無線聲學濾油器傳感器的制作方法

專利名稱：無線聲學濾油器傳感器的制作方法
技術領域：
實施例總體上涉及傳感器件及其組件。實施例還涉及濾油器內部的 油質量檢測。實施例另外涉及不同類型的聲波器件，比如剪切水平表面
聲波(SH-SAW)、彎曲板波(FPW) 、 Love模式、聲板模式(APM )、 剪切水平聲板模式(SH-APM)以及體聲波(BAW),其中包括厚度剪 切模式、扭轉模式以及彎曲模式組件及其器件。實施例還涉及檢測數據 的無線發送。
背景技術：
聲波傳感器被利用在多種傳感應用中，舉例來說，比如溫度和/或壓 力傳感器件和系統。聲波器件已經被用于商業用途超過六十年。雖然電 信行業是聲波器件的最大用戶，但是所述聲波器件也被用于化學蒸汽檢 測。聲波傳感器被如此命名是因為它們使用機械波或聲波作為傳感機 制。隨著聲波傳播通過材料的表面或者在材料的表面上傳播，所述傳播 路徑的特性的任何改變都會影響所述波的速度和/或幅度。
可以通過測量所述傳感器的頻率或相位特性來監視聲波特'性的改 變，并且隨后可以把聲波特性的改變與所測量的相應的物理量或化學量 相關。幾乎所有的聲波器件和傳感器都利用壓電晶體來生成聲波。有三 種機制可以對聲波傳感器響應有所貢獻，即質量負荷、粘彈性和聲電效 應。化學制品的質量負荷改變這種傳感器的頻率、幅度以及相位和Q 值。大多數聲波化學檢測傳感器例如依賴于所述傳感器的質量敏感'性以 及具有化學選擇性的涂層，所述涂層吸收感興趣的蒸汽，從而導致所述 SAW傳感器的質量負荷增大。
聲波傳感器的例子包括聲波檢測器件，所述聲波檢測器件被利用來 檢測物質(比如化學制品)的存在或者環境條件(比如溫度和壓力)。 充當傳感器的聲學或聲波(例如SAW/BAW)器件可以提供高度靈敏的 檢測機制，這是由于其固有的高Q因數所導致的對表面負荷的高靈敏度 和低噪聲。表面聲波器件通常是利用放置在壓電材料上的梳狀叉指換能 器通過光刻技術來制造的。表面聲波器件可以具有延遲線或諧振器配 置。體聲波器件通常是利用真空電鍍器制造的，比如由CHA、 Tmnsat 或Saunder生產的真空電鍍器。電極材料的選擇以及電極的厚度由燈絲 溫度和總加熱時間來控制。通過對掩模的適當使用來限定電極的尺寸和形狀。
基于前述內容，可以認識到，可以在各種傳感測量應用中利用聲波 器件，比如表面聲波諧振器(SAW-R)、表面聲波延遲線(SAW-DL)、 表面橫波(STW)、體聲波(BAW)。聲波傳感器與常規傳感器之間的 其中一個主要差別在于，聲波傳感器可以機械地存儲能量。 一旦向這種 傳感器提供一定數量的能量(例如通過RF)，該傳感器就能夠在沒有 任何有源部件的情況下(例如沒有電源或振蕩器)操作一段時間。這一 特征使得有可能在RF供電的無源無線傳感應用中實施聲波傳感器。
微傳感器的一種很有前景的應用涉及濾油器和油質量監控。低溫啟 動能力、燃料經濟性、在高溫和/或低溫下的稀化或稠化效應、以及運轉 中的汽車發動機內的潤滑性和油膜厚度都取決于粘性。因此，粘性應該 是發動機油正確發揮作用的能力的最佳指標。在常規的油檢測系統中已 經利用了粘性中的頻率改變。然而，由高度粘滯的液體的粘性的小改變 導致的頻率改變非常小。由于高度粘滯的負荷，來自傳感器振蕩器的信 號"噪聲"非常大，并且這種測量系統的精度非常差。此外，這種振蕩 器可能會由于所述諧振器的電感特性的損失而停止振蕩。
