声表面波温度传感器及其应用研究与开发

科技成果——智能电网用声表面波温度传感器技术开发单位中国电子科技集团公司重庆声光电有限公司技术简介声表面波技术最早应用于雷达、通信以及电子对抗等军用领域。

随着技术的不断发展，该技术逐步扩展到民用领域。

无源无线的声表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）温度传感器利用压电材料的声表面波特性，可用在智能电网电缆接头、开关柜触头等位置的温度实时监测，可有效保障电网运行的安全。

该技术属于高电压设备安全在线监测方面一项颠覆性技术，可替代传统的红外线测温、光纤测温技术和RFIC测温技术。

技术指标工作频率：423.92-443.92MHz（fc±20kHz）工作温度：-20到65℃测温范围：-40到150℃测温距离：≤3m（视射频环境而定）测温精度：±1℃通道数量：6通道（可按照用户要求定制，扩展至12通道或更多）天线端口：4个（每个阅读器）天线接口：SMA型发射功率：10dBm（最大）扫频时间：50ms天线切换：300ns功耗：3W（最大）总线接口：RS485、RS232，Smart mesh IP供电要求：直流5V，交流220V固定方式：螺钉紧固技术特点声表面波温度传感器主要技术特点为：无源无线：传感器完全不需电池供电，声表面波传感器与阅读器间无需电缆连接，实现无线测温；电磁兼容性好：通过压电材料自身谐振频率与温度的关系实现温度测量，避免了对电力设备的干扰；维护性好：传感器结构、材质、安装、封装采用高可靠性技术方法，可实现传感器10年免维护；在线实时温度监测：测温速度快（小于50ms），可通过多种有线（Modbus，Profibus等）、无线通讯协议（Zigbee Pro，Smart mesh IP等）实现温度数据的实时上传。

技术水平国内先进可应用领域和范围智能电网，中低压开关柜在线测温。

专利状态已取得专利3项技术状态小批量生产、工程应用阶段合作方式技术转让、合作开发、融资投入需求500万元转化周期半年预期效益该技术属于高电压设备安全在线监测方面一个颠覆性技术，可替代传统的红外线测温。

声表面波温度传感器及其应用研究与开发声表面波传感器(SAW Sensor)相对于一般的传感器而言具有一系列的优点。

无线无源的声表面波传感器是近年来发展起来的新型传感器，具有优良的性质和广阔的应用前景。

其无线无源的特性也大大拓展了传感器的应用领域，使恶劣环境下的传感监测变得安全可靠。

本课题研究的无线无源声表面波温度传感器主要包含两个方面的内容，一方面研究声表面波温度传感芯片，主要目标是提高芯片的测温精度及可靠性。

同时研究天线，提高信号传输距离。

另一方面研究无线无源温度传感器构成的温度传感系统及其应用，例如如何用于高压变电站高压线路的温度测量，地埋电缆的温度测量等。

本论文研究的重点是测温芯片的设计与制备。

本论文主要介绍声表面波温度传感芯片的基本结构和原理，分析叉指换能器(IDT)理论，分析叉指换能器的理论函数模型，包括函数模型和模态耦合(COM)理论模型等。

论文拟利用窗口函数设计降低旁瓣，提高芯片测温精度。

利用模态耦合理论模型模拟仿真测温芯片。

得到了很好的效果，并依据设计的芯片结构制备了芯片。

本论文编写了声表面波温度传感芯片光刻版图绘制软件，详细说明包括软件的设计思路及其算法实现。

详细介绍软件的操作界面和操作方法，以便将来升级与更新软件。

软件实现了版图绘制功能，能准确快速的将设计的芯片结构绘制成光刻版图，用于后续芯片的加工制备。

本论文利用光刻技术制备测温芯片。

介绍光刻工艺和刻蚀工艺。

芯片制备完成后对芯片进行测试，得出芯片中心频率与设计频率基本相符，旁瓣得到抑制。

并进行了大量的对比测试，如不同加权函数的芯片对比，不同孔径、膜厚的芯片对比，得出海明函数加权优于凯撒函数加权，大孔径芯片优于小孔径芯片等结论。

南开大学科技成果——声表面波传感器及其应用项目简介声表面波（SAW）器件由压电材料、叉指换能器（IDT）和振荡电路构成。

SAW器件已经广泛地应用于通信、雷达、电子对抗、广播电视等民用和军用领域中。

由SAW器件可以构成的多种传感器，其原理是器件周围物理量、化学量和生物量的变化引起SAW器件振荡频率的偏移，通过检测频率的变化来监测加速度、温度、湿度、压力、剪切、弯曲等参量。

SAW传感器具有独特的优点。

与常用的半导体气敏传感器相比，它不受温度影响，灵敏度高，稳定性好；设计结构灵活，对电、热、力、声、光、化学及生物等多种因素敏感；采用SAW技术其输出信号为振荡器频率的变化，无需经过A/D转换，易于与计算机接口；抗干扰能力强，灵敏度高，检测范围线性度好，测量重复性好，适合远距离传输和实现遥测遥控。

其采用集成电路中的平面工艺制作，可实现集成化、智能化，使得SAW传感器体积小、重量轻，携带方便。

更重要的是，SAW传感器件的成本低，能够进行大批量生产，更符合产业化要求。

SAW化学传感器是继半导体传感器和光纤传感器之后的新秀。

SAW化学传感器依据不同的基底材料、不同化学薄膜可以检测SO2、H2、NH3、H2S、NO2、丙酮、甲醇、水蒸气、等多种化学成分。

因此可广泛用于大气环境监测、化工过程控制、汽车排放尾气控制、毒品检测、临床分析等领域。

这种传感器还可以检测破坏人体神经、血液的毒气，包括Sarin（沙林）、Soman（梭曼）、VX、Mustard（芥子气）、Nitrogen Mustard（氮芥）、Hydrogen Cyanide（氰化氢）、Cyanogen Chloride（氯化氰）、Lewisite（刘易士毒气）、有机磷、有机硫等化学战剂。

