一種具有橢圓電極的壓電體聲波傳感器的製作方法
2024-02-19 20:33:15
專利名稱：一種具有橢圓電極的壓電體聲波傳感器的製作方法
技術領域：
本發明屬於電子測量技術領域，特別涉及一種適於液相和氣相測量的具有橢圓電極的壓電體聲波傳感器。
背景技術：
基於厚度剪切波模式的壓電傳感器由於有極高的質量靈敏度已廣泛用於各種氣相和液相的生物化學 測量中。這種傳感器通常由具有一定晶體切向的壓電晶體片和分布於晶體片兩表面的金屬電極組成。通過 在電極上施加交變電壓會在壓電晶體片中激發沿厚度方向傳播的剪切波。當與壓電傳感器表面接觸的介質 性質變化時，剪切波的傳輸參數包括振蕩頻率和幅值隨之發生變化。通過外部電路測量這種變化便可以感 知介質性質的變化。
根據壓電體聲波傳感器設計原理，傳感器的振蕩頻率由壓電晶體片的厚度決定，頻率越高的器件靈敏 度越高。電極是壓電傳感器的重要組成部分，電極的材料、形狀、厚度和大小會直接影響壓電傳感器的品 質因數(qualityfactor, Q值)和動態阻抗等關鍵參數，進而影響傳感器的頻率穩定性和負載測量範圍。
現有的壓電體聲波傳感器通常採用圓形電極。由於壓電體聲波傳感器表面的質點位移主要沿某一特定 晶軸方向，具有非圓形對稱性(例如AT-切石英晶體體聲波傳感器的表面質點位移主要沿X晶軸方向)， 現在普遍使用的圓形電極在激發厚度剪切波時存在許多不足，此類壓電傳感器在應用中也有較大局限性。
發明專利《壓電晶體諧振器電極形狀設計方法，專利申請號200810030833.7 報導了一種涉及讓壓電 諧振器電極形狀在每個方向都滿足Bechmann係數的優化設計方法。此方法設計的壓電諧振器雖然性能有 所提高，但在許多方面並不適合於傳感器應用。例如，這種辦法獲得的電極形狀比較複雜，特殊情況下雖 然近似橢圓但仍不是標準橢圓，造成器件加工工藝複雜，成本提高。另外，液相應用的壓電體聲波傳感器 為屏蔽邊緣電場對測量的影響，通常會在與液體接觸的壓電晶體片表面全部覆蓋金屬電極等。本發明在大 量實驗的基礎上，提出一種加工簡單，性能優越的具有橢圓電極的壓電體聲波傳感器。
發明內容
本發明目的在於克服已有壓電體聲波傳感器測量性能的不足，提出一種以器件中厚度剪切波最大位移 方詢為長軸的橢圓形電極的壓電體聲被傳感器。本發明提出的壓電體聲波## 很好的改善子器件^ 質 因數，大大增加了傳感器的負載測量範圍，特別是對高粘度液體的響應特性。此外，本傳感器還具有結構 簡單，製作方便，通用性強和可靠性高的優點。
本發明提出的技術方案包括
1. 一種具有橢圓電極的壓電體聲波傳感器，包括一個壓電晶體片和分布於壓電晶體片兩表面的金屬電極 以及電極引線，其特徵在於壓電晶體片兩表面的金屬電極至少一個是橢圓形伏。2. 根據權利要求1所述的一種具有橢圓電極的壓電體聲波傳感器，其特徵在於所述的橢圓形狀的橢圓長 軸與壓電晶體片中厚度剪切波最大位移方向一致。
3. 根據權利要求1所述的'一種具有橢圓電極的壓電體聲波傳感器，其特徵在於所述的分布於壓電晶體片 兩表面的金屬電極包括只有一個金屬電極為橢圓形狀時，此橢圓形狀的面積小於另一個非橢圓形狀金 屬電極的面積。
4. 根據權利要求l所述的一種具有橢圓電極的壓電體聲波傳感器，其特徵在於所述的壓電晶體片是具有 一定晶體切向並支持厚度剪切波的單晶或多晶壓電晶體片。
5. 根據權利要求l所述的一種具有橢圓電極的壓電體聲波傳感器，其特徵在於所述的壓電晶體片包括生 長在一定基底表面的壓電晶體薄膜。
當本壓電體聲波傳感器用於氣相測量時，通常傳感器的兩個電極都設計成橢畫形狀且大小相同，電極 表面塗敷的敏感膜吸附被測物質而引起傳感器振蕩頻率或幅值的變化。與具有傳統圓形電極的傳感器相 比，相同工作頻率條件下，本傳感器工作時的頻率穩定性更高，信號噪聲低從而導致測量靈敏度提高。
當本壓電體聲波傳感器用於液相測量如液體粘度測量時，通常傳感器只有一個表面與被溯液體接觸。
