|
一、前言 傳感器是把客觀(guān)世界中包含的各種信息通過(guò)各種載體盡量多的轉換出來(lái)，出于人類(lèi)自身認識和思維的促限性等原因，人們習慣于接受和處理電磁信號攜帶的信息；因此，在以電磁信號為載體的信息社會(huì )迅速發(fā)展的今天，傳感器的重要性就不言而喻，由于當前理論、設計、工藝等發(fā)展的局限性，人們在現有已建立信息系統的模型、信息載體的種類(lèi)的基礎上的信息敏感、信息傳輸和信息利用各個(gè)環(huán)節上不可避免的造成信息大量失真，在理論上已為人們所認識；如何解決這個(gè)問(wèn)題呢？鑒于SAW技術(shù)自身的技術(shù)特點(diǎn)：工作頻率高(GHz量級)、信息載體信號(電磁—機械運動(dòng))能量集中、運動(dòng)的表面化(易于工藝處理)、微細線(xiàn)條加工工藝成熟等原因，使得SAW成為各類(lèi)傳感器當前研究的熱門(mén)，近年在應用上取得突破性進(jìn)展，成為當前信息敏感的標志性技術(shù)之一。 圖1：SAW器件原理 SAW技術(shù)的發(fā)展起源于二十世紀六十年代初期，至今已有四、五十年的歷史。其基礎理論、應用設計、工藝技術(shù)、計算模型等方面的研究已非常充分，聲表面波(SAW)是一種傳播于基片界面的機械波，如圖1所示，鑒于SAW技術(shù)特點(diǎn)，推動(dòng)一類(lèi)新型、功能強大的SAW信號處理中的實(shí)現，從而在二十世紀七十年代后期推動(dòng)了國內外寬帶擴頻技術(shù)在各類(lèi)電子系統中的廣泛應用。但它具有不可回避的缺點(diǎn)。如：器件性能如器件工作頻率、插入損耗、時(shí)間延遲、相位延遲等受溫度、壓力、濕度等外界物理因素影響較大；因此，作為信息傳輸用的信號處理器，隨著(zhù)當前信息傳輸特點(diǎn)和需求的迅速發(fā)展，技術(shù)弱點(diǎn)越來(lái)越凸顯。然而，正是由于SAW技術(shù)的上述優(yōu)點(diǎn)和不足。奠定了SAW技術(shù)在信息敏感領(lǐng)域的獨特地位。 、SAW器件性能易受外界各物理因素影響，對信號處理器來(lái)說(shuō)，這是它是必需克服的弱點(diǎn)，而對于信息敏感器來(lái)說(shuō)，這正是它作所必需的。因而，SAW器件的信號模擬處理特點(diǎn)為其成為信息敏感器奠定了物理基礎。 、SAW信號能量集中在基片的1～2波長(cháng)范圍內，其對外界量變的響應較其它信號更為敏感，因而，SAW信息敏感技術(shù)不但可以實(shí)現多種物理量(如溫度T、壓力P、濕度H等)的高精度敏感，還為化學(xué)、生物等微量物質(zhì)的敏感奠定了技術(shù)基礎。 、SAW傳播速度為103m/s量級(比電磁波慢5個(gè)數量級)，易于實(shí)現SAW傳感器的微型化、陣列化。 、當且與半導體技術(shù)融合時(shí)，奠定了SAW傳感器的綜合化、智能化、低成本大規模生產(chǎn)以及廣泛應用的技術(shù)基礎。 基于上述SAW技術(shù)的自身特點(diǎn)以及當前信息敏感技術(shù)發(fā)展的需求，SAW傳感器，包括SAW溫度傳感器，SAW壓力傳感器、SAW濕度傳感器、SAW化學(xué)氣體傳感器、SAW液相傳感器等，國際上早在二十世紀七十年代以后就有研究報告出現。近年來(lái)，隨著(zhù)環(huán)境保護及反恐的需要，SAW傳感器再次宣起新的研究高潮，特別是SAW化學(xué)、生物傳感器，更是受到各國高度重視，如美國電子傳感器技術(shù)公司推出了用于環(huán)境監測的4100型手持式SAW氣體傳感器，于1998年通過(guò)美國EPA認證；美國微傳感系統公司2002年推出了HAZMATCADTH型系列SAW化學(xué)戰劑檢測器；JCADSAW綜合化學(xué)戰劑傳感器已于2000年后批量裝備部隊，美國國防部計劃在5個(gè)財年內作為制式儀器裝備美軍270000部。國內SAW傳感器發(fā)展始于二十世紀八十年代，對機載SAW壓力傳感器、SAW溫度傳感器、SAWCO化學(xué)氣相傳感器、SAW生物基因傳感器等進(jìn)行了初步研究。本文對SAW傳感器的基本概念、結構、應用及發(fā)展中的問(wèn)題作了一個(gè)概述。 二、SAW傳感器的基本工作原理 外界物理量的變化將引起SAW器件輸出信號幅度和頻率（相位）的變化。 1、SAW幅度影響 SAW在壓電基片上傳播，將有幾種類(lèi)型的與外界的相互作用，這些作用都將造成SAW能量的改變，它們包括：a、對SAW能量吸收千萬(wàn)的直接能量損耗；b、由于SAW傳播偏離接收換能器而造成的間接能量損耗。在這兩種情況下，SAW接收換能器所接收的SAW能量(相對應于SAW信號幅度)都要減小，其輸出的RF信號電壓幅度相應減小。 2、SAW速度(頻率)干擾 涂覆單位面積質(zhì)量，h或ρ的微小變化也將引起振蕩器振蕩頻率的變化。由單位質(zhì)量負載變化引起的頻率變化幅度與工作頻率f成平方關(guān)系，k1,k2是與材料有關(guān)的常量。 3、SAW傳感器的兩種信號檢測方式 SAW傳感器的兩種信號檢測方式：頻率檢測方式和相位檢測方式如圖2所示 三、SAW傳感器在無(wú)源標識器中的應用 3、SAW無(wú)源標識器（IDT）及其應用。 SAW無(wú)源識別器還在汽車(chē)制造、物流、高壓輸電設備安全監控、道路自動(dòng)收費(ETC)、門(mén)禁控制/電子門(mén)票、動(dòng)物身份標識與跟蹤、圖書(shū)銷(xiāo)售與管理、航空行李處理、郵件/快運包裹處理、生產(chǎn)制造和裝配、食品生產(chǎn)與銷(xiāo)售等等方面獲得應用�？梢哉f(shuō)，SAW無(wú)源識別器將在現代信息網(wǎng)絡(luò )中占據一席之地，將成為SAW技術(shù)應用的又一高潮。 在RFID系統上的應用 |