基于前述內容，本發明的發明人相信，針對與常規的油微傳感應用 相關的問題的解決方案可能涉及聲波器件。聲波傳感器能夠以非常敏感 的方式運行，這是因為它們能夠檢測機械和電特性的改變，其中包括質 量、彈性、介電特性和(例如電子、離子和熱)傳導性的變化。這是因 為探測感興趣的介質的聲波既具有機械位移又具有電場。這種特征與通 常監控單個材料特性的改變的許多其他微傳感器技術形成對比。因此， 本發明的發明人相信，正如在此所描述的實施例所表明的那樣，聲波傳 感器可能非常適用于監控發動機油的粘彈性特性。

發明內容
提供下面的概要是為了便于理解只有所公開的實施例才有的 一些 創新的特征，并且下面的概要不打算作為全面的描述。可以通過把整個 說明書、權利要求書、附圖和摘要作為整體來獲得對所述實施例的各方
面的全面i人i只。
因此，本發明的一個方面是提供一種改進的傳感器件。
本發明的另 一 方面是提供一種適于進行濾油器檢測的聲波傳感器件。
本發明的又一方面是提供一種無線油傳感器。
現在可以按照在此所描述的那樣實現上述各方面以及其他目的和 優點。描述了一種無線濾油器傳感系統。這種系統包括發動機濾油器以 及可以連接到該濾油器的傳感機構。該傳感機構包括一個或多個聲波傳 感元件以及與所述(多個)聲波傳感元件通信的天線。所述(多個)聲 波傳感元件可以由包括接收器和發送器的外部詢問器激發。當所述聲波 傳感元件與該濾油器中包含的油相4妻觸時，所述聲波傳感元件響應于對
述油的質量的數據，以便通過天線進行無線發送。


在附圖中，相同的附圖標記在各單獨視圖中指代完全相同的或功能 上類似的元件，所述附圖被結合在說明書中并且形成說明書的一部分， 其進一步說明了各實施例，并且與詳細描述一起用來解釋在此所公開的
實施例。
圖1說明可以根據一個實施例實施的叉指表面波器件的透視圖2說明根據一個實施例的沿著圖1所示的叉指表面波器件的線
A-A的橫截面圖3說明可以根據 一 個實施例實施的叉指表面波器件的透視圖4說明根據一個實施例的沿著圖3所示的叉指表面波器件的線
A-A的橫截面Love模式器件的側視圖、透視圖和頂視圖6說明根據一個實施例的可以存在于無線油傳感器中的多個模
式；
圖7說明可以根據 一 個實施例實施的無線濾油器傳感系統；
圖8說明可以根據一個實施例利用的BAW發動機油質量傳感器的 示意圖9說明可以根據 一 個實施例實施的無線濾油器傳感系統；
圖10說明根據替換實施例的具有 一個暴露在油中的電極的BAW粘 性傳感器；
粘性傳感器和FPW傳感器結構；以及
圖13說明可以根據一個替換實施例適配的與液體介質相互作用的 APM傳感器。
具體實施例方式
在這些非限制性實例中所討論的特定值和配置可以被改變，并且僅 僅被引用來說明至少 一 個實施例，而不打算限制其范圍。
圖1說明叉指表面波器件100的透視圖，其可以根據一個實施例來 實施。剪切水平表面波器件(SH-SAW) 100通常包括在壓電基板104 上形成的叉指換能器106。該表面波器件100可以在傳感器芯片的情況 下被實施。根據設計考慮，叉指換能器106可以被配置成電極的形式。
注意，叉指表面波器件IOO僅僅表示可以被適配成用于在此所公開 的實施例的一種類型的聲波器件。可以認識到，可以根據在此所描述的 實施例利用多種其他的類型(例如SH-SAW、 BAW、 APM、 SH-APM、 FPW、 SH-SAW-DL、 SH-SAW-R等等)。另外，聲波器件100可以被實 施成多種形狀和尺寸。
通過正確地選擇材料切割的取向，剪切水平表面聲波(SH-SAW) 將處于主導地位。這些波具有與該器件的表面平行的位移。如果所述壓 電晶體材料的切割被適當地旋轉，則波傳播模式從垂直剪切SAW傳感 器改變到剪切水平SAW傳感器。這大大減少了當液體與傳播介質發生 接觸時的損耗，從而允許SH-SAW傳感器作為化學或生物傳感器操作在 液體中。
