出的是，1965 年，怀特（R . M.white）和沃尔特默（F.W.voltmer ）在应用物理杂志上发表了题为“一种新型表面波声－电换能器― 叉指换能器”的论文，从而取得了声表面波技术的关键性突破。
声表面波器件的基本结构和工作原理声表面波器件是在压电基片上制作两个声一电换能器―叉指换能器。
所谓叉指换能器，就是在压电基片表面上形成形状像两只手的手指交叉状的金属图案，它的作用是实现声一电换能。
声表面波器件的工作原理是，基片左端的换能器（输入换能器）通过逆压电效应将愉入的电信号转变成声信号，此声信号沿基片表面传播，最终由基片右边的换能器（输出换能器）将声信号转变成电信号输出。
整个声表面波器件的功能是通过对在压电基片上传播的声信号进行各种处理，并利用声一电换能器的待性来完成的。
声表面波技术有如下的特点：第一，声表面波具有极低的传播速度和极短的波长，它们各自比相应的电磁波的传播速度的波长小十万倍。
SAW传感器的测温
SA W传感器的测温“神功”--声表面波传感器（SA W）对架空输电线路导线温度的测量文章来源：力倍金具(上海)有限公司为了测量架空输电线路的导线温度，可以在导线上安装一个与导线性能有着相同特性的热传感器。
由于架空输电线路周围区域的高电应力和高磁应力，可采用纯被动声表面波传感器。
这样，安装点上导线的温度就可以被监测到，并且数据可以通过无线电频率反向散射（类似雷达的原理）的方式被无线传输到数据收集点。
在架空输电线路输电过程中，专用线路的垂度关系到它的运行和安全性，这与导线运行温度有着直接的关系。
导线运行温度会受到各种情况的影响，例如线路运行损耗、周围环境温度、风速和风向、太阳辐射强度以及导线材料的特性等。
在高温环境、低风速和高电力系统负荷条件下，监测和分析输电网区域，可评价真实的导线运行温度。
这对优化线路性能，并防止潜在导线垂度问题等方面起着至关重要的作用。
声表面波技术的应用声表面波技术众所周知，声表面波元件在过去常常安装在窄带滤波器、无线射频识别技术（RFID）标签以及无线测量传感器等设备中，用于扭矩、压力、温度和拉力等方面的测量。
因此，这些传感器可用于高压架空输电线路的温度测量，并可采用无线电将电流连接传感器与被测量单位连接。
图1 基于无线被动声表面波（SA W）温度传感器的高频测量系统的工作原理图1显示了基于声表面波原理的高频测量系统的工作原理。
使用测量系统的传输天线将2.45GHz ISM带上的高频电磁波传输到传感器，并通过使用与传感器芯片连接的转换器，将引入的高频信号传输到沿水晶表面传播的声表面波。
在这些位置上，信号中的部分信息被反射到集成反射器上。
反射器位置因水晶温度的延伸而发生改变。
声表面波的传播速度同样取决于温度的变化。
反射信号被转换器转换为高传输频率信号，并且被传回到系统的接收天线中。
传感器的ID信息和温度信息可由使用各种算法的反射脉冲确定。
其中，这些算法通过使用时间位置和反射脉冲的相位关系，以及数字信号处理器（DSP）的通用信号处理技术，对这些信息进行计算。
声表面波传感器在变电站测温工作中的应用
声表面波传感器在变电站测温工作中的应用摘要：多零部件在长期的运行下，会由于工作时间积累而出现温度过高的情形，使得一些工作设备发热。
如果这一现象不能够被人们发现和处理，那么就会形成很严重的安全隐患，因此需要通过利用声表面波传感测温技术来对变电站的工作温度进行检测。
但是由于该测温技术是新兴起的一种测温技术，人们在这方面的发展和研究都还处于初期阶段，其使用的安全及实用性方面都存在一定缺陷。
