谐振器设备制造技术

本发明专利技术涉及一种测量应力的谐振器设备，该谐振器设备包括至少两个谐振器，每个谐振器包括被布置在位于压电基板上或压电基板中的两个反射结构之间的叉指换能器结构，其特征在于，所述至少两个谐振器按照使得所述至少两个谐振器具有两个不同的波传播方向的方式来布置和定位，并且每个谐振器包括至少两个部分，所述至少两个谐振器的两个部分之间的区域形成腔，其中，所述腔由所述至少两个谐振器共享。本发明专利技术还涉及一种包括至少一个如前所述的谐振器设备的差分感测设备。振器设备的差分感测设备。振器设备的差分感测设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】谐振器设备
[0001]本专利技术涉及一种用于传感器应用的声波设备，并且更具体地涉及声波差分传感器。
[0002]传感器越来越重要并且在日常生活中变得越来越普遍。微机电系统(MEMS)是一种具有吸引力的选择，可以满足对传感器性能提高以及尺寸和成本降低的需求。由于可测量的环境参数(例如，温度、应力、应变和扭矩)多种多样，所以表面声波(SAW)传感器以及在较低程度上的体声波(BAW)传感器或兰姆波或拉夫波或剪切板模式声传感器提供了特别有利的选择。
[0003]声波传感器利用压电效应将电信号转换成机械/声波。基于SAW的传感器建立在单晶压电材料上，所述单晶压电材料例如沉积在硅上的石英(SiO2)、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、菱锰矿(LGS)和氮化铝(AlN)或氧化锌(ZnO)。叉指换能器(IDT)将入射电信号的电能转换为声波能量。声波经由所谓的延迟线行进穿过器件基板的表面(或体)到达另一个IDT，所述另一个IDT将声波转换回可检测的电信号。在一些设备中，提供机械吸收器和/或反射器以防止干涉图案并减少插入损耗。在一些设备中，所述另一个(输出)IDT被一个反射器代替，该反射器将所生成的声波反射回(输入)IDT，该IDT可以联接到天线以远程询问传感器设备。
[0004]特定类别的声传感器包括谐振器，所述谐振器呈现出根据变化的环境条件而变化的谐振器频率。例如，常规的表面波谐振器包括具有布置在布拉格反射镜之间的叉指梳状的电声换能器。在谐振频率下，满足反射器之间的同步条件，从而可以获得在反射器下方发生的不同反射的相干相加。然后在谐振腔内观察到最大声能，并且从电学的观点来看是观察到换能器允许的电流的最大振幅。
[0005]差分声波传感器包括两个或更多个呈现不同谐振频率的谐振器，其中所测量频率的差值反映了要测量的参数(例如，应变)的变化。
[0006]差分传感器必须能够分开扰动源并减少或抑制来自其他参数(例如，振动或温度)的贡献。这需要开发一种差分传感器，该差分传感器的温度和振动灵敏度必须尽可能小或与另一个谐振器严格等同，以允许通过信号减法进行压制。
[0007]图1示出了根据现有技术的这种表面声波差分传感器。该传感器被配置为测量(例如，旋转物体上的)应力。表面声波差分传感器100包括设置在压电基板106上的两个表面声波谐振器102、104。各个表面声波谐振器102、104包括叉指换能器结构108、110和一对反射结构112、114、116、118。反射结构112、114被布置在叉指换能器结构108的每一侧上，并且反射结构116和118被布置在叉指换能器结构110的每一侧上(在这两种情况下是相对于声波的传播方向，参见对应的换能器结构108、110的箭头120、122)。两个谐振器102和104通过两条导线124和126以差分方式彼此电连接。
[0008]谐振器102、104两者都位于压电基板106上，相对于单次旋转的石英基板106的晶轴X(对应于瑞利波的通常传播方向)具有
±
45
°
的角度Ψ。因此，两个谐振器彼此垂直。
[0009]各个谐振器102、104分别在频率fl、f2处呈现出谐振峰值。
[0010]谐振器102、104并联连接，并且然后连接到天线以待无线询问，差分测量会导致同
时或顺序测量的谐振频率的差值。
[0011]通过将一个谐振器102、104平行于旋转物体的径向方向对准，差分传感器100对物体上发生的径向应力敏感。在出现径向应力时，传感器中会发生变形，导致一个谐振器伸展而另一个谐振器收缩。这导致在谐振频率中具有相反符号并且通常具有相同绝对值的变化。因此，谐振频率的差值随两个绝对值的和变化。通过测量两个谐振频率之间的差值Δf的变化，可以确定所施加的力，因为差值Δf与扭矩M成线性比例。然而，不期望的温度变化影响会抵消，因为它们将会以相同的方式同时影响两个谐振器。
[0012]然而，在根据现有技术的差分传感器100中，两个谐振器102、104没有在相同位置测量应力状态，也没有测量温度。因此，测量可能会受到物体材料不均匀性的负面影响，从而导致应力确定错误。
[0013]因此，本专利技术的目的是克服上面引出的缺陷，获得改进的感测设备。
[0014]本专利技术的目的通过一种谐振器设备实现，该谐振器设备包括至少两个谐振器，每个谐振器包括布置在位于压电基板上或压电基板中的两个反射结构之间的叉指换能器结构，其特征在于，至少两个谐振器按照使得所述至少两个谐振器具有两个不同的波传播方向的方式来布置和定位，并且每个谐振器包括至少两个部分，至少两个谐振器的两个部分之间的区域形成腔，其中，该腔由所述至少两个谐振器共享。因此，该设备的两个谐振器在相同位置处测量，并且因此测量受谐振器所附接的材料的不均匀性的影响较小。这与现有技术的设备相反，在现有技术的设备中，各个谐振器在不同位置处测量。
[0015]根据本专利技术的变型，至少两个谐振器的至少两个部分中的每一者可以包括至少一个反射结构以及对应谐振器的叉指换能器结构的一部分。所描述的设备能够管理由于方向性效应引起的寄生。
[0016]根据本专利技术的变型，谐振器的叉指换能器结构可以包括叉指梳状电极，并且其中，对于至少两个谐振器的至少一个换能器结构，所述叉指梳状电极是通过由p＝λ/2给出的布拉格条件来定义，λ是所述换能器结构的工作声波波长，并且p是所述换能器结构的电极间距。所描述的设备能够管理由于方向性效应引起的寄生。
[0017]根据变型，至少两个谐振器的两个不同的波传播方向可以彼此形成角度Θ，Θ等于
