我國科學家設計出新型聲表面波溫度傳感器件

2020-08-18 中國科學院科技產業網

高溫環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，因此在這種環境下工作的傳感器應具有足夠大的品質因數（Q）且損耗較低。傳統的有線有源傳感器不能用於高溫環境下的溫度測量，而基於聲表面波（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中心博士生李學玲及其導師王文等，採用短脈衝法提取精確的反射係數，並用典型的耦合模 (coupling of modes，COM)模型，對LGS/Pt結構聲表面波溫度傳感器件進行優化設計，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表在Sensors上。

圖1.用於提取反射係數的聲表面波裝置的結構（上）和反射係數測量實驗裝置（下）（圖/中科院聲學所）

研究人員基於不同Pt膜厚與波長比的LGS/Pt器件的結構開展實驗研究。科研人員採用最小二乘法對實驗數據進行擬合，得出反射係數計算公式，利用有限元方法提取Pt/LGS的其他COM參數，通過典型的COM模型對Pt/LGS結構的單埠諧振器進行模擬，並確定了具有較大Q值的最佳設計參數。

研究人員利用光刻技術研製400MHz單埠聲表面波諧振器，用網絡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℃的溫度範圍裡，測試所製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.反射係數測量與高溫傳感器響應（圖/中科院聲學所）

研究表明，聲表面波高溫傳感技術可用於極端高溫環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基金聯合重點基金項目等的資助。

來源：聲學研究所

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