为了推进声表面波传感器的技术研究，基于笔者的一些工作经验以及个人理解，在本文中主要对声表面波的技术和工作原理进行了介绍，并对声表面波在变电站工作温度的检测应用进行了相应的说明，希望借此来有效地解决过去测温技术中面临的一些实用性及可靠性的工作问题。
关键词：声表面波传感器；变电站测温工作；应用；随着我国经济的快速发展，人民的日益生活需求也在不断增长。
在当前阶段，变电站的稳定运行给人们的生活质量提供了更强有力的保障。
但是由于实际的变电站工作在其正常情况下会受到温度的影响，因此需要对变电站工作的温度进行采集和跟踪，通过借助声表面波传感器测温技术可以实现这一效果。
一、技术的简介声表面波实际上是一种其能量能集中在固体表面传输的弹性波，在传输过程中，通过固体的半空间介质来对信号进行表面传输，因此人们又把它称为表面声波。
该波在实际的运用过程中有以下几个特点：首先，波长非常短，并且传播的器件尺寸也非常小。
在电磁波的运用领域，一般采用电磁波原理器件的尺寸与其波长都是成正比关系的，然而声表面波的波长仅仅为普通电磁波波长的十万分之一，因此，通过利用该声表面波的技术所形成的器件尺寸一般都比较小，所以其器件的设计和安装方式有很多种。
其次，声表面波对应的器件生产非常容易。
由于应用于声表面波材料生产在半导体工艺方面制作非常简单，因此在生产方面可以大量进行批处理，并且生产工艺稳定性较高。
再次，声表面波的使用灵活性非常强，这主要是由于声表面波的波长较短形成的。
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声表面波传感器的综述 摘要：声表面波（SAW）是一种在固体浅表面传播的弹性波， SAW传感器是电子技术与材料科学相结合的产物。由于SAW传感器具有非接触、快速、无电源、抗干扰、易编码、保密性好、成本低等优点，目前已广泛应用于许多领域。同时，SAW传感器也朝着更高精度更智能化等发展趋势发展。
关键字：声表面波 特点 应用 发展趋势 1.声表面波的基本原理 声表面波( surface acoustic wave，SAW)是英国物理学家瑞利在19世纪80年代研究地震波的过程中偶尔发现的一种能量集中于地表面传播的声波。声表面波是一种在固体浅表面传播的弹性波，它存在若干模式，主要包括Rayleigh波、Love波、Lamb波、B2G波、漏剪切声表面波以及快速声表面波模式的准纵漏声表面波等[1]。 瑞利波是应用比较广泛的声表面波，瑞利波质点的运动是一种椭圆偏振，它是相位差为90°的纵振动和横振动合成的结果。表面质点作反时针方向的椭圆振动，其振幅随离开表面的深度而衰减如图1所示，但纵振动与横振动的衰减不一致，其衰减规律如图2所示。
图1 在各向同性固体中，瑞利波质点运动随深度的变化图 图2 在各向同性固体中，瑞利波的纵震动与横震动随深度的变化图 由图可见，瑞利波能量集中在约1个波长深的表面层内。频率愈高，集中能量层愈薄。这一特点使SAW较体波更易获得高声强，同时该特点也使基片背面对SAW传播的影响很小，因而就SAW器件本身而言，对基片的厚度及背面质盘无严格要求[2]。 2.SAW传感器 1965年，美国怀特和沃尔特默发表题为“一种新型声表面波声——电转化器”的论文，取得了声表面波技术的关键性突破，首次采用叉指换能器IDT激发SAW，加速了声表面波技术的发展。 SAW传感器是电子技术与材料科学相结合的产物，它由SAW 振荡器、敏感的界面膜材料和振荡电路组成。SAW 传感器的核心部件是SAW 振荡器，由压电材料基片和沉积在基片上不同功能的叉指换能器所组成，有延迟线型(DL型) 和谐振器型(R型) 两种。如下图所示[3]。
