專利名稱：無線問答表面波技術傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種無線問答無源傳感器。
與本發明相關的表面波裝置連同傳感器從專利WO 93/13495、WO/CH93/00252、US-A-3273146、US-A-4725841及專利US-A-4620191中已為人所知。
所引用的公開專利描述了構造和運用各種表面波裝置的方法，這些裝置都有共同的因數，即借助叉指換能器，在壓電基底上從電信號產生表面波，這些表面波在基底表面通常基本上沿垂直于換能器電極的叉指準線方向傳播。借助第二個叉指換能器，甚至可以是上面描述過的換能器以雙模式工作，能夠從表面波恢復在特性上被改變了的射頻信號。如在以前的技術中所描述的，那種表面波裝置還可以包含其他結構，諸如反射器結構，其他換能器結構等等。例如，它也可以有色散的反射器/換能器濾波器結構，編碼的濾波器結構，等等。
本發明的一個基本方面及要素是無線問答表面波技術傳感器是無源的，即不需要(直流)電源，射頻信號，例如瞬時脈沖、調頻連續波(FM-CW)信號和線性調頻脈沖等從遠程射頻發射機被發射至此傳感器。
傳感器部分的表面波裝置，即它的輸入換能器結構為此目的而安裝一個天線用于發射脈沖的無線接收。一個相應的天線被連接到表面波裝置的經二個換能器結構，或者在已提到過的以雙模式工作的一換能器情況中，同樣的天線被用來發射回表面波裝置的響應脈沖信號，它在一個遠程接收機上被接收。被發射回的響應脈沖信號通常不同于由表面波裝置接收的信號，即要根據待確定的電流強度測量值，這實際上是因為在表面波裝置上的物理作用。
無線問答表面波裝置已被用于公路收費系統、道路隧洞等中，但在這里是涉及用于目標識別的響應脈沖信號預編程單個編碼的探測。無線問答表面波裝置也已被用于計量學，這些裝置一般被構造成延遲線，從事測量是為了計量的目的，以致在表面波裝置中待確定的測量值引起聲波在傳播時間上的變化。此變化可以基于在基底中的電場(橫向定向于表面波的傳播方向)，該電場通過諸如壓電效應在基底相應的部分區域產生在傳播時間上的變化(專利EP 0166065)。例如，利用在聲波傳播時間上的變化的溫度傳感器是眾所周知的(專利EP 0465029)。一種利用在表面波裝置基底表面的組織薄膜阻抗變化的裝置適合于測量該薄膜的表面加載，例如一種待識別/數值測量的化學物質(電子信函，23卷(1987)，No.9,446/447)。一種相關的壓力儀也是已知的，在其中基底的力學特性，諸如彎曲，作為表面波裝置基底材料中的壓力的函數而變化，引起聲波在傳播時間上的變化，使之可用于確定測量值(Proceedings IEEE，64卷，(1976)，754-6頁)。然而，在此最后提到的裝置中，沒有設置遠程無線問答。
本發明的目的是提供一種新的結構用于借助表面波的遠程問答、無線問答傳感器件。
此目的通過權利要求1借助一種裝置完成，該裝置具有-帶表面波結構的表面波裝置和(至少)一個天線；-(至少)一個靈敏阻抗元件作為傳感器部件，具有發射和接收天線及電子評價器件的射頻發射機和接收機；其中，阻抗元件處于由傳感器部件所探測的效應中，并被電連接到表面波結構。發射機用于問答脈沖的無線電發射，接收機與其評價，器件用于無線電接收及在表面波裝置脈沖響應中被該效應影響的變化的定性/定量評價。
該阻抗元件可以是一種電抗元件(例如一種依賴于磁場的元件)，它被電連接到表面波裝置的至少一個表面波結構。作為由傳感器探測的效應的函數，阻抗元件必須適合于改變其電阻抗性能。
參考附圖，給出了本發明的進一步解釋。
圖1、2和3示出了用于按照本發明的傳感器表面波裝置的實施例，在每個例子中帶有被連接的阻抗元件。
在圖1至圖3所示出的例子中，各表面波裝置21具有雖然簡單、但能夠解釋用于本發明的表面波裝置工作機理本質的結構。22指表面波裝置21的壓電基底。在基底22的一個表面，叉指換能器結構23以已知的方式被設置。24指天線，包含兩個偶極子。但也可以設置另外的天線結構，例如板形天線，環形天線等。射頻問答信號30由天線24接收，在兩個偶極子間產生的射頻電壓加到換能器23的兩個叉指結構上。作為輸入換能器的換能器23產生的表面波25在基底22的表面上/中傳。該表面波由25示意性地表明。當它傳播時，它也進入結構26的作用區，26由于其指條而對波26起到反射器的作用。因為結構26(同時)被設計成叉指結構，如圖所見，阻抗元件12被電連接到它的兩個叉指結構，元件12對射頻電壓起到電端阻抗的作用，借助聲表面波，在結構26中又產生射頻電壓。因為元件12的電阻抗作為該效應的幅度的函數而變化，這引起結構26(復)電端阻抗的變化。一個影響被產生，它(在極端情況下)各不相同地存在于非常高的端阻抗和基本上短路的端阻抗之間，這是作為幅度的函數。通過適當地選擇元件12電學量的大小，在每種情況中都能設定元件12的端阻抗的合適的測量范圍。31指示響應脈沖信號。