化学战剂检测问题受到各国高度重视。

化学战剂的检测设备种类繁多，声表面波化学传感器具有独特的优点，更符合实战要求。

市场应用前景近年来，一些国家（美国、荷兰、英国、日本、德国、意大利等）投入了大量的人力和物力开发SO2、NO2、水蒸气、丙酮、甲醇、氢气、硫化氢等SAW化学传感器，已经达到实用化水平。

声表面波传感器的应用发布时间：2021-08-06T02:34:49.855Z 来源：《教育学文摘》2021年6月总第374期作者：逄珂李英棣邓海峰张健傅伟[导读] 抗干扰能力强数字化、易批量生产、体积小、重量轻、功耗低等众多优点，应用十分广泛。

91206部队山东青岛266100摘要：声表面波传感器是一种利用声表面波芯片作为传感元件，以声表面波速度或频率的变化来表征被测量的传感器。

它具有灵敏度高，性能稳定等优点，由于声表面波传感器是由压电材料构成，使得这种传感器具有优良的抗高压及电磁辐射能力，其工作环境取决于压电材料和金属膜的耐受程度，选用的材料合适，就可工作于极端环境，本文主要对声表面波传感器的部分实际应用进行综述。

关键词：声表面波传感器应用声表面波简称SAW(Surface Acoustic Wave)是一种沿弹性基体表面传播的声波，任何固体表面都存在这一现象。

某些外界因素(温度、压力、加速度、磁场、电压等)对SAW的传播参数都会造成影响，根据这些影响与外界因素之间的关系，可以研制出测量各种物理、化学参数的SAW传感器，该类传感器具有高精度、高灵敏度、抗干扰能力强数字化、易批量生产、体积小、重量轻、功耗低等众多优点，应用十分广泛。

一、温度传感器应用表面波速度取决于温度，并由用于制造声波传感器的结晶材料的取向和类型决定。

振荡频率由叉指换能器周期和波速决定，当外界温度改变时，其振荡频率也会改变。

df/f=dv/v-dl/l (9)对于普通的晶体材料，温度的变化对材料长度的影响不大，所以温度对速率的影响主要是由声表面波波速随温度变化而引起的。

基于SAW延迟线振荡器的温度传感器具有毫秒级分辨率、良好的线性度和低滞后。

但是，SAW传感器对质量负载非常敏感，因此SAW温度传感器必须密封在密封包装中。

最近，据报道，一个124-MHz ST切割石英SSBW温度传感器的温度系数为32ppm/℃，分辨率为0.22℃。

Power Electronics •电力电子Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 209【关键词】声表面波 无线无源 测温应用1 引言近些年“坚强智能电网”成为中国电网建设的发展方向。

坚强智能电网最重要的特征之一就是信息化和自动化，实现电力系统状态信息的精确高效采集与传输。

这一发展趋势促进了在线监测技术在电网中的应用，电力生产和输电设施逐步向无人值守方向发展。

在这些新应用技术中，声表面波传感技术成为一个亮点。

本文将首先介绍声表面波传感器的原理，比较与其他传感技术的优缺点，然后结合工程实际讨论如何更好的解决安装问题。

2 声表面波传感器的原理SAW 器件是用半导体集成电路工艺在压电基底材料上淀积和光刻特定形状和尺寸的金属（铝等）膜制成。

压电材料的选取、IDT 和反射栅的指宽、叉指间隔决定了SAW 传感器件的工作频率、品质因数、寄生抑制、插入损耗和敏感系数等参数。

根据器件图形结构和信号特征的不同，SAW 传感器件可以分为延迟线型和谐振型两种，如图2和图3所示。

延迟线型SAW 器件的反射栅分布在距离IDT 不同距离的位置上，不同反射栅由于位置的不同，对声波信号的反射延迟时间有所不同。

反射延迟时间会受到环境因素的影响，依靠检测时延的变化就能够获得环境量的变化，实现传感功能。

反射栅的位置还具有身份码功能，这也就是声表面波射频识别的原理。

谐振型SAW 器件的反射栅密布在IDT 两侧，对声表面波信号构成一个谐振腔，因此其返回信号是一个谐振信号，而谐振频率除了与设计尺寸有关外，也受到环境因素的影响，依靠检测谐振频率的变化就能够获得环境量的变化，实现传感功能。

在SAW 传感器件的IDT 两端接上天线，就可以组成声表面波无线传感器，可以接收和声表面波传感技术及其在电力测温中的应用文/蒋洁青1 陈昱2 洪云来2 叶飞2反射电磁波。

其工作过程是：天线接收到的电信号经IDT 的逆压电效应转换成声表面波，声表面波沿基片传播并被反射栅反射回IDT ，再经IDT 的压电效应转换成电信号，由天线发射出去。

无源无线声表面波温度传感器及应用方案设计随着物联网概念的提出、智能电网的建设和发展，传感器和传感技术的研究也越来越受到人们的重视。

声表面波技术是声学和电子学相互交融的一门新兴的边缘学科。

基于声表面波原理的声表面波传感器，由于具有无源无线、抗干扰能力强、微型化等特点，使其在高温高压、易燃易爆、强电强磁、高速运动等特殊场合的应用，有着无可比拟的优势。

