發(fā)布時間：2018-11-04 12:44

【摘要】：聲表面波器件具有體積小、頻率選擇性高、重復性好等特點。而作為聲表面波器件重要分支的聲表面波傳感器更是具有響應速度快、靈敏度高、性能穩(wěn)定性強的優(yōu)點,并能應用于高溫、復雜的惡劣環(huán)境之中,因此其在航天航空、交通運輸、能源開采等領域都有著廣泛的運用。而影響SAW傳感器能否應用于高溫環(huán)境的主要因素是壓電襯底材料的選擇。因而,本文采用了一種具有優(yōu)良壓電性能的新型壓電單晶材料硅酸鉀鑭(LGS)為壓電基底來制作SAW傳感器。為了研究基于LGS的SAW傳感器的特性,本文根據(jù)SAW器件的相關理論設計了單諧振器型SAW傳感器,所設計的器件的叉指寬度4μm,指間距為8μm,占空比為1:1,叉指對數(shù)50,聲孔徑100λ,叉指間隙12μm,反射柵對數(shù)300。選用歐拉角分別為(0°,138.5°,26.6°)、(0°,138.5°,56.6°)、(0°,138.5°,71.6°)、(0°,138.5°,86.6°)、(0°,138.5°,116.6°)的LGS作為單諧振器型SAW傳感器的壓電襯底,通過微電子工藝完成了電極厚度為100nm的器件的制備,測試發(fā)現(xiàn)五種不同的器件均具有較強的諧振峰,它們的諧振頻率分別為168.289MHz、164.325MHz、160.000MHz、150.275MHz、162.426MHz;其中歐拉角為(0°,138.5°,26.6°)的LGS的SAW諧振器具有最高的諧振頻率、最大的聲速以及最高的機電耦合系數(shù)。歐拉角為(0°,138.5°,86.6°)的LGS的SAW諧振器具有最大的品質(zhì)因素以及最大的一階、二階頻率溫度系數(shù)。本文對五種不同歐拉角的傳感器進行了溫度測試,最高測試溫度為450°C,測試結果表明:歐拉角為(0°,138.5°,26.6°)的SAW傳感器的諧振頻率隨著溫度的升高呈單調(diào)遞減趨勢。而歐拉角為(0°,138.5°,56.6°)、(0°,138.5°,71.6°)、(0°,138.5°,86.6°)、(0°,138.5°,116.6°)的SAW傳感器的諧振頻率隨著溫度的升高呈先增加后降低的趨勢,它們的頻率溫度關系是呈二次函數(shù)曲線的,通過二次函數(shù)擬合計算得到5種歐拉角的轉(zhuǎn)變溫度Tex分別為-22°C、183°C、249°C、390°C、204°C,它們的品質(zhì)因素Q以及機電耦合系數(shù)K2隨著溫度的升高呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。由于以LGS為壓電基底的單諧振器型SAW傳感器的頻率溫度呈二次函數(shù)關系,從而導致其作為溫度傳感器時只能實現(xiàn)較小的溫度范圍的測試,為了解決這一問題,本文在五種不同歐拉角的LGS器件的基礎上提出一種結構新穎的雙諧振器型SAW溫度傳感器(簡稱雙SAW器件)的設計方法,通過微電子工藝制備出夾角為30°、45°、60°、90°的雙SAW器件,所制備的器件均具有兩個較為明顯的特征峰。本文將不同夾角的雙SAW器件進行溫度測試,最高測試溫度為450°C,并將器件的頻率溫度特性進行二次函數(shù)擬合計算,最后夾角為30°、45°、60°、90°的雙SAW器件計算得到的溫度與實際溫度的最大誤差分別為6.7°C、5.4°C、3.2°C、4.5°C。此外,雙SAW器件的溫度分辨率與其兩個諧振器的轉(zhuǎn)變溫度之差有關,差值越大,器件的溫度分辨率越高。通過夾角為60°的雙SAW溫度傳感器與熱電偶溫度測試對比,驗證了雙SAW器件在溫度測試方面的可行性,它能實現(xiàn)較大溫度范圍的測量,而無需考慮LGS材料的二階頻率溫度系數(shù)。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN65

【參考文獻】

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本文編號：2309848