声表面波温度传感器及其应用研究与开发

摘要

声表面波传感器(SAW Sensor)相对于一般的传感器而言具有一系列的优点。无线无源的声表面波传感器是近年来发展起来的新型传感器,具有优良的性质和广阔的应用前景。其无线无源的特性也大大拓展了传感器的应用领域,使恶劣环境下的传感监测变得安全可靠。
　　本课题研究的无线无源声表面波温度传感器主要包含两个方面的内容,一方面研究声表面波温度传感芯片,主要目标是提高芯片的测温精度及可靠性。同时研究天线,提高信号传输距离。另一方面研究无线无源温度传感器构成的温度传感系统及其应用,例如如何用于高压变电站高压线路的温度测量,地埋电缆的温度测量等。本论文研究的重点是测温芯片的设计与制备。
　　本论文主要介绍声表面波温度传感芯片的基本结构和原理,分析叉指换能器(IDT)理论,分析叉指换能器的理论函数模型,包括d函数模型和模态耦合(COM)理论模型等。论文拟利用窗口函数设计降低旁瓣,提高芯片测温精度。利用模态耦合理论模型模拟仿真测温芯片。得到了很好的效果,并依据设计的芯片结构制备了芯片。
　　本论文编写了声表面波温度传感芯片光刻版图绘制软件,详细说明包括软件的设计思路及其算法实现。详细介绍软件的操作界面和操作方法,以便将来升级与更新软件。软件实现了版图绘制功能,能准确快速的将设计的芯片结构绘制成光刻版图,用于后续芯片的加工制备。
　　本论文利用光刻技术制备测温芯片。介绍光刻工艺和刻蚀工艺。芯片制备完成后对芯片进行测试,得出芯片中心频率与设计频率基本相符,旁瓣得到抑制。并进行了大量的对比测试,如不同加权函数的芯片对比,不同孔径、膜厚的芯片对比,得出海明函数加权优于凯撒函数加权,大孔径芯片优于小孔径芯片等结论。

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1. 概论

1.1 声表面波技术简介

1.2 项目的背景及意义

1.3 本课题研究内容

2. 声表面波温度传感芯片设计及系统应用开发

2.1 声表面波基本理论与基片材料

2.2 温度传感芯片基本结构与原理

2.3 叉指换能器及其理论模型

2.4 温度传感芯片设计及模拟仿真

2.5 声表面波温度传感系统及其应用开发

2.6 本章小结

3. 光刻版图绘制软件设计

3.1 软件设计思路

3.2 软件的具体实现及操作方法

3.3 本章小结

4． 声表面波芯片制备工艺与测试结果

4.1 光刻工艺简介

4.2 刻蚀工艺简介

4.3 测试结果与分析

4.4 本章小结

5． 总结与展望

5.1 总结

5.2 存在的问题和展望

致谢

参考文献