叉指换能器是声表面波器件的核心部件，对声表面波无源无线温度传感器的研究工作主要集中于对叉指换能器性能的改善，即如何提高换能器的Q值增加储能能力、抑制频率响应的旁瓣提高传感器的可靠性等；作为影响传感器性能的重要因素之一，基片材料的选择直接关系到声表面波传感器的灵敏度、测量精度、稳定性等各项性能。

针对以上情况，本论文做了以下一些相关的工作：（1）研究分析了声表面波技术和声表面波温度传感器的发展历史与现状、传感原理和在各领域应用的可能性等。

（2）理论研究了声表面波温度传感器的核心部件—叉指换能器的几何结构对其工作性能的影响，仿真分析了各种加权函数对提高叉指换能器Q值和抑制频率响应旁瓣的作用。

（3）在分析了压电材料的特性参数对声表面波的传播特性的影响的基础上，选取了一种Y切的石英晶体作为本论文中声表面波温度传感器的基片材料。

（4）在理论研究和仿真分析的基础上，设计并制作了基于Hamming函数对叉指换能器的指长进行变迹加权的声表面波温度传感器，利用网络分析仪、温度循环试验箱等仪器测试了传感器的相关性能。

（5）搭建无源无线测温硬件和软件环境，测试了所设计的声表面波温度传感器的工作性能，根据测试结果提出了传感器及其系统在电力系统温度状态检测中应用的可能。

（6）无源无线温度传感器应用方案设计。

结合智能电网温度状态在线监测的需要，以高压开关柜为例，给出了传感器的应用方案设计。

声表面波传感器在高温领域应用的研究进展潘小山;杨璐羽;王琴;李功燕【摘要】相比于其他类型的无线传感器,无线声表面波传感器能解决恶劣环境(如高温)下的探测问题.基于目前的声表面波传感器,阐述了声表面波技术的发展、工作模式和原理;结合当前声表面波在高温领域应用的研究状况,详细阐述了声表面波传感器在高温应用领域需要解决的问题以及适用于高温领域的声表面波传感器的材料;对声表面波传感器在高温领域中的应用和发展进行了总结和展望.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2018(037)006【总页数】5页(P1-4,7)【关键词】声表面波传感器;高温;材料【作者】潘小山;杨璐羽;王琴;李功燕【作者单位】中国科学院微电子研究所,北京100029;国网辽宁省电力公司电力科学研究院,辽宁沈阳110006;中国科学院微电子研究所,北京100029;中国科学院微电子研究所,北京100029【正文语种】中文【中图分类】TP212.90 引言声表面波(surface acoustic wave,SAW)传感器是一种用声表面波器件作为传感元件，能够将被测的物理量通过声表面波的速度或频率的变化反映出来，最终转换成电信号输出的一种无源无线传感器[1,2]。

声表面波传感器由于能将信号集中于基片表面，且具有高的工作频率和极高的信息敏感精度，因此，能快速地将其敏感的信息转换为电信号输出。

基于声表面波技术的无线传感器能够精确测量大量的物理、化学量，如温度、应力、气体密度等[3]。

经过多年的发展，目前已经形成了包括声表面波压力传感器、声表面波温度传感器、声表面波生物基因传感器、声表面波化学气相传感器以及智能传感器等多种类型[4～6]。

本文主要基于当前声表面波传感器的原理及在高温领域中的研究进展进行全面的讨论：阐述了声表面波传感器的原理；阐述了声表面波传感器的工作模式以及声表面波传感器的材料并给出结论及展望。

1 声表面波传感器原理声表面波器件主要由压电基片、叉指换能器(interdigital transducer,IDT)、声反射栅三部分组成振荡电路，用于接收来自外界的激励信号，并向外发送传感器产生的响应信号[7]。

声表面波传感器在变电站测温工作中的应用摘要：多零部件在长期的运行下，会由于工作时间积累而出现温度过高的情形，使得一些工作设备发热。

如果这一现象不能够被人们发现和处理，那么就会形成很严重的安全隐患，因此需要通过利用声表面波传感测温技术来对变电站的工作温度进行检测。

但是由于该测温技术是新兴起的一种测温技术，人们在这方面的发展和研究都还处于初期阶段，其使用的安全及实用性方面都存在一定缺陷。

为了推进声表面波传感器的技术研究，基于笔者的一些工作经验以及个人理解，在本文中主要对声表面波的技术和工作原理进行了介绍，并对声表面波在变电站工作温度的检测应用进行了相应的说明，希望借此来有效地解决过去测温技术中面临的一些实用性及可靠性的工作问题。

关键词：声表面波传感器；变电站测温工作；应用；随着我国经济的快速发展，人民的日益生活需求也在不断增长。

在当前阶段，变电站的稳定运行给人们的生活质量提供了更强有力的保障。

但是由于实际的变电站工作在其正常情况下会受到温度的影响，因此需要对变电站工作的温度进行采集和跟踪，通过借助声表面波传感器测温技术可以实现这一效果。

一、技术的简介声表面波实际上是一种其能量能集中在固体表面传输的弹性波，在传输过程中，通过固体的半空间介质来对信号进行表面传输，因此人们又把它称为表面声波。

该波在实际的运用过程中有以下几个特点：首先，波长非常短，并且传播的器件尺寸也非常小。

在电磁波的运用领域，一般采用电磁波原理器件的尺寸与其波长都是成正比关系的，然而声表面波的波长仅仅为普通电磁波波长的十万分之一，因此，通过利用该声表面波的技术所形成的器件尺寸一般都比较小，所以其器件的设计和安装方式有很多种。