图3 延迟线型SAW传感器 图4 谐振器型SAW传感器 延迟线型SAW振荡器由声表面波延迟线和放大电路组成。输入换能器IDT1激发出声表面波，传播到换能器IDT2转换成电信号，经放大后反馈到IDT1以便保持振荡状态。只要放大器的增益足够高，足以抵消延迟线及外围电路的损耗，并且满足一定的相位条件，这一系统就能产生振荡。 谐振器型SAW 振荡器，声表面波在反射栅阵列之间来回反射多次，当反射栅2个相邻的指条之间的距离为半波长的整数倍时，就形成驻波，这时在2个反射栅阵列之间就形成谐振腔。将2个IDT置于驻波场的波腹处，就可以构成谐振腔。发射和接收IDT用来完成声电转换。当对发射叉指换能器加以交变信号时，相当于在压电衬底材料上加交变电场。这样材料表面就产生与所加电场强度成比例的机械形变，产生SAW，只要放大器的增益能补偿谐振器及其连接导线的损耗，同时又能满足一定的相位条件，这样组成的振荡器就可以起振并维持振荡。 在实际应用中，SAW 传感器往往使用双通道结构，如图5所示。1个通道用于测量，另1个通道用于对环境温度、湿度、压力等因素的补偿。
图5 双通道延迟线SAW振荡器 3. SAW传感器的特点 SAW传感器是继陶瓷、半导体等传感器的一支后起之秀。与传统传感器相比，它具有性能高、体积小、能承受极端工作条件(如高温、强电磁辐射)等优点。此外，SAW传感器可实现无源化，无须外部供电，这使得它比传统的传感器更能胜任无接触测量，例如：高速转子、快速移动物体以及密封物体内部等各种条件下的物理化学参数检测。 3.1 由于采用压电基片上的叉指换能器，不需要另外能量即可完成电磁波—声表面波—电磁波能量转换过程，而且声表面波换能没有阈值，效率极高，极少电磁波能量就能完成电磁波的收发过程。因此，SAW传感器不需额外能量，即它是真正无源元器件。由此，它具有不需维护，使用寿命长等优点，特别适合用于难以维护或需要长期工作的场合。 3.2 由于叉指换能器可与射频辐射天线直接相连，达到收发射频信号的目的，所以能直接完成无线应用，大大简化了SAW传感器节点的结构。最简单的SAW传感器节点仅由声表面波压电编码传感单元芯片和直接相连的天线组成，成本低，适于推广应用。 3.3 由于声表面波声速比电磁波光速低许多，声表面波传播4mm距离，即可延时一微秒左右。一微秒延迟时间，足以避免近距（<100米）内射频多次反射杂波的干扰，大大提高了有效回波的信噪比，有利于增加反射延迟型SAW传感器的读写距离或减小读写器的射频辐射功率。 3.4 由于声表面波换能过程中没有载流子参与，所以SAW传感器耐辐射，抗干扰能力特强，可以用于多种恶劣环境。 3.5 SAW传感器可工作于较宽的环境温度范围。采用常用的压电晶体，器件最高工作温度可大于200℃。采用特别的封装，已证实能较长期工作在300℃环境中。若采用特种压电材料，传感器的工作温度可更高[4]。 4.SAW传感器的应用 由于SAW传感器具有非接触、快速、无电源、抗干扰、易编码、保密性好、成本低等优点，目前，已广泛应用于许多领域。由它构成的传感器阵列，传感单元之间可无信号线连接，阵列输出也无需引线连接，分布更容易，应用不受限制，特别适合一些应用环境复杂，不宜接触的工程结构和环境的遥测、传感和目标识别。因此，对SAW传感器的研究，尤其是对更远距离SAW传感器研究，有更广泛的应用前景。 4.1有源声表面波传感器 4.1.1 VOCs气体检测 基于谐振器型SAW传感器的气体检测中：高温气化后的VOCs到达温度较低的传感器表时，VOCs迅速液化并粘附在传感器表面，从而导致传感器振荡频率发生变化，通过检测并记录这一变化过程，实现对VOCs的硷测。 