中科院聲學所設計出耐高溫聲表面波溫度傳感器件

高溫環(huán)境引起的熱輻射損耗會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(shù)(Q)且損耗較低。傳統(tǒng)的有線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)的無線無源溫度傳感器為此提供了良好的解決方案。

中國科學院聲學研究所超聲技術(shù)中心博士生李學玲及其導師王文等，采用短脈沖法提取精確的反射系數(shù)，并用典型的耦合模 (coupling of modes，COM)模型，對LGS/Pt結(jié)構(gòu)聲表面波溫度傳感器件進行優(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。相關研究成果在線發(fā)表在Sensors上。

圖1 用于提取反射系數(shù)的聲表面波裝置的結(jié)構(gòu)(上)和反射系數(shù)測量實驗裝置(下)

研究人員基于不同Pt膜厚與波長比的LGS/Pt器件的結(jié)構(gòu)開展實驗研究?？蒲腥藛T采用最小二乘法對實驗數(shù)據(jù)進行擬合，得出反射系數(shù)計算公式，利用有限元方法提取Pt/LGS的其他COM參數(shù)，通過典型的COM模型對Pt/LGS結(jié)構(gòu)的單端口諧振器進行模擬，并確定了具有較大Q值的最佳設計參數(shù)。

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)絡分析儀對其測量得到較高的Q值，測量結(jié)果與模擬結(jié)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(jié)果顯示其具有良好的穩(wěn)定性和線性TCF( ～25 ppm/°C.)，證明該器件具有較好的高溫傳感性能。

圖2 反射系數(shù)測量與高溫傳感器響應

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(jiān)測和預警。

研究工作得到國家自然科學基金聯(lián)合重點基金項目等的資助。