Быстродействующий технологичный датчик влажности на поверхностных акустических волнах

 

Область использования контроль концентрации влаги в газовоздушных смесях и их потоках. Задача изобретения - повышение быстродействия и улучшение технологичности датчика. Сущность изобретения: быстродействующий и технологичный датчик влажности на поверхностных акустических волнах /ПАВ/, содержит автогенераторный усилитель и сорбционнный ПАВ-резонаторный чувствительный элемент, выполненный на монокристаллической подложке и включающий тонкопленочную металлическую полосковую структуру. В ПАВ-резонаторном чувствительном элементе подложка выполнена из кварца, тонкопленочная структура отражателей и преобразователей выполнена с ванадиевым пограничным слоем, его толщина выьрана порядка известной толщины адгезионного ванадиевого слоя. На рабочую поверхность подложки под слоистой тонкопленочной структурой может быть нанесена высокосорбционная пленка известного состава минимальной, в пределах мономолекурной, толщины. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для контроля концентрации влаги в газовоздушных смесях и их потоках.

Известен датчик для контроля концентