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一、前言 傳感器是把客觀世界中包含的各種信息通過各種載體盡量多的轉(zhuǎn)換出來，出于人類自身認(rèn)識(shí)和思維的促限性等原因，人們習(xí)慣于接受和處理電磁信號(hào)攜帶的信息；因此，在以電磁信號(hào)為載體的信息社會(huì)迅速發(fā)展的今天，傳感器的重要性就不言而喻，由于當(dāng)前理論、設(shè)計(jì)、工藝等發(fā)展的局限性，人們?cè)诂F(xiàn)有已建立信息系統(tǒng)的模型、信息載體的種類的基礎(chǔ)上的信息敏感、信息傳輸和信息利用各個(gè)環(huán)節(jié)上不可避免的造成信息大量失真，在理論上已為人們所認(rèn)識(shí)；如何解決這個(gè)問題呢？鑒于SAW技術(shù)自身的技術(shù)特點(diǎn)：工作頻率高(GHz量級(jí))、信息載體信號(hào)(電磁—機(jī)械運(yùn)動(dòng))能量集中、運(yùn)動(dòng)的表面化(易于工藝處理)、微細(xì)線條加工工藝成熟等原因，使得SAW成為各類傳感器當(dāng)前研究的熱門，近年在應(yīng)用上取得突破性進(jìn)展，成為當(dāng)前信息敏感的標(biāo)志性技術(shù)之一。 圖1：SAW器件原理 SAW技術(shù)的發(fā)展起源于二十世紀(jì)六十年代初期，至今已有四、五十年的歷史。其基礎(chǔ)理論、應(yīng)用設(shè)計(jì)、工藝技術(shù)、計(jì)算模型等方面的研究已非常充分，聲表面波(SAW)是一種傳播于基片界面的機(jī)械波，如圖1所示，鑒于SAW技術(shù)特點(diǎn)，推動(dòng)一類新型、功能強(qiáng)大的SAW信號(hào)處理中的實(shí)現(xiàn)，從而在二十世紀(jì)七十年代后期推動(dòng)了國(guó)內(nèi)外寬帶擴(kuò)頻技術(shù)在各類電子系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用。但它具有不可回避的缺點(diǎn)。如：器件性能如器件工作頻率、插入損耗、時(shí)間延遲、相位延遲等受溫度、壓力、濕度等外界物理因素影響較大；因此，作為信息傳輸用的信號(hào)處理器，隨著當(dāng)前信息傳輸特點(diǎn)和需求的迅速發(fā)展，技術(shù)弱點(diǎn)越來越凸顯。然而，正是由于SAW技術(shù)的上述優(yōu)點(diǎn)和不足。奠定了SAW技術(shù)在信息敏感領(lǐng)域的獨(dú)特地位。 、SAW器件性能易受外界各物理因素影響，對(duì)信號(hào)處理器來說，這是它是必需克服的弱點(diǎn)，而對(duì)于信息敏感器來說，這正是它作所必需的。因而，SAW器件的信號(hào)模擬處理特點(diǎn)為其成為信息敏感器奠定了物理基礎(chǔ)。 、SAW信號(hào)能量集中在基片的1～2波長(zhǎng)范圍內(nèi)，其對(duì)外界量變的響應(yīng)較其它信號(hào)更為敏感，因而，SAW信息敏感技術(shù)不但可以實(shí)現(xiàn)多種物理量(如溫度T、壓力P、濕度H等)的高精度敏感，還為化學(xué)、生物等微量物質(zhì)的敏感奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。 、SAW傳播速度為103m/s量級(jí)(比電磁波慢5個(gè)數(shù)量級(jí))，易于實(shí)現(xiàn)SAW傳感器的微型化、陣列化。 、當(dāng)且與半導(dǎo)體技術(shù)融合時(shí)，奠定了SAW傳感器的綜合化、智能化、低成本大規(guī)模生產(chǎn)以及廣泛應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)。 基于上述SAW技術(shù)的自身特點(diǎn)以及當(dāng)前信息敏感技術(shù)發(fā)展的需求，SAW傳感器，包括SAW溫度傳感器，SAW壓力傳感器、SAW濕度傳感器、SAW化學(xué)氣體傳感器、SAW液相傳感器等，國(guó)際上早在二十世紀(jì)七十年代以后就有研究報(bào)告出現(xiàn)。近年來，隨著環(huán)境保護(hù)及反恐的需要，SAW傳感器再次宣起新的研究高潮，特別是SAW化學(xué)、生物傳感器，更是受到各國(guó)高度重視，如美國(guó)電子傳感器技術(shù)公司推出了用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的4100型手持式SAW氣體傳感器，于1998年通過美國(guó)EPA認(rèn)證；美國(guó)微傳感系統(tǒng)公司2002年推出了HAZMATCADTH型系列SAW化學(xué)戰(zhàn)劑檢測(cè)器；JCADSAW綜合化學(xué)戰(zhàn)劑傳感器已于2000年后批量裝備部隊(duì)，美國(guó)國(guó)防部計(jì)劃在5個(gè)財(cái)年內(nèi)作為制式儀器裝備美軍270000部。國(guó)內(nèi)SAW傳感器發(fā)展始于二十世紀(jì)八十年代，對(duì)機(jī)載SAW壓力傳感器、SAW溫度傳感器、SAWCO化學(xué)氣相傳感器、SAW生物基因傳感器等進(jìn)行了初步研究。本文對(duì)SAW傳感器的基本概念、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用及發(fā)展中的問題作了一個(gè)概述。 二、SAW傳感器的基本工作原理 外界物理量的變化將引起SAW器件輸出信號(hào)幅度和頻率（相位）的變化。 1、SAW幅度影響 SAW在壓電基片上傳播，將有幾種類型的與外界的相互作用，這些作用都將造成SAW能量的改變，它們包括：a、對(duì)SAW能量吸收千萬的直接能量損耗；b、由于SAW傳播偏離接收換能器而造成的間接能量損耗。在這兩種情況下，SAW接收換能器所接收的SAW能量(相對(duì)應(yīng)于SAW信號(hào)幅度)都要減小，其輸出的RF信號(hào)電壓幅度相應(yīng)減小。 2、SAW速度(頻率)干擾 涂覆單位面積質(zhì)量，h或ρ的微小變化也將引起振蕩器振蕩頻率的變化。由單位質(zhì)量負(fù)載變化引起的頻率變化幅度與工作頻率f成平方關(guān)系，k1,k2是與材料有關(guān)的常量。 3、SAW傳感器的兩種信號(hào)檢測(cè)方式 SAW傳感器的兩種信號(hào)檢測(cè)方式：頻率檢測(cè)方式和相位檢測(cè)方式如圖2所示 三、SAW傳感器在無源標(biāo)識(shí)器中的應(yīng)用 3、SAW無源標(biāo)識(shí)器（IDT）及其應(yīng)用。 SAW無源識(shí)別器還在汽車制造、物流、高壓輸電設(shè)備安全監(jiān)控、道路自動(dòng)收費(fèi)(ETC)、門禁控制/電子門票、動(dòng)物身份標(biāo)識(shí)與跟蹤、圖書銷售與管理、航空行李處理、郵件/快運(yùn)包裹處理、生產(chǎn)制造和裝配、食品生產(chǎn)與銷售等等方面獲得應(yīng)用。可以說，SAW無源識(shí)別器將在現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)一席之地，將成為SAW技術(shù)應(yīng)用的又一高潮。 在RFID系統(tǒng)上的應(yīng)用 |