剪切水平表面聲波(SH-SAW)器件使用壓電基板，該壓電基板具 有沉積在其中 一 個表面上的金屬叉指換能器電極(IDT或IDE )。向IDT 施加振蕩電壓會生成表面的位移。所述位移"波"將傳播遠離該IDT。 如果該波傳播到放置在一定距離之外的第二 IDT，則形成一個"延遲線" 器件。用于在液體中操作表面波器件的一個關鍵問題是生成在方向上剪 切的表面位移。因此，所述波位移垂直于波傳播的方向，并且處在晶體表面的平面內。所述壓電基板的晶體切割必須被選擇成使得通過由所述
IDT施加電場而產生剪切表面運動。
圖2說明根據本發明一個實施例的沿著圖1所示的叉指表面波器件 100的線A-A的橫截面圖。壓電基板104可以由多種基板材料形成，舉 例來說，比如石英、鈮酸鋰(LiNb03)、鉭酸鋰(LiTa〇3) 、 Li2B4〇7、 GaP04、蘭克賽(La3Ga5Si014) 、 ZnO以及/或者外延生長的氮化物(比 如A1、 Ga或Ln)，這里舉出幾個例子。叉指換能器106可以由通常被 分為三組的材料形成。首先，叉指換能器106可以由金屬組材料(例如 Al、 Pt、 Au、 Rh、 Ir、 Cu、 Ti、 W、 Cr或Ni)形成。其次，叉指換能器 106可以由合金形成，比如NiCr或CuAl。第三，叉指換能器106可以 由金屬-非金屬混合物(例如基于TiN、 CoSi2或WC的陶瓷電極)形成。
涂層102不需要覆蓋壓電基板104的整個平面表面，而是可以僅僅 覆蓋其一部分，這取決于設計約束。涂層102可以充當保護層或引導層， 其在此關于圖5被更詳細地示出。選擇性涂層102可以覆蓋叉指換能器 106以及壓電基板104的整個平面表面。叉指表面波器件100可以充當 多模式傳感器件，其受激發的多個模式通常占用相同容積的壓電材料。 多模式激發允許把溫度改變效果與壓力改變效果分開。該多模式響應可 以由多個模式等式來表示，可以求解所述等式以便分離由于溫度和壓力 所導致的響應。
圖3說明可以根據一個實施例實施的叉指表面波器件300的透視 圖。在圖3-4中描繪的配置類似于在圖1-2中示出的配置，只是添加了 天線308,該天線被連接到無線激發組件310并且被布置在其上(即在 圖4中示出)。取決于設計考慮，該天線308例如可以是線性類型天線 或者是耦合器類型天線。表面波器件300通常包括在壓電基板304上形 成的叉指換能器306。
因此，表面波器件300可以充當叉指表面波器件，特別是利用掠面 體波技術的叉指表面波器件。叉指換能器306可以被配置成電極的形 式。涂層302可以被選擇成使得將被測量的特定物種由該涂層302吸 收，從而改變叉指表面波器件300的聲學特性。可以利用各種選擇性涂 層來實施涂層302。
聲學特性的改變可以被檢測到，并且可以被利用來識別或檢測由涂 層302吸收和/或吸附的物質或物種。因此，可以通過無線裝置來激發叉
指表面波器件300,以便實施表面聲學模型。因此，天線308可以被利 用來激發多個模式，從而允許把溫度改變效果與壓力改變效果分開。這 種激發可以產生叉指表面波器件300的多種其他模式。