為消除厚度剪切波邊緣電場對測量結果的影響，與液體接觸的壓電晶體片表面全部覆蓋金屬電極並與外部 電路的地連接，而另一個表面的橢圓電極長軸與剪切波的最大位移方向一致。與傳統具有圓形電極的壓電 傳感器相比，本壓電體聲波傳感器可以在更高粘度的液體中工作，因而具有更大的粘度測量範圍。本發明 提出的傳感器電極結構也適用於生長於特定基底表面的壓電薄膜諧振傳感器。
本發明提出的一種具有橢圓電極的壓電體聲波傳感器包括但不局限於以下幾種結構
1. 壓電晶體片兩個表面的金屬電極都是橢圓形狀金屬電極。
2. 傳感器的一個電極是覆蓋整個壓電晶體片表面的金屬電極，另一個是橢圓形狀金屬電極。
3. 傳感器的一個電極為橢圓形電極，另一個電極可以是任何形狀的非橢圓電極，但橢圓電極的面積相比 較小。
本壓電體聲波傳感器使用的壓電晶體片包括單晶體壓電材料和多晶體壓電材料。石英晶體是常用的一 種單晶壓電材料，Y切石英晶體支持厚度剪切波，且剪切波的最大位移方向與晶體的X晶軸方向一致。此 夕卜，許多多晶壓龜材料t&r-泛Sffl手製造傳感-^^I壓電P^等。
以下結合附圖對發明作進一步詳細說明。
附
圖1為本發明提出的具有雙面橢圓電極的壓電體聲波傳感器示意附圖2為本發明提出的具有單面橢圓電極和單面傳統圓形電極的壓電體聲波傳感器示意圖附圖3為本發明提出的具有單面橢圓電極和單面全電極的壓電體聲波傳感器示意圖
具體實施例方式
實施例1,石英晶體雙橢圓電極壓電體聲波傳感器。如圖1所示，採用AT切石英晶體為傳感器的壓 電晶體片.1, 2是分布於晶體上表面的橢圓電極，3是分布於晶體下表面的橢圓電極。2和3的長軸方向與 石英晶體的X晶軸方向一致。4和5是傳感器的電極引線，具有多種形狀，通過它們傳感器與外部電路連接。
實施例2，石英晶體單橢圓電極壓電體聲波傳感器。如圖2所示，6是AT切石英晶體片，7是分布於 晶體下表面的圓形電極，8是分布於晶體上表面的橢圓電極。橢圓電極的面積小於下表面的圓電極。
實施例3:石英晶體單面橢圓電極和單面全電極的壓電體聲波傳感器。9是AT切石英晶體片，10覆 蓋晶體片上表面的全電極，11是分布於晶體片下表面的橢圓電極，橢圓電極的長軸與石英晶體的X晶軸 方向一致，12是橢圓電極的電極引出線，13為上表面全電極的電極引出線，此處上表面的電極被13引到 晶體的下表面與外部電路連接。
權利要求
1. 一種具有橢圓電極的壓電體聲波傳感器，包括一個壓電晶體片和分布於壓電晶體片兩表面的金屬電極以及電極引線，其特徵在於壓電晶體片兩表面的金屬電極至少一個是橢圓形狀。
2. 根據權利要求1所述的一種具有橢圓電極的壓電體聲波傳感器，其特徵在於所述的橢圓形狀的橢圓長 軸與壓電晶體片中厚度剪切波最大位移方向 一致。
3. 根據權利要求1所述的一種具有橢圓電極的壓電體聲波傳感器，其特徵在於所述的分布於壓電晶體片 兩表面的金屬電極包括只有一個金屬電極為橢圓形狀時，此橢圓形狀的面積小於另一個非橢圓形狀金 屬電極的面積。
4. 根據權利要求1所述的一種具有橢圓電極的壓電體聲波傳感器，其特徵在於所述的壓電晶體片是具有 一定晶體切向並支持厚度剪切波的單晶或多晶壓電晶體片。
5. 根據權利要求l所述的一種具有橢圓電極的壓電體聲波傳感器，其特徵在於所述的壓電晶體片包括生 長在一定基底表面的壓電晶體薄膜。
全文摘要
一種具有橢圓電極的壓電體聲波傳感器，包括一個壓電晶體片和分布於晶體片兩表面的金屬電極以及電極引線。其特徵在於壓電晶體片兩表面的金屬電極至少一個是具有橢圓形狀的金屬電極，橢圓形狀的橢圓長軸與壓電晶體片中厚度剪切波最大位移方向一致。本發明屬於電子測量技術領域，特別涉及一種適合於氣相和液相測量的壓電體聲波傳感器。本發明提出的壓電體聲波傳感器很好的改善了器件的品質因數，大大增加了傳感器的負載測量範圍，特別是對高粘度液體的響應特性。此外，本傳感器還具有結構簡單，製作方便，通用性強和可靠性高的優點。
文檔編號G01N29/036GK101520436SQ20091010480
公開日2009年9月2日 申請日期2009年1月7日 優先權日2009年1月7日
發明者雷 周, 峰 張, 施曉燕, 曉 趙 申請人:峰 張