±
90
°
或更小。
[0018]根据本专利技术的变型，一个谐振器的叉指换能器结构的电极可以以差分方式与另一个谐振器的换能器结构的电极电连接。至少两个谐振器的电极之间的连接可以是并联的，也可以是串联的，这取决于它们的工作条件。因此，与现有技术的设备相比，取决于设计选择，根据本专利技术的设备可以在谐振或反谐振下工作。
[0019]根据本专利技术的变型，谐振器中的至少一者可以按照使得该谐振器的波传播方向与压电基板的晶轴中的一者平行的方式来布置和定位。
[0020]根据本专利技术的变型，谐振器中的至少一者可以按照使得该谐振器的波传播方向与压电基板的晶轴中的一者成角度Ψ的方式来布置和定位，特别地，角度Ψ等于
±
45
°
。
[0021]根据本专利技术的变型，腔的至少一部分表面可以被金属化。所描述的设备能够过滤或选择结构的可能模式，甚至允许在联接模式的配置下工作。
[0022]根据本专利技术的变型，腔的金属化可以至少包括一个或更多个光栅。当存在多于一个光栅时，光栅彼此叠加。所描述的设备能够过滤或选择结构的可能模式，甚至允许在联接
模式的配置下工作。
[0023]根据本专利技术的变型，谐振器的反射结构中的每一者可以包括一个或更多个金属条，所述金属条彼此连接或接地。因此，谐振器也可以是标签设备。此外，金属条彼此或接地的连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于测量应力的谐振器设备(200、300、350、370、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500)，所述谐振器设备包括：至少两个谐振器(202、204、502、504、602、604、702、704、804、1102、1104、1202、1204、1302、1402)、每个谐振器(202、204、502、504、602、604、702、704、804、1102、1104、1202、1204、1302、1402)包括被布置在位于压电基板(206、306、406)上或压电基板(206、306、406)中的两个反射结构(212、214、216、218、512、514、516、518、712、714、716、718、818、1108、1112、1114、1116、1118、1212、1214、1216、1218)之间的叉指换能器结构(208、210、708、710、810、1108、1110)，其特征在于，所述至少两个谐振器(202、204、502、504、602、604、702、704、804、1102、1104、1202、1204、1302、1402)按照使得所述至少两个谐振器具有两个不同的波传播方向的方式来布置和定位，并且每个谐振器(202、204、502、504、602、604、702、704、804、1102、1104、1202、1204、1302、1402)包括至少两个部分，所述至少两个谐振器(202、204、502、504、602、604、702、704、804、1102、1104、1202、1204、1302、1402)的所述两个部分之间的区域形成腔(222、622、722、822、922、1022、1122、1222、1422)，其中，所述腔(222、622、722、822、922、1022、1122、1222、1422)由所述至少两个谐振器(202、204、502、504、602、604、702、704、804、1102、1104、1202、1204、1302、1402)共享。2.根据权利要求1所述的谐振器设备(200、300、350、370、500、800、900、1000)，其中，所述至少两个谐振器(202、204、502、504、804)的所述至少两个部分中的每一者包括至少一个反射结构(212、214、216、218、512、514、516、518、818)以及对应谐振器(202、204、502、504、804)的所述叉指换能器结构(208、210、810)的一部分。3.根据前述权利要求1或2中任一项所述的谐振器设备(200、300、350、370、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500)，其中，所述谐振器(202、204、502、504、602、604、702、704、804、1102、1104、1202、1204、1302、1402)的所述叉指换能器结构(208、210、708、710、810、1108、1110)包括叉指梳状电极(226、224、240、242、724、730)，并且其中，对于所述至少两个谐振器(202、204、502、504、602、604、702、704、804、1102、1104、1202、1204、1302、1402)的至少一个换能器结构(208、210、708、710、810、1108、1110)，所述叉指梳状电极(226、224、240、242、724、730)通过由p＝λ/2给出的布拉格条件来定义，λ是所述换能器结构(208、210、708、710、810、1108、1110)的工作声波波长，并且p是所述换能器结构(208、210、708、710、810、1108、1110)的电极间距。4.根据前述权利要求1至3中任一项所述的谐振器设备(200、300、350、370、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500)，其中，所述两个不同的波传播方向彼此形成角度Θ，Θ等于
±
90
°
或更小。5.根据权利要求1至4中的一项所述的谐振器设备(200、300、350、370、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500)，其中，所述一个谐振器(202、204、502、504、602、604、702、704、804、1102、1104、1202、1204、1302、140...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：福瑞斯恩系统，
类型：发明
国别省市：