其次，声表面波对应的器件生产非常容易。

由于应用于声表面波材料生产在半导体工艺方面制作非常简单，因此在生产方面可以大量进行批处理，并且生产工艺稳定性较高。

再次，声表面波的使用灵活性非常强，这主要是由于声表面波的波长较短形成的。

论文题目：声表面波加速度传感器关键技术的研究专业：检测技术与自动化装置硕士生：（签名）指导教师：（签名）摘要加速度传感器广泛应用于工业生产的很多领域，但是传统的加速度传感器由于其自身的一些缺点使得它无法在一些高精尖领域应用。

声表面波加速度传感器作为一种灵敏度极高，线性度好以及抗干扰能力极强的惯性传感器已经在航空航天和汽车制造等领域内得到了广泛应用。

因此，深入研究声表面波加速度传感器的传感机理及其检测技术，不仅具有理论意义，而且具有工程实用价值。

本文改进了传统悬臂梁式声表面波加速度传感器的差动结构，并完善了整个声表面波加速度传感器的信号检测系统。

本论文在悬臂梁式SAW加速度传感器研究方面取得的具体成果有：1. 为配合后续的混频电路以及全新的频率测量方法，对传统声表面波加速度传感器的差动方案进行了改进，抑制了温度干扰因素对加速度传感器的影响，而且降低了其加工制作的难度。

2. 为了使得频率计数单元能正常工作，设计了低通滤波放大电路，使用Multisim10对其进行了仿真研究，仿真结果表明所设计的滤波放大电路完全满足系统要求，各项参数均接近理论值。

3. 通过对于系统输出频率的测量可以计算出相应加速度的大小，传统的等精度测频法存在对标准信号计数的1±误差，本文将传统等精度测频法进行了改进消除了1±误差。

4.传统的测频法对于低频信号的测量误差较大，本文提出了利用基于声表面波带通滤波器的闸门时间可变测频法，提高了低频信号的测量精度。

关键词：声表面波(SAW)；悬臂梁式SAW加速度传感器；滤波器；等精度；频率研究类型：应用基础研究Subject :The Study on Crucial Technology in SAW Accelemeter Sensors Specialty :Detection Technology and Automation EquippmentName : Ma Huicheng (Signature)Instructor: Liu Junyao(Signature)ABSTRACTAcceleration sensors are widely used in many areas of industrial production. But due totheir own shortcomings, traditional acceleration sensors are impossible in some areas ofapplication of sophisticated. SAW accelerometer as a high sensitivity , excellent linearity, aswell as strong anti-interference ability inertial sensors has been widely used in aviation andaerospace and automotive manufacturing field. Therefore, the in-depth study of SAWaccelerometer sensing mechanism and detection technology, not only of theoreticalsignificance, but also of practical engineering value.This paper improves the differential Fabric of the traditional cantilever-type SAWacceleration sensor and perfect the whole signal detection system of it。

声表面波传感器的综述摘要：声表面波（SAW）是一种在固体浅表面传播的弹性波，SAW传感器是电子技术与材料科学相结合的产物。

由于SAW传感器具有非接触、快速、无电源、抗干扰、易编码、保密性好、成本低等优点，目前已广泛应用于许多领域。

同时，SAW传感器也朝着更高精度更智能化等发展趋势发展。

关键字：声表面波特点应用发展趋势1.声表面波的基本原理声表面波( surface acoustic wave，SAW)是英国物理学家瑞利在19世纪80年代研究地震波的过程中偶尔发现的一种能量集中于地表面传播的声波。

声表面波是一种在固体浅表面传播的弹性波，它存在若干模式，主要包括Rayleigh波、Love波、Lamb波、B2G波、漏剪切声表面波以及快速声表面波模式的准纵漏声表面波等[1]。

瑞利波是应用比较广泛的声表面波，瑞利波质点的运动是一种椭圆偏振，它是相位差为90°的纵振动和横振动合成的结果。

表面质点作反时针方向的椭圆振动，其振幅随离开表面的深度而衰减如图1所示，但纵振动与横振动的衰减不一致，其衰减规律如图2所示。

图1 在各向同性固体中，瑞利波质点运动随深度的变化图图2 在各向同性固体中，瑞利波的纵震动与横震动随深度的变化图由图可见，瑞利波能量集中在约1个波长深的表面层内。

频率愈高，集中能量层愈薄。

这一特点使SAW较体波更易获得高声强，同时该特点也使基片背面对SAW传播的影响很小，因而就SAW器件本身而言，对基片的厚度及背面质盘无严格要求[2]。

2.SAW传感器1965年，美国怀特和沃尔特默发表题为“一种新型声表面波声——电转化器”的论文，取得了声表面波技术的关键性突破，首次采用叉指换能器IDT激发SAW，加速了声表面波技术的发展。

SAW传感器是电子技术与材料科学相结合的产物，它由SAW 振荡器、敏感的界面膜材料和振荡电路组成。

SAW 传感器的核心部件是SAW 振荡器，由压电材料基片和沉积在基片上不同功能的叉指换能器所组成，有延迟线型(DL型) 和谐振器型(R型) 两种。

声表面波传感器的应用一．声表面波简介声表面波（SAW）技术是声学和电子学相结合而形成的一门新兴边缘学科。

在该技术的基础上,现已经成功地研制出声表面波带通滤波器、振荡器、表面波卷积器和传感器等声表面波器件。

由于声表面波器件具有体积小、可靠性高、一致性好以及设计灵活等优点,所以在雷达、通信等领域的研究得到了广泛的应用。

把声表面波技术应用于传感器技术领域在近十年来得到了很大的发展。

目前, 采用技术来研制力、加速度、温度、湿度、气体及电压等一系列新型传感器的工作逐渐成为传感器研究的一个热点。

二．声表面波传感器工作原理SAW传感器构成的识别系统由一个SAW传感器标签、一个带主动式天线的阅读器和一个信号后处理单元组成。

SAW 标签由传感器天线、压电模式、指换能器和经传感器体外编码的反射区组成。

传感器天线接收由远处阅读器发送来的访问电磁脉冲信号,通过叉指换能器转化为声表面波,遇到反射条后形成回波,回波通过叉指换能器重新转化为电磁波并再次通过天线发射出去。

