声表面波传感器及其应用

发布时间:2014-11-04   


声表面波(SAW)器件由压电材料、叉指换能器(IDT)和振荡电路构成。SAW器件已经广泛地应用于通信、雷达、电子对抗、广播电视等民用和军用领域中。

由SAW器件可以构成的多种传感器,其原理是器件周围物理量、化学量和生物量的变化引起SAW器件振荡频率的偏移,通过检测频率的变化来监测加速度、温度、湿度、压力、剪切、弯曲等参量。

SAW传感器具有独特的优点。与常用的半导体气敏传感器相比,它不受温度影响,灵敏度高,稳定性好;设计结构灵活,对电、热、力、声、光、化学及生物等多种因素敏感;采用SAW技术其输出信号为振荡器频率的变化,无需经过A/D转换,易于与计算机接口;抗干扰能力强,灵敏度高,检测范围线性度好,测量重复性好,适合远距离传输和实现遥测遥控。其采用集成电路中的平面工艺制作,可实现集成化、智能化,使得SAW传感器体积小、重量轻,携带方便。更重要的是,SAW传感器件的成本低,能够进行大批量生产,更符合产业化要求。

SAW化学传感器是继半导体传感器和光纤传感器之后的新秀。SAW化学传感器依据不同的基底材料、不同化学薄膜可以检测SO2、H2、NH3、H2S、NO2、丙酮、甲醇、水蒸气、等多种化学成分。因此可广泛用于大气环境监测、化工过程控制、汽车排放尾气控制、毒品检测、临床分析等领域。这种传感器还可以检测破坏人体神经、血液的毒气,包括Sarin(沙林)、Soman(梭曼)、VX、Mustard(芥子气)、Nitrogen Mustard(氮芥)、Hydrogen Cyanide(氰化氢)、Cyanogen Chloride (氯化氰)、Lewisite(刘易士毒气)、有机磷、有机硫等化学战剂。化学战剂检测问题受到各国高度重视。化学战剂的检测设备种类繁多,声表面波化学传感器具有独特的优点,更符合实战要求。

近年来,一些国家(美国、荷兰、英国、日本、德国、意大利等)投入了大量的人力和物力开发SO2、NO2、水蒸气、丙酮、甲醇、氢气、硫化氢等SAW化学传感器,已经达到实用化水平。目前美国等国家已经将SAW技术运用到化学战剂的检测中,其联合化学剂探测器JCAD(Joint Chemical Agent Detector)能够自动检测,识别,量化待测参量。可装备到舰船、飞机、装甲车辆和单兵。

SAW传感测量系统具有极高的灵敏度,应用前景广阔。专家预测,在军事、环保、医学以及工业应用的声表面波传感器需求将逐渐超过SAW滤波器在移动通信领域中的需求,具有广阔的市场前景。

南开大学研制的多通道SAW气体传感器可以检测外界气体成分,应用于环境保护、安全监测、化学战剂检测、临床分析等多种民用、军用领域。经科技检索部门查新,国内外未见相关的报道,本项目研究具有创新性。

SAW传感探测器可以发展为网络探测器,我们已完成传感信号的无线网络传输,实现了多路传感信号实时远程自动监测。采用SAW传感器可以进行多个传感信号的同时检测,实现实时远程自动监测。

南开大学承担的与本项目相关的课题主要包括:

1.  新型多通道声表面波气体传感器研究,国家自然科学基金项目。

2.  多通道声表面波化学传感器的研制,天津市科技发展计划科技攻关项目。

3.  新型声表面波射频识别(RFID)及无线传输系统的研究,天津市科技发展计划科技支撑重点项目。

4.  常压储罐泄漏光纤监测系统开发,中国石化集团合作项目。

5.  光纤光栅阵列传感及无线网络数据传输远程监测技术研究,高等学校博士学科点专项科研基金项目。

6.  光纤栅阵列传感器件及检测技术研究,天津市自然科学基金重点项目。

7.  新型波分复用全光纤声光器件的研究,国家自然科学基金资助项目。

8.       光纤光栅传感信号的解调和传输,光电信息技术科学教育部重点实验室课题。