一、前言
传感器是把客观世界中包含的各种信息通过各种载体尽量多的转换出来,出于人类自身认识和思维的促限性等原因,人们习惯于接受和处理电磁信号携带的信息;因此www.cechina.cn,在以电磁信号为载体的信息社会迅速发展的今天,传感器的重要性就不言而喻,由于当前理论、设计、工艺等发展的局限性CONTROL ENGINEERING China版权所有,人们在现有已建立信息系统的模型、信息载体的种类的基础上的信息敏感、信息传输和信息利用各个环节上不可避免的造成信息大量失真,在理论上已为人们所认识;如何解决这个问题呢?鉴于SAW技术自身的技术特点:工作频率高(GHz量级)、信息载体信号(电磁—机械运动)能量集中、运动的表面化(易于工艺处理)、微细线条加工工艺成熟等原因,使得SAW成为各类传感器当前研究的热门,近年在应用上取得突破性进展,成为当前信息敏感的标志性技术之一。
图1:SAW器件原理
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<1>、SAW器件性能易受外界各物理因素影响,对信号处理器来说,这是它是必需克服的弱点,而对于信息敏感器来说,这正是它作所必需的。因而,SAW器件的信号模拟处理特点为其成为信息敏感器奠定了物理基础。
<2>、SAW信号能量集中在基片的1~2波长范围内,其对外界量变的响应较其它信号更为敏感,因而,SAW信息敏感技术不但可以实现多种物理量(如温度T、压力P、湿度H等)的高精度敏感,还为化学、生物等微量物质的敏感奠定了技术基础。
<3>、SAW传播速度为103m/s量级(比电磁波慢5个数量级),易于实现SAW传感器的微型化、阵列化。
<4>、当且与半导体技术融合时,奠定了SAW传感器的综合化、智能化、低成本大规模生产以及广泛应用的技术基础。
基于上述SAW技术的自身特点以及当前信息敏感技术发展的需求,SAW传感器,包括SAW温度传感器,SAW压力传感器、SAW湿度传感器、SAW化学气体传感器、SAW液相传感器等,国际上早在二十世纪七十年代以后就有研究报告出现。近年来,随着环境保护及反恐的需要,SAW传感器再次宣起新的研究高潮,特别是SAW化学、生物传感器,更是受到各国高度重视,如美国电子传感器技术公司推出了用于环境监测的4100型手持式SAW气体传感器,于1998年通过美国EPA认证;美国微传感系统公司2002年推出了HAZMATCADTH型系列SAW化学战剂检测器;JCADSAW综合化学战剂传感器已于2000年后批量装备部队,美国国防部计划在5个财年内作为制式仪器装备美军270000部。国内SAW传感器发展始于二十世纪八十年代,对机载SAW压力传感器、SAW温度传感器、SAWCO化学气相传感器、SAW生物基因传感器等进行了初步研究。本文对SAW传感器的基本概念、结构、应用及发展中的问题作了一个概述。
二、SAW传感器的基本工作原理
外界物理量的变化将引起SAW器件输出信号幅度和频率(相位)的变化。
1、SAW幅度影响