圖4說明根據本發明一個實施例的沿著圖3所示的叉指表面波器件 300的線A-A的橫截面圖。因此，天線308在圖4中被顯示為布置在涂 層302之上。與圖2的配置類似，壓電基板304可以由多種基板材料形 成，舉例來說，比如石英、鈮酸鋰(LiNb03)、鉭酸鋰(LiTa03)、Li2B407、 GaP04、蘭克賽(La3Ga5Si014) 、 ZnO以及/或者外延生長的氮化物(比 如A1、 Ga或Ln),這里舉出幾個例子。叉指換能器306可以由通常被 分為三組的材料形成。首先，叉指換能器106可以由金屬組材料(例如 Al、 Pt、 Au、 Rh、 Ir、 Cu、 Ti、 W、 Cr或Ni)形成。其次，叉指換能器 106可以由合金形成，比如NiCr或CuAl。第三，叉指換能器306可以 由金屬-非金屬混合物(例如基于TiN、 CoSi2或WC的陶瓷電極)形成。
件的側視圖、透視圖和頂視圖。注意，在圖l-5中，完全相同的或類似 的部件或元件總體上由完全相同的附圖標記表示。在圖5中示出了不同 的配置。例如，與發送器IDT器件505相關聯地示出了剪切水平(SH) SAW器件501。剪切水平(SH) SAW器件501通常包括壓電基板104 和叉指換能器106、 107。在圖5中還與剪切水平(SH) SAW器件501 相關聯地示出了表示其傳播和位移的曲線圖502。在圖5中還示出了 Love波器件503,其包括壓電基板104、叉指換能器106、 107以及引導 層102 (即涂層)。曲線圖504與Love波器件503相關聯，并且也描繪 其一般傳播和位移。在圖5中還描繪了 Love波器件104的頂視圖506, 以及Love波器件104的透視圖508。在透視圖508中還示出了 Love波 509。
圖6說明可以存在于這里描述的無線油傳感器(例如參見圖7中所 示的系統700)中的多個模式600。如圖6中所示，示例才莫式600可以 包括一個或多個厚度模式，其中包括基頻602、三階泛音604以及五階 泛音605模式。在圖6中還示出了伸展模式608以及面剪切模式610和 長度-寬度夾具模式612。可以認識到，這樣的模式當中的一種或多種可 以被適配成根據一個或多個實施例來使用。因此，在濾油器傳感系統(舉 例來說，比如圖7中示出的系統700)的實施方式中可以考慮圖6中描
繪的模式600。
圖7說明可以根據一個實施例實施的無線濾油器傳感系統700。系 統700通常包括濾油器702和可以連接到該濾油器702的傳感機構 704。該傳感機構704可以被配置成包括一個或多個聲波傳感元件712、 714以及與所述聲波傳感元件712、 714通信的天線706。注意，所述聲 波傳感元件712、 714例如可以被實施為BAW、 SH-SAW、 SH-APM、 FPW組件。例如可以按照與圖3中示出的天線308類似的方式來實施天 線706。該天線可以是線性類型或耦合器類型。根據設計考慮，圖1-4 中示出的表面波器件100例如可以被利用來實施表面聲波傳感元件 712、 714。
當所述聲波傳感元件712、 714與在濾油器702中包含的油發生接 觸時，所述聲波傳感元件712、 714可以響應于對所述聲波傳感元件 712、 714的激發來檢測與其中的油相關聯的聲波，從而生成表示所述油 的質量的數據以便通過所述天線706進行無線發送。對所述聲波傳感元 件712、 714的激發可以響應于被發送到該天線的至少一個無線信號而
意，傳感機構704可以被配置成結合有螺桿710或者另一類型的連接 器，以便連接到濾油器702以進行其傳感操作。
