高溫環(huán)境引起的熱輻射損耗會(huì )導致傳感器器件有較大的聲波衰減,因此在這種環(huán)境下工作的傳感器應具有足夠大的品質(zhì)因數(Q)且損耗較低。傳統的有線(xiàn)有源傳感器不能用于高溫環(huán)境下的溫度測量,而基于聲表面波(surface acoustic wave,SAW)的無(wú)線(xiàn)無(wú)源溫度傳感器為此提供了良好的解決方案。
中國科學(xué)院聲學(xué)研究所超聲技術(shù)中心博士生李學(xué)玲及其導師王文等,采用短脈沖法提取精確的反射系數,并用典型的耦合模 (coupling of modes,COM)模型,對LGS/Pt結構聲表面波溫度傳感器件進(jìn)行優(yōu)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(guān)研究成果在線(xiàn)發(fā)表在Sensors上。
研究人員基于不同Pt膜厚與波長(cháng)比的LGS/Pt器件的結構開(kāi)展實(shí)驗研究??蒲腥藛T采用最小二乘法對實(shí)驗數據進(jìn)行擬合,得出反射系數計算公式,利用有限元方法提取Pt/LGS的其他COM參數,通過(guò)典型的COM模型對Pt/LGS結構的單端口諧振器進(jìn)行模擬,并確定了具有較大Q值的最佳設計參數。
研究人員利用光刻技術(shù)研制400MHz單端口聲表面波諧振器,用網(wǎng)絡(luò )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50~650℃的溫度范圍里,測試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(xiàn)性TCF( ~25 ppm/°C.),證明該器件具有較好的高溫傳感性能。
研究表明,聲表面波高溫傳感技術(shù)可用于極端高溫環(huán)境下的高靈敏度溫度監測和預警。
研究工作得到國家自然科學(xué)基金聯(lián)合重點(diǎn)基金項目等的資助。