这些回波信号形成了由晶体表面的反射条的数目和位置决定的脉冲序列,它类似于条形码图案,每个脉冲的时间延迟取决于SAW 传播速度。

信号后处理单元对脉冲延迟变进行估计,实时解调出识别码。

天线接收到询问信号后,由IDT将电信号转换为声波信号,声波信号撞击反射区。

反射区位置不同,个数不同,会产生不同的振幅和不同的相位变化。

三．声表面波传感器的应用（1） LiNb03的声表面波应用声表面波器件(SAW)的基本原理是在压电基体上通过光刻的方法制出由相互交叉的电极(一般为铝电极)组成的叉指电极(叉指换能器)，利用基片的压电效应激发起沿着表面层传播的高频超声波，从而实现滤波、延时、脉冲压缩与扩展、卷积等多种电子学功能。

叉指换能器的基本构造如图，换能器的中心频率f0由声表面波的相速vs和电极的周期λ0确定:fo=vs/λ0，即声表面波器件的中心频率和声波的传播速率成正比，与电极的周期成反比，所以提高器件的中心频率主要在于如何提高声表面波的传播速率和缩短电极周期，又因为光刻技术的限制不可能无限制地缩短电极周期，因此当前制作高频声表面波器件的关键在于选择合适的基体材料和不断提高改进基体的晶体质量和提高压电性能，同时降低传输损耗。

基于表面的声波传感器研究近年来，随着物联网技术的不断发展，人们的需求越来越多样化。

表面声波传感器技术就是其中之一，口碑极好，备受瞩目。

它是一种新型的传感器技术，通过声波的传播来实现对物体的检测、控制和测量等功能。

表面声波传感器的研究与发展，对于提高物联网的能力具有重要的意义。

一、表面声波传感器的基本原理表面声波传感器又称外延声波传感器，是集声学、电学和无线通信为一体的多学科交叉应用技术。

它利用了声波在晶体中的传播特性，通过晶体表面上的表面声波传播，来实现对物体的检测、控制和测量等功能。

表面声波传感器的基本原理是利用一种特殊的晶体振荡，它将高频信号转化为相应的表面声波，并将其传播到晶体的表面。

当表面声波通过晶体表面时，会受到被检测物体的反射干扰。

根据干扰的不同，我们就可以分析出被检测物体的各种相关参数信息，比如位置、速度、形态等等。

二、表面声波传感器的特点1. 传输速度快表面声波传感器的一个显著的特点是其传输速度非常快，同时还具有非常高的精确度。

这使得表面声波传感器不仅能够实时提供各种有用的数据信息，还可以确保高效的传输。

2. 适用范围广泛表面声波传感器的另一个优点是它的适用范围非常广泛，可以用于各种类型的物体测量和检测。

比如，在医学领域中，表面声波传感器可以用来测量人体的血流，检测心跳等等；同时，在制造业和工业生产领域中，它也可以用于检测各种机器设备的运行状态，从而保障设备的安全性和稳定性。

3. 精确性高表面声波传感器的另一个优点是其具有非常高的精确度。

这种精确性可以确保数据的准确性和有效性，便于进行后续的数据分析和处理。

4. 安装简单表面声波传感器的安装还非常方便，只需要简单的安装和调试即可。

这在各种实际场景下都可以节约时间和人力成本的同时，更加灵活和便捷。

三、表面声波传感器的应用表面声波传感器在各行各业中都有着广泛的应用。

下面我们来介绍一下它在不同领域中的具体应用。

1. 无线通信在无线通信领域中，表面声波传感器可以用于实现数据传输和收发信号等功能。

声波表面波无源无线温度传感器在开关柜测温中的研究与应用发表时间：2018-06-04T10:02:04.467Z 来源：《电力设备》2018年第1期作者：郭煜1 李超1 严文1 荣依群1 陈禄1 王江城2 [导读] 摘要：本文介绍了一种基于压电原理的无源无线温度传感器，该传感器具有体积小、安装方便、测量精度高、后期维护成本小、能通过电力监控系统实时进行监测等特点，已经受到电力系统的广大关注。

（1.国家电网西宁供电公司 810003；2.四川成瑞科技有限公司 610041）摘要：本文介绍了一种基于压电原理的无源无线温度传感器，该传感器具有体积小、安装方便、测量精度高、后期维护成本小、能通过电力监控系统实时进行监测等特点，已经受到电力系统的广大关注。

并成功应用于变电站开关柜触点测温中，对变电站实行状态检修具有重大意义。

关键词：传感器；压电效应；监测Abstract：This article introduces a passive wireless temperature sensor based on the piezoelectric effect.Featuring a series of advantages including a small size，easy installation，high measurement accuracy，low later-stage maintenance costs，real-time surveillance through the power monitoring system，etc.，this sensor has attracted extensive attention in the power sector.It has already been successfully applied in contact temperature measurement in the switch cabinets of transformer substations，which is of great significance in state-based maintenance of transformer substations.Key word：sensor Piezoelectric effect Monitor一、前言随着我国国民经济水平的持续快速发展，对电力需求也急剧增长，电网系统朝着大容量、高电压的方向迅猛发展，电力系统的安全稳定运行关乎着整个国民经济的发展。

