声表面波传感器是利用材料的压电效应以及声表面波传播特性受环境影响这一原理而制成的。其典型结构主要包括压电基片、叉指换能器(IDT)和反射栅,如图1所示。从结构上看,声表面波传感芯片可以分为谐振型和延迟线型两种(图1中有这两种结构示意图),其基本原理相类似,区别在于传感信号分别表现为谐振信号和延迟反射信号。二者各有优点:谐振型的信号处理相对简单,而延迟线型可以集身份识别和传感功能于一体,可用于射频识别。

传感器的工作原理是:传感器芯片由天线接收到读取器发来的电磁信号后,经叉指换能器转换成沿基片表面传播的机械波(即声表面波),声表面波遇到反射栅后就有部分被反射回换能器,然后经换能器转换成电信号,返回读取器。返回信号的时延或者谐振频率会受到温度等物理量的影响。通过检测返回信号的时延或者频率变化,就能得到物理量的变化,实现传感。


图1  声表面波传感器结构及工作原理

由于声表面波传感器是由压电材料构成,不含半导体器件,因此是一种"无芯"的传感器。其内部依靠声波工作,没有电路,不需电池供电,所以是完全无源的。而且因为其内部没有电路,使得这种传感器具有优良的抗高压及电磁辐射能力。其工作环境取决于压电材料和金属膜的耐受程度。只要选用的材料合适,就可工作于极端环境。目前用于1000以上测温已有成功的报道,这是一般传感器很难达到的。

声表面波温度传感技术的优势
无源无线温度传感系统的应用场合

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声表面波传感器原理及特点