依靠冷凝原理的SAW感器具有以下优点：首先，VOCs的冷凝是一个物理过程，只要有效控制物理条件，这个过程就会表现出较好的重现性和稳定性；检测结束后可通过加热实现对传感器的清洗，过程简单，传感器使用寿命较长。其次，依靠冷凝原理工作的SAW传感器，可以通过调节其基底温度调整传感器的灵敏度，当检测不同浓度和沸点的VOCs时，传感器的灵活性更强。 与延迟线型SAW传感器相比，谐振型SAW传感器具有Q值高、插损小和更加灵敏的优点。当传感器以石英为基底材料，制备采用传统光刻工艺，沿36°Y切割X晶向；叉指电极包括输入、输出换能器各50.5对，传感器谐振频率250 MHz，输入输出换能器周期12.55μm，输入、输出换能器间间距为1.25个波长，电极厚度为200nm，换能器孔径800μm；反射器两侧各350根，反射器周期12.55μm，反射器和换能器的间距为1个波长；芯片面积为6.3 mm×l.7 mm。选用两个谐振频率有一定差异 (一般为几百kHz到1 MHz左右)的传感器，频率较低的一个作为检测器件，另一个作为参考器件，采用差动的方法得到有效信号。这样的设计即减小了环境中共模噪声 (如温度、湿度等)对检测结果的影响，又降低有效信号的频率，减小了信号检测的难度。由于该差动信号直接反应了被测物质的信息，称其为质量信号。质量信号在经过滤波、整形后以方波的形式进入信号检测电路[5]。 4.1.2声表面波化学传感器 金属电极材料被蒸发或溅射到压电基片上成叉指状，形成产生表面声波的部件。沿基片传播的表面声波由叉指电极激励，当基片或基片上覆盖的特异薄膜材料受被测对象调制时，其表面声波的工作频率将改变并由接收叉指电极(经相反机理) 接收，从而构成频率输出的传感器。 1984年Wohlfjen 等首先提出了表面声波化学传感器的质量响应关系式：
(1) 式中k1、k2 为压电晶体材料常数，VR为瑞利波速，h为表面膜厚度，ρ为膜密度，μ为膜材料的剪切模量，λ为膜的Lame常数，f0为基频，Δf 为频移。对于ST-切石英晶体，忽略粘弹性作用，式(1) 可写成
(2) 该式反映了质量变化对频移的影响，即振荡频率随基片或基片所覆盖的薄膜上吸附物质的质量增加而减小。SAW的基频可以达到GHz 水平,因此SAW化学传感器比QCM 化学传感器更为灵敏,其检测下限理论上可达fg。质量敏感性压电化学传感器SAW的原理是传感器的敏感元件与被测物相互作用时，引起振荡器自身声波参数振幅、频率、波速等的变化，通过测量频率变化而获得测量量的质量/浓度信息。 4.2无源无线声表面波传感器 近年来，深入开发SAW器件的无源特征和无线应用的工作得到极大重视，研发的直接利用天线射频能量的射频识别型声表面波传感器都是基于其特有的低耗电-声-电能量转换机理和良好的无线传输特性。 植入式无源无线温度传感器： 谐振型SAW传感器由于具有品质因数高、插入损耗低的特点，在无源无线传感检测系统的研究中备受关注。谐振型SAW 传感器结构主要由压电基底、叉指电极( IDT) 和反射栅构成，其中反射栅构成声学谐振腔, 叉指电极则将激励信号的能量导入和将谐振腔内的能量导出，结构如图6所示谐振器频率取决于叉指换能器的叉指间距和波传播速度，如式(3) 所示
（3） 式中: f 0 是谐振器在常温下的谐振频率， v 是声表面波的波速，L 为叉指电极的间距。当SAW 谐振器压电基片的温度变化时，会引起声表面波传播速度和反射栅的间距的变化，从而引起谐振器谐振频率f发生变化, 即
(4) 由于温度变化引起基片的尺寸变化较小，因此
（5） 式中：Δv 、Δ分别为声表面波传播速度和温度的变化值, Ctf为频率温度系数，该温度系数是随着晶体的切向而变化的[6]。
图6 单端口谐振型SAW传感器结构