圖8說明可以根據一個實施例利用的BAW發動機油質量傳感器 800的示意圖。傳感器800包括由BAW部分814和816構成的BAW傳 感元件801。 BAW部分816通過連接器802、 804被連接到導電接觸件 812，所述連接器例如可以是焊料。BAW傳感元件801被形成在基板820 上，該基板通過連接器806、 808被連接到導電接觸件810，所述連接器 例如可以是焊料。可以利用平臺818把接觸件810、 812保持在適當位 置。傳感器800例如可以被適配成用于在此描繪并描述的系統700和/ 或900。例如，圖8中示出的傳感器800可以被利用來實施表面聲波傳 感元件712、 714。
圖9說明可以根據一個實施例實施的無線濾油器傳感系統900。注 意，在圖8和9中，完全相同的或類似的部件總體上由完全相同的附圖 標記表示。因此，系統900結合了系統700的所有組件，并且還包括接 收器904，其可以向/從天線706發送/接收數據。接收器904還可以與模 式識別模塊906通信，該模式識別模塊可以被利用來自動識別不同等級的油以及油降級過程。
注意，所述模式識別模塊906可以在"模塊"的情況下被實施。在 計算機編程的領域中， 一個模塊可以典型地被實施為例程和數據結構的 集合，其執行特定任務或者實施特定的抽象數據類型。模塊通常可以由 兩部分構成。首先， 一個軟件模塊可以列出可以由其他模塊或例程訪問 的常量、數據類型、變量、例程等等。其次， 一個軟件模塊可以被配置 成這樣一種實現方式，其可以是私有的(即可能只能由該模塊訪問)， 并且包含實際實施作為該模塊的基礎的例程或子例程的源代碼。因此， 例如在此使用的術語/差祐通常指代軟件模塊或其實施方式。這種模塊可 以被單獨利用或者被一起利用，以便形成可以通過信號承載介質(包括 傳輸介質和可記錄介質)實施的程序產品。
圖10說明根據替換實施例的具有一個暴露在油中的電極的baw粘 性傳感器ioo。 一般來說，baw粘性傳感器100包括與o型環1002相 關聯的石英組件1004及其隔室1006。如箭頭1001、 1003所示，油流過 傳感器1000。 一般來說，與其baw對應部件相比，更高頻率的saw 傳感器將具有更高的靈敏度，這是因為它與用于給定被測變量的更高的 絕對頻率改變相關聯。然而，這只有在由頻率測量本身確定分辨率的情 況下才是成立的。所述頻率計的誤差由數字化不確定性、時基的值以及 時基的精度來確定。
由于saw傳感器的穩定性比時基精度差2個數量級，因此saw頻
率傳感器的分辨率總是由其他因素(比如信號噪聲)而不是由頻率測量 本身來確定。saw器件的更高頻率并不意味著更為可用的靈敏度。對 于傳感器的公平比較，應當使用性能數字Sq，其中SQ=SQ，其被定義為 降低的靈敏度s (由被測變量的單位數量導致的頻率改變，其被稱作起 始頻率)與諧振器Q值的乘積。這樣的公式表示用于相關的穩定性和短 期精度的一般量度。所引入的sq值是專門表征傳感器元件性能的簡單 抽象參數。它是特定于傳感器的性能數字，并且在確定整個測量系統的 精度方面居主導地位。
諸如傳感器1000之類的baw器件擁有許多運動模式(例如彎曲模
式、伸展模式、面剪切模式、厚度剪切模式、基頻模式厚度剪切、三階 泛音厚度剪切)。例如，at切型和sc切型諧振器在厚度剪切模式下振 動。在100MHz以上，常常使用操作在所選的振動諧波模式下的泛音單 元(例如三階泛音或五階泛音)。高于100MHz的基頻模式單元可以例 如通過化學蝕刻(擴散控制的濕蝕刻)、等離子蝕刻以及離子銑削技術
來制造。
在lMHz以下，可以使用音叉、X-Y及NT條(彎曲模式)、+5oX 切型(伸展模式)或者CT切型和DT切型單元(面剪切模式)。由于 其小尺寸和低成本，音叉已經變成主導類型的低頻單元。聲波在固體中 的速度典型地是 3,000m/s (光速的~10—5倍)。例如，對于AT切型石英 中的剪切波，在厚度方向上的傳播速度是3,320 m/s;基頻模式頻率是 v/2h，其中v是聲波速度，并且h是板厚度(例如板的厚度是半波長)。