換句話說，元件12因此起到電端阻抗的作用，它構成了本發明的新穎的特性。
在已知的換能器P矩陣描述中，該換能器的反射能如下表示為其電端阻抗的函數P11(YLast)=P11(SC)+2·P132(P33+YLast)]]>在其中P11(SC)是短路反射因子，P13是聲電轉換，P33是換能器導納，Ylost是端口導納。
為了保護器件抗各種電磁干擾，(在每種情況中)設置一個窄帶天線是有利的。
圖1示出了一種特殊的表面波裝置，它具有基底22及存在于其上的表面波結構。23指輸入/輸出換能器，用于無線電接收及無線電再發射的偶極子天線24連接到它上面。被連接到阻抗元件12、作為表面波反射器的換能器26被設置在基底22上換能器23的一側。圖1中，在基底22表面的另一側，設置兩個參考反射器226和326，除了通過傳感器元件12測量效應，它們也負責確定發射機/接收機和傳感器元件12之間的距離以及傳感器元件的溫度。例如，表面波部件與其作為發射/接收站的部分之間的距離可能連續變化。在此情況下，距離和溫度測量的基礎是實際的傳感器元件12被同樣定位在基底上或定位于離基底一個小的確定的距離。在傳感器元件距離(變化)和溫度的確定中，進行信號處理時能夠消除傳感器信號可能的已知的橫向靈敏度。
適合于本發明的表面波裝置另外的區域被示出于圖2和3中。圖2示出帶模式耦合換能器的裝置。在基底2上由71和71’指示的換能器是輸入/輸出換能器，并帶著它們的偶極子天線24。換能器72同樣是被模式耦合到換能器71和71’的表面波結構。模式耦合換能器72連接到阻抗元件12，且其端阻抗的變化，即元件12在磁場中的變化，是待評價的測量值，如在上面所描述的例子。
圖3示出了一表面波諧振器裝置。在基底22上，包含輸入/輸出換能器23、23’及如前連接到阻抗元件的換能器26。123和123’指反射器結構，在基底表面傳播的聲波在其上被反射回來，以致這些反射器具有諧振器反射鏡的作用。
傳感器元件12對表面波結構響應的結果被表達為，或能被測量為在響應脈沖信號上的一個變化，以與問答信號相關的幅度和/或相位來表示。
按照本發明的傳感器以在本質上已知的方式來檢驗/校準，如在許多情況中應用的校準輸出數值測量值的傳感器/測量儀器的方法。
表面波裝置也能和與阻抗相關的傳感器12以混合方式集成為附加的表面波晶片。傳感器12可以是諸如設置在大尺寸支承基底上的電阻元件，而且，壓電薄膜，例如氧化鋅薄膜，也用到該支承基底上作為基底薄膜22用于表面波裝置。傳感器元件可以是諸如在硅基底上/中的半導體部件。
合適的阻抗(12)包括電阻、容抗和感抗，其中一種或幾種結合在一起。例如，它們可以是光敏電阻、磁致電阻、溫敏電阻、碳膜傳聲器等等，和/或可變電容二極管、電容位置/位移傳感器、溫度傳感器以及電感元件，如線圈、位移拾取/位置換能器等等。
權利要求
1.一種傳感器裝置，具有帶表面波結構(23，26)及一天線(24)的表面波裝置(21)；具有作為傳感器部分的靈敏阻抗元件(12)；具有帶無線電天線及電子評價器件的射頻發射機和接收機(30，31)；其中，處于由傳感器部分探測的效應中的阻抗元件(12)被電連接到表面波結構(26)的至少一個上；發射機被設計用于問答脈沖(30)的無線電發射，接收機與其評價器件被設計用于無線電接收及在表面波裝置脈沖響應中被阻抗元件上的效應影響的變化的定性/定量評價。
2.如權利要求1所述的傳感器裝置，其中，靈敏元件是電阻元件。
3.如權利要求2所述的傳感器裝置，其中，電阻元件是磁致電阻。
4.如權利要求2所述的傳感器裝置，其中，電阻元件是光敏電阻。
5.如權利要求1所述的傳感器裝置，其中，靈敏元件是可變電容二極管。
6.如權利要求1所述的傳感器裝置，其中，靈敏元件是置于磁場中的線圈。
7.如權利要求1至6其中之一所述的傳感器裝置，其中，表面波裝置(21)是表面波諧振濾波器。
8.如權利要求1至6其中之一所述的傳感器裝置，其中，表面波裝置(21)是延遲線。
9.如權利要求1至6其中之一所述的傳感器裝置，其中，表面波裝置是模式耦合換能器裝置。
全文摘要
在無線問答表面波技術傳感器中,靈敏元件(12)是阻抗,它被電連接到傳感器的表面波結構(26)作為終端負載。
文檔編號G01S13/76GK1181814SQ96193349
公開日1998年5月13日 申請日期1996年3月18日 優先權日1995年4月18日
發明者W·瑞勒, G·斯科爾, T·奧斯特塔, L·萊恩德爾, V·馬勾里 申請人:西門子公司
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