声表面波传感器的原理及应用综述摘要：声表面波传感器能将信号集中于基片表面、工作频率高，具有极高的信息敏感精度，能迅速地将检测到的信息转换为电信号输出，具有实时信息检测的特性；另外，声表面波传感器还具有微型化、集成化、无源、低成本、低功耗、直接频率信号输出等优点。

国内目前已经形成了包括声表面波压力传感器、声表面波温度传感器、声表面波生物基因传感器、声表面波化学气相传感器以及智能传感器等多种类型。

关键词：声表面波；传感器；工作原理；应用1声表面波传感器的工作原理1.1声表面波声表面波是一种在固体浅表面进行传播的弹性波，具有多种模式，瑞利波是目前应用最广泛的一种声表面波。

不同类型的声表面波具有不同的特性，利用其制成的传感器可适用于不同场合探测。

1.2声表面波传感器的结构类型声表面波传感器的两种基本构型为延迟线型﹙delayline﹚和谐振型﹙resonator﹚。

延迟线型和谐振型声表面波传感器在结构上均由压电基片、叉指换能器和发射栅共同构成。

延迟线型声表面波传感器通过天线接收正弦激励信号，传递至叉指换能器﹙interdigital transducer，IDT﹚，正弦信号在压电基片激励出声表面波，实现声波和电信号的转换。