對于BAW諧振器，板厚度確定基頻模式頻率。對于SAW諧振器， 叉指換能器(IDT)間隔確定該頻率。對于石英，300MHzBAW諧振器 板是6itim厚。2.6GHzSAW諧振器具有0.4|tim的IDT間隔，并且可以通 過電子束光刻來制造。
圖11和12分別說明FPW粘性傳感器1100和FPW傳感器結構 1200，其可以被適配成用于在此所公開的實施例。在彎曲板波(FPW) 器件中，比如FPW粘性傳感器1100,聲波在薄的膜中被激發。FPW粘 性傳感器IIOO可以檢測導致其相速度改變的量。FPW粘性傳感器1100
的相速度。當'fpw被使用在i體中時，存在慢傳播才^式，在該模式下
沒有來自所述板的輻射。因此，FPW粘性傳感器IIOO是用于液體中的 化學和生物傳感的良好候選。
由于FPW粘性傳感器1100的板可以薄至幾因此由于質量負 荷而導致的靈敏度相當高。質量負荷導致在所述板上傳播的聲波的相速 度降低。與給定總功率的彎曲波相關聯的位移的幅度大于其他聲波傳感 器。作為該大幅度運動的結果，FPW粘性傳感器1100可以在泵浦及混 合流體的過程中被用作傳感器和致動器。
FPW粘性傳感器IIOO可以被配置成采用IDT和壓電耦合，以便生 成并且檢測波。通常對于FPW器件形成延遲線振蕩器。在FPW器件中 采用的頻率通常是1到lOMHz,遠低于在SAW和APM中所使用的頻 率。如果期望提高靈敏度，則應當使得該器件更薄，從而降低速度(并 且附帶地降低頻率)。這就隨著降低操作頻率而提高了靈敏度，從而與 TSM、 SAW和APM器件的情況相反。基于FPW的實際的化學或生物 傳感器采用吸附膜，比如用于TSM、 SAW和APM的吸附膜。FPW粘 性傳感器1100的靈敏度是SH-APM傳感器的IO倍高，但是FPW傳感
器易碎。
FPW傳感器結構1200在圖12中被描繪，并且可以被用來實施彎曲 板波(FPW)器件，比如圖11中示出的FPW粘性傳感器1100。在圖12 中示出了所述微制造的芯片結構的頂視圖1213。另外，在圖l2中還示 出了該微制造的芯片結構1200的橫截面圖1215。為了制造彎曲板波 (FPW)器件，從標準硅晶片或硅基板1201開始。可以在基板1201上 沉積膜層1204。對于膜層1204的周界的建議尺寸例如是2mm x 6mm。 然而，這樣的尺寸在這里僅僅是出于示例性和說明性的目的被提到，并 且不被視為是實施例的限制特征。膜層1204例如可以被配置成氮化硅 層或者其他膜材料的層，比如二氧化硅、氮氧化合物、氮化鋁、鉆石等 等。壓電材料1206 (例如氧化鋅)可以被噴濺到電介質膜層1204的表 面上。最后，IDT金屬電極(即發射聲波的IDT) 1208和1220可以被 構圖到其表面上。最后一個工藝步驟是對硅晶片進行背面蝕刻，以便"釋 放"膜1204。
所述薄的氧化物或氮化物膜1204的厚度(例如<幾微米)通常遠小 于聲學波長的厚度。在壓電層1206上的IDT金屬電極1208、 1220激發 聲學模式，與利用SAW器件產生的波非常類似。所述聲波按照延遲線 的方式從一個IDT金屬電極1208、 1220傳播到另一個。該膜1204的運 動可以垂直于所述表面(類似于振動的鼓面)，或者可以象在SH-SAW 器件中那樣傳播剪切波。所述表面的任何擾動都會改變所傳播的波速 度，并且會阻尼所述聲學振動。
