基于SAW器件的狭缝间作用力监测传感器.pdf

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1、2014正仪表技术与2014第1期InstrumentTechniqueNo．1基于SAW器件的狭缝间作用力监测传感器李海宁，丁杰雄，姜忠，付陆元，刘广民(1．电子科技大学机械电子工程学院，四川成都611731；2．中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川绵阳621900)摘要：为了测量由两曲面组成的狭缝间的作用力，研究设计了一种基于单端声表面波(SurfaceAcousticWave，SAW)谐振器的接触应力传感器并研究了其制作工艺。首先，围绕曲面狭缝环境，讨论了作用力测量的传感技术方案，并针对不同的力敏结构在COMSOLMuhiphys

2、ics软件下进行了应力仿真，进而确定了声表面波谐振器和支撑基底的尺寸参数；其次，结合MEMS工艺对单端SAW谐振器的制作工艺进行了研究，并针对狭缝环境提出一种新型SAW器件封装方式。通过对声表面波传感器设计与制作过程的探究，验证了利用声表面波进行狭缝空间应力测量的可行性。关键词：声表面波谐振器；曲面狭缝；应力仿真；MEMS工艺；封装方式中图分类号：TN65文献标识码：A文章编号：1002—1841(2014)01—0007—04SAWSensorforMonitoringLoadinSlitLIHal-ning，DINGJie—xiong，J

3、IANGZhong，FULu—yuan，LIUGuang—min(1．SchoolofMechanical，Electronic，andIndustrialEngineering，UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina，Chengdu611731，China；2．InstituteofMechanicalManufacturingTechnology，ChinaAcademyofEngineeringPhysics，Mianyang621900，China)Abstract：Inor

4、dertomeasurethepressureincurvedslit，acontactstresssensorbasedonone-portsurfaceacousticwavere—sonatorswasproposedandthemanufacturewasstudied．Firstly，thesensingschemeaboutcurvedslitstressmeasuringwasdis—cussed．ThestresssimulationsinCOMSOLMultiphysicswithdifferentforee—sensiti

5、vestructureswerepresented．ThedetailedsizesofSAWresonatorandsupportingbasesweresuggested．Secondly，combiningwithMEMSprocessmanufacturingtheSAWRresona—torwasdiscussedandanovelpackagedtypeofSAWRincurvedslitwasproposed．ByexploringthedesignandprocessofSAWstresssensor，theresultssh

6、owsthatitisfeasibletomeasurepressureinslitbasedonSAW．Keywords：surfaceacousticwaveresonators；curvedslit；stresssimulations；MEMSprocess；packagetype0引言相比之下，国内学者对SAW传感技术的研究较为滞后，但在由两个曲面组成的狭缝中，柔软弹性介质作为力敏传递是仍然取得了许多成果。2006年西北工业大学何举鹏，戴冠中单元嵌于狭缝中，测量弹性介质表面承受的作用力有着实用价等人通过力学分析得出了圆形石英膜片的半径

7、、厚度和最大载值和技术意义。受狭缝空间的限制，传感器需要具有尺寸小、荷的关系J。2008年李天利、郑亮等设计出一个温度和压力混灵敏度高、信号易于接收处理等特点。传统的有线有源测量方合的SAW传感器，通过引入权重因子，把压力信号从温度和压式在这种特殊环境下并不适用，而基于声表面波原理的无线无力共同影响的混合信号中分离出来，从而达到温度和压力同时源传感技术可以为狭缝间的作用力测量提供一种可行途径。检测的目的。声表面波最初是在研究地震波时被发现的，但是直到201基于SAW器件的作用力传感器设计世纪80年代，随着对声表面波性质认识和外界因素对其影响基

8、于SAW器件的作用力传感器的设计包括作用力监测系特性研究的深入，声表面波才被用来制作各种各样的传感器。统的搭建、SAW器件的设计、力敏结构的仿真三部分。由于声表面波