声表面波在压电基片上传播经过一段时间延迟到达反射栅，反射栅将部分声波反射回来，反射的声波又通过IDT转换为正弦激励信号，从而实现电声转换。

谐振型声表面波传感器将IDT置于2个全反射的反射栅间。

激励的声表面波的频率与谐振器频率相等时，声表面波在反射栅间形成驻波，反射栅反射的能量达到最大。

外部激励信号加载在输入IDT上，IDT将电信号转换为声表面波，声表面波沿压电晶体表面向两边传播，经两侧反射栅反射叠加由输出IDT输出，最终实现声/电转换。

1.3声表面波传感器的工作模式声表面波器件一般使用压电晶体﹙例如石英晶体等﹚作为媒介，然后通过外加一正电压产生声波，并通过衬底进行传播，然后转换成电信号输出。

一种用于图书档案库的小波加权式声表面波温度传感器的关键问题研究张静端【摘要】本文提出把声表面波温度传感器用于图书档案库的温度控制系统中。

当图书档案库中温度变化时，该温度传感器的输出频率与温度成线性关系，从而达到测量温度的目的。

同时还提出将输入换能器变迹加权函数、换能器的指条数对声表面波功率的影响作为两个关键问题进行了研究，并且解决了这两个关键问题。

在声表面波温度传感器的研究中，用小波函数对输入换能器进行变迹加权，导致于抑制了该温度传感器频率特性曲线的旁瓣。

换能器的指条数越多，产生的体声波越弱（即换能器的指条数越多，产生的声表面波越强）。

只要换能器的指条数大于40条时，产生的体声波可以忽略，而产生的声表面波是很强的。

并且对该温度传感器的设计、制作及实验进行了详细研究。

%We propose to apply the surface acoustic wave (SAW)temperature sensor in the temperature control system of library and archive.When the temperature of library and archive changes,the output frequency of the SAW temperature sen-sor is linear with the temperature,thus the temperature can be measured.We also present the trace weighted function of the in-put transducer,and the influence of transducer electrode-numbers on the SAW power as two key problems of the SAW temper-ature sensor.The solutions to these problems are achieved in this study.The wavelet function is used as the trace weighted function of the input transducer,so that the sidelobes for the frequency characteristic curve of the SAW temperature sensor are suppressed.The more the transducer electrode number are,the weaker thebulk acoustic wave (BAW)is (i.e.,the more the transducer electrode-numbers are,the stronger the SAW is).As long as transducer electrode numbers are more than 40,the ex-cited bulk acoustic wave (BAW)can be ignored,but the excited SAW is very strong.The design,fabrication and experiment for the SAW temperature sensor have been studied in detail.【期刊名称】《电子学报》【年(卷),期】2016(044)005【总页数】6页(P1162-1167)【关键词】图书档案库;声表面波温度传感器;旁瓣;换能器的指条数【作者】张静端【作者单位】东华大学图书馆，上海 201620【正文语种】中文【中图分类】TN011.4图书档案库对温度、湿度要进行控制和调节.当温度和湿度状况适应于图书和档案保护条件时,能够延长图书和档案的寿命.在图书和档案保护技术的实际工作中,对温度和湿度的调控要引起高度的注意,以科学的态度和方法去认识、解决这个问题[1～6].因为图书及档案只要在一定的温度和湿度下才能很好的保存,所以图书档案库的温度一般都是在14～240C,相对湿度应控制在45～60% 之间[1，2].本文重点研究用于图书档案库的温度传感器.由于图书档案库储藏功能的具体特性,所以对温度传感器提出了严格的要求如下:(1)要求温度传感器具有高可靠性和高稳定性;(2)要求温度传感器具有高灵敏度;(3)要求温度传感器响应时间快[7～19].温度传感器种类繁多,常用的有热电偶、热电阻(金属热电阻和半导体热电阻)、集成温度传感器等.热电偶是用两种不同金属材料制成的.两种不同金属材料两端接合成回路,当接合点的温度变化时,在回路中产生微小的热电势,利用这个热电势达到测量温度的目的.它有一个直接测量温度端叫热端,另一端叫冷端(也叫补偿端),并且冷端需要温度补偿电路,因而热电偶测量温度的电路相对比较复杂,成本比较高.一般测量温度范围为-50～1600℃.热电阻包括金属热电阻和半导体热电阻.金属热电阻通常有铂电阻和铜电阻.铂电阻的阻值与温度之间接近线性关系,常用的型号有Pt10、Pt100、 Pt1000,其中Pt100铂电阻的测量温度范围为-200～850℃,并且铂电阻是低温区最常用的一种温度传感器,其测量精度高,性能稳定.在温度精度要求不高情况下,可采用铜电阻.在-50～150℃的温度范围内,铜电阻的阻值与温度之间成线性关系,常用的型号有Cu50和 Cu100.半导体热电阻有严重的非线性,互换性比较差,测量温度范围为-50～300℃.传统的温度传感器,如热电偶、热电阻(金属热电阻和半导体热电阻)存在三个缺点:(1)在一些温度范围内线性度差;(2)热惯性大;(3)响应时间慢.集成温度传感器与传统的温度传感器相比,具有灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点.常用的集成温度传感器有LM135、LM235、LM335、LM3991、LM45,AD22103(电压输出型),AD590(电流输出型)等.这些常用的集成温度传感器输出信号都是模拟信号,所以容易受到干扰信号的影响.另外,也有数字信号输出集成温度传感器,如DS18B20,该集成温度传感器具有良好的抗干扰信号性能.声表面波温度传感器具有八个优良特性:(1)由于材料温度特性稳定,所以该温度传感器具有高可靠性和高稳定性;(2)一致性和重复性好,易于加工;(3)温度灵敏度高;(4)由于热容量和热导率高,所以响应时间快:(5)良好的线性度;(6)抗干扰信号性能强;(7)由于该传感器的输出频率高,所以容易制作成无线温度传感器;(8)成本低.图书档案库的温度控制系统要求温度传感器具有高可靠性、高稳定性、高灵敏度及响应速度快外,还希望选用无线温度传感器.通过对各种温度传感器的研究和分析,声表面波温度传感器能够满足图书档案库温度测量的要求.声表面波温度传感器现在仍是个较新的课题,它目前需要解决下列四个关键问题:(1)寻找温度系数较大的新的压电晶体材料;(2)设想对压电晶体表面进行适当的掺杂或镀上能够改变声表面波温度系数的绝缘膜;(3)输入换能器的变迹加权;(4)抑制体声波.如果解决了这四个关键问题,声表面波温度温度传感器的研制与开发会有新的突破. 本文重点研究一种用于图书档案库的声表面波式小波加权的温度传感器.当图书档案库中温度变化时,该温度传感器的输出频率与温度成线关系,从而达到了测量温度的目的.本文提出了将输入换能器变迹加权、输入输出换能器的指条数对声表面波功率的影响(即抑制体声波)作为两个关键问题进行了研究.将小波函数用于输入换能器变迹加权中,抑制了该温度传感器频率特性曲线的旁瓣.当输入输出换能器产生的声表面波功率与总功率比大(即它们产生体声波功率与总功率比小)时,输入输出换能器具有良好的频率特性.最后对该温度传感器的设计、制作及实验进行了详细研究. 图1是声表面波温度传感器的工作原理图.在图1中,输入换能器与输出换能器及放大器构成了一个振荡器,其振荡器的振荡频率.当声表面波温度传感器的压电基片表面温度发生变化时,引起声表面波的传播速度v和指条周期λ(即指条宽度a 和指间 b)变化,导致于该温度传感器的振荡频率(即输出频率)发生变化,即.从公式(3)中知道,当被测量温度T发生变化时,引起声表面波温度传感器的振荡频率f1发生变化,从而达到测量温度T的目的.由于声表面波温度传感器的输出频率f1高,所以容易制作成无线温度传感器,如图1所示.输入换能器变迹加权、输入输出换能器的指条数对声表面波功率的影响作为声表面波温度传感器的两个关键问题.在下面对这两个关键问题提出了解决的方法.输入换能器变迹加权是关键问题.输入换能器变迹加权可以采用小波函数、余弦平方函数及其它函数.小波函数对输入换能器频率特性曲线的旁瓣抑制最佳[9～19].因此,在本文采用小波函数对输入换能器进行了变迹加权.输入换能器指条重叠包络按照小波函数的包络函数进行变迹加权设计.尺度为2-1的Morlet小波函数[10～12].输入换能器的指条长度.在图1中所示的输入换能器的指条重叠包络按式(5)所示的函数进行设计.输入换能器的指条长度计算如下所示.在图2(a)中,当声表面波的传播时间t=0,n=1时,将t=0,n=1代入式(5)中得到输入换能器的指条1的长度.在图2(a)中,当声表面波的传播时间t=t1时,声表面波的传播时间.从表1知道指条宽度a=14.143μm,指间宽度b=14.143μm,1280Y=X LiNbO3压电基片的声表面波传播速度v=3960μm/μs.将a=b=14.143μm,v=3960μm/μs代入式(6)中得到：将t1=0.007142929293μs,n=2代入式(5)中得到输入换能器的指条2和2′的长度. 将t=2t1=2×0.007142929293=0.014285858μs,n=3代入式(5)中得到输入换能器的指条3和3′的长度同理,在图2(a)中,分别将3t1,n=4;4t1,n=5;…;99t1,n=100代入式 (5) 中,得到表2所示的输入换能器的指条长度.根据表1和表2的参数能够设计出输入换能的指条,如图2(a)所示.从图2(a)能够设计出输入换能器,如图2(b)所示.当输入输出换能器产生声表面波功率与总功率比大(即它们产生体声波功率与总功率比小)时,输入输出换能器具有良好的频率特性.体声波能够产生带内波纹,引起幅值和相位的畸变,也能增加插入损耗.体声波与换能器的指条数有关.换能器的指条数越多,产生的体声波越弱(即换能器的指条数越多,产生的声表面波越强).在表3中,只要换能器的指条数大于40条时,产生的体声波可以忽略.输出换能器是指条相等重叠、均匀周期的叉指换能器.它把声表面波信号变为电信号,并且它指条数比输入换能器指条数少,所以它的带宽比输入换能器的带宽大得多,导致于声表面波温度传感器的带宽由输入换能器的带宽决定.在表1中,输入换能器的指条数是199条,输出换能器的指条数是48条,所以输入输出换能器产生的体声波可以忽略,而产生的声表面波是很强的,导致于输入输出换能器具有良好的频率特性曲线,如图5所示.在1280Y-X LiNbO3压电基片上,制造出了声表面波温度传感器,如图3所示.表4是图3所示声表面波温度传感器的实际测量数据.根据表4数据和最小二乘法,建立温度T与声表面波温度传感器的输出频率f1之间的函数关系,即,式中,是f1的曲线和实验数据之间的最大偏差,f1Fs是声表面波温度传感器满度值. 从图5所示输入输出换能器的频率特性曲线知道:小波函数对输入换能器的加权能够有效抑制频率特性曲线的旁瓣.f1FS=f1(0℃)-f1(100℃-(69.976719-5.322857×10-5×100)从图4、表4和式(7)知道|Δf1max|=|69.973637-(69.976719-5.322857×10-5×60)|从式(11)知道该温度传感器的相对线性度误差是2.1%.实验结果表明:(1)从表4和图4知道被测的温度T(℃)与声表面波温度传感器输出频率成线性关系,从而达到测量温度的目的;(2)从图5所示输入输出换能器的频率特性曲线知道小波函数对输入换能器的加权能够有效抑制频率特性曲线的旁瓣;(3)由于铌酸锂晶体具有很高的居里温度( 1200℃ ),在很大的温度范围内有稳定的物理和化学性能,所以铌酸锂制作的温度传感器可以在更宽温度范围及更高温度(1000℃左右)中使用.图书档案库的温度一般都是在14～24℃,所以在本文中,用铌酸锂制作的温度传感器只作了0～100℃实验.从实验结果知道声表面波温度传感器能够用于图书档案馆库温度控制系统中.本文用声表面波器件制作出了温度传感器,把声表面波温度传感器用于图书档案库的温度控制系统中.提出了将输入换能器变迹加权函数、换能器的指条数对声表面波功率的影响作为两个关键问题进行了研究,并且解决了这两个关键问题.最后对该温度传感器的设计、制作及实验进行了详细研究.从而得到了六个结论:(1)在声表面波温度传感器的研究中,用小波函数对输入换能器进行变迹加权,导致于抑制了该温度传感器频率特性曲线的旁瓣;(2)换能器的指条数越多,产生的体声波越弱(即换能器的指条数越多,产生的声表面波越强).只要换能器的指条数大于40条时,产生的体声波可以忽略,而产生的声表面波是很强的;(3)该温度传感器具有声表面波器件的优良特性,即可靠性高、生产的重复性高,良好的稳定性及响应时间快;(4)该温度传感器具有灵敏度高、线性度好及抗干扰性能强等特性;(5)由于该温度传感器的输出频率高,所以容易制作成无线温度传感器;(6)该温度传感器适应用于图书档案馆库及其它类似的场所使用.张静端女,1963生于陕西西安,本科,工程师,研究方向为传感器技术及图书馆管理系统.。