通過使用FPW器件可以獲得多個優點。例如，檢測靈敏度不象其 他聲學器件那樣基于操作頻率，而是基于所述擾動對所述膜的參數的相 對大小。在質量方面，所述靈敏度是所添加的質量與所述膜質量的比 值。由于可以產生非常薄(低質量)的膜，因此所述檢測靈敏度可以非 常高，遠高于其他聲學傳感器模式。操作頻率在幾百kHz到幾MHz的 范圍內。低操作頻率導致用來驅動及檢測傳感器信號的簡單電子電路。
由于FPW器件被制作在硅晶片上，因此可以在單個基板上制造大 的器件陣列。并且所有的驅動和檢測電子裝置都可以被集成到相同的基 板上。對于大規模傳感器系統集成來說，FPW器件是僅有的可用聲學技
術的其中之一 。用于生物傳感的抗體膜和流體與所述器件的已蝕刻硅面 接觸。這樣提供了一個自然流體屏障，以保護被放置在最表面上的金屬 和其他電子裝置。集成硅電子器件的成本可以非常低并且非常易于包裝。
圖13說明與液體介質1301相互作用的APM傳感器1300，其可以 根據一個替換實施例來適配。所述液體介質1301例如可以是發動機油。 APM和FPW采用與SAW和TSM類似的原理，但是利用不同模式的彈 性波傳播。ST石英APM器件的質量靈敏度在液體中比在真空中低大約 6%。 APM器件的更高的質量靈敏度使得它能夠充當通用檢測器，從而 在許多傳感器應用中充當微量天平。在APM表面上的靈敏的化學制品 涂層1302使它能夠選擇性地從溶液中粘住(bind)物種。APM傳感器 1300通常包括多個叉指換能器1308、 1310,其與波擾動表面1304相關 聯地被配置在波生成和接收表面1306上。在圖13中示出波1310的運 動。
被牢固地粘住的物種與振蕩的APM器件表面同步移動，并且會千 擾振蕩頻率，從而導致傳感器響應。基于APM的傳感器所遇到的一個 主要問題是"模式跳躍"。聲板模式實際上是一組波，該組波導致晶體 同時在略微不同的多個頻率下振蕩。這些頻率被稱作模式。隨著質量負 荷增大，所述各模式都將向更低頻率偏移。被調諧到一個模式的諧振器 電路可以跟蹤該頻率峰值，直到質量負荷使得下一個更高模式變得與該 諧振器電路的調諧頻率足夠接近。此時，該諧振器可能會鎖定到該下一 個更高模式，并且響應于增大的質量由該電路輸出的頻率看來似乎將跳 到更高頻率。這被稱作"模式跳躍"。與模式跳躍相關聯的問題嚴重地 限制了基于體模式制成的傳感器的性能。
剪切水平聲板模式(SH-APM)。已經開發了剪切水平聲板模式傳 感器以用于在液體中進行傳感。SH模式具有主要平行于器件表面并且 與傳播方向垂直的微粒位移。由于不存在與表面垂直的位移分量，所以 允許SH平面模式與液體相接觸地傳播，而不會把過多數量的聲能耦合 到液體中。比較起來，當表面聲波在固體/液體界面處傳播時，與表面垂 直的位移會把壓縮波輻射到液體中，并且嚴重衰減所述波。
SH-APM可以使用充當聲波導的石英板，從而把聲能限制在該板的 上、下表面之間，以作為在輸入和輸出換能器之間傳播的波。而在SAW器件中，幾乎所有的聲能都被集中在表面的波長內。這一差異的結果是 SH-APM對質量負荷和其他擾動的靈敏度取決于石英的厚度。該器件的 兩個表面都有位移，從而可以在該器件的任一個表面上進行檢測。所述
APM器件通常具有與基于TSM的器件相同的靈敏度。
將會認識到，可以把上面公開的以及其他特征和功能的變型或其替 換方案按照期望組合到許多其他不同系統或應用中。此外，可以由本領 域技術人員隨后做出當前在此未預見到或未預期到的各種替換方案、修 改、變型或改進，其也打算被后面的權利要求書所包括。
權利要求
1、一種無線濾油器傳感系統，包括濾油器；以及可以連接到所述濾油器的傳感機構，其中，所述傳感機構包括至少一個聲波傳感元件以及與所述至少一個聲波傳感元件通信的至少一個天線，其中當所述至少一個聲波傳感元件與在所述濾油器中包含的油相接觸時，所述至少一個聲波傳感元件響應于對所述至少一個聲波傳感元件的激發來檢測與所述油相關聯的聲波，從而生成表示所述油的質量的數據，以便通過所述至少一個天線進行無線發送。
2、 權利要求l所述的系統，其中，對所述至少一個聲波傳感元件的 所述激發響應于被發送到所述至少一個天線的至少一個無線信號而發 生。
3、 權利要求l所述的系統，其中，與所述油相關聯的所述聲波包括 體波、聲板模式、剪切水平聲板模式、表面橫波、彎曲板模式以及剪切 水平表面聲波。
4、 權利要求l所述的系統，還包括模式識別模塊，其基于由所述天 線發送的至少 一個信號來識別所述油的不同等級。
5、 權利要求4所述的系統，其中，所述模式識別模塊基于由所述天 線發送的所述至少 一個信號來識別所述油的粘性。
6、 權利要求4所述的系統，其中，所述模式識別模塊基于由所述天 線發送的所述至少 一個信號來識別所述油的降級。
7、 一種無線濾油器傳感系統，包括 濾油器；以及可以連接到所述濾油器的傳感機構，其中，所述傳感機構包括至少 一個聲波傳感元件以及與所述至少一個聲波傳感元件通信的至少一個 天線，其中當所述至少 一 個聲波傳感元件與在所述濾油器中包含的油相 接觸時，所述至少一個聲波傳感元件響應于對所述至少一個聲波傳感元 件的激發來檢測與所述油相關聯的聲波，從而生成表示所述油的質量的 數據，以便通過所述至少一個天線進行無線發送，并且其中對所述至少 一個聲波傳感元件的所述激發響應于被發送到所述天線的至少一個無 線信號而發生；以及模式識別模塊，其基于由所述天線發送的至少一個信號來識別所述 油的不同等級，識別所述油的粘性并且識別所述油的降級。
8、 權利要求7所述的系統，其中，與所述油相關聯的所述聲波包括 體波、聲板模式、表面橫波、剪切水平聲板模式、彎曲板模式以及剪切 水平表面聲波。
9、 一種無線濾油器傳感方法，包括 提供濾油器；以及把傳感機構連接到所述濾油器，其中，所述傳感機構包括至少一個 聲波傳感元件以及與所述至少一個聲波傳感元件通信的至少一個天 線，其中當所述至少 一 個聲波傳感元件與在所述濾油器中包含的油相接 觸時，所述至少一個聲波傳感元件響應于對所述至少一個聲波傳感元件 的激發來檢測與所述油相關聯的聲波，從而生成表示所述油的質量的數 據，以便通過所述至少一個天線進行無線發送。
10、 權利要求15所述的方法，還包括發送被發送到所述至少一個 天線的至少一個無線信號，以便激發所述至少一個聲波傳感元件。
全文摘要
一種無線濾油器傳感系統包括濾油器以及可以連接到該濾油器的傳感機構。該傳感機構包括一個或多個聲波傳感元件以及與所述(多個)聲波傳感元件通信的至少一個天線。外部詢問系統可以無線并且無源地激發所述(多個)聲波傳感元件。當所述聲波傳感元件與在該濾油器中包含的油相接觸時，所述聲波傳感元件響應于對所述聲波傳感元件的激發而檢測與所述油相關聯的聲波，從而生成表示所述油的質量的數據，以便通過所述(多個)天線進行無線發送。
文檔編號G01N33/26GK101198865SQ200680021423
公開日2008年6月11日 申請日期2006年2月1日 優先權日2005年4月14日
發明者A·拉曼, J·Z·T·劉, M·L·羅德斯 申請人:霍尼韋爾國際公司