基于声表面波温度传感器的在线测温系统设计与开发姚建华;项镭;孔鸣;吕旭军;赵俊【摘要】声表面波测温是一种新型的测温方法，具有无源无线、易安装易维护以及能在恶劣环境下工作等优点。

利用声表面波测温的优势，设计并开发了基于声表面波温度传感器的在线测温系统。

系统软件设计基于IEC软件模型，结构合理、可靠性高，并参照IEC标准实现了与上层系统的通信；硬件设计采用分散-集中的配置方法，确保系统的高可靠性和易维护性。

%Acoustic surface wave temperature measurement is a new method of temperature measurement, which is source free and wireless, easy installation and maintenance and suitable for working in harsh environ-ment. By utilization of acoustic surface wave temperature measurement, an on-line temperature measurement system is designed and developed based on acoustic surface wave temperature sensor. The design of system software is based on IEC software model, and is structurally reasonable, highlyreliable;furthermore, it is in accordance with IEC standard and realizes intercommunication of top systems. The hardware configuration adopts deconcentration-concentration method, making the system highly reliable and easy to maintenance.【期刊名称】《浙江电力》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】4页(P19-21,44)【关键词】高压带电设备;变电站;声表面波;在线测温【作者】姚建华;项镭;孔鸣;吕旭军;赵俊【作者单位】国网浙江德清县供电有限公司，浙江德清 313200;国网浙江德清县供电有限公司，浙江德清 313200;国网浙江德清县供电有限公司，浙江德清313200;国网浙江德清县供电有限公司，浙江德清 313200;国网浙江德清县供电有限公司，浙江德清 313200【正文语种】中文【中图分类】TM4060 引言电力系统高压带电设备中存在众多连接点，如隔离开关触头、高压开关柜插头等，这些连接点若存在质量不合格、安装不到位或长期过载、接头松动、老化等情况时，极易形成较大的接触电阻，将在运行中产生过高的热量，导致设备烧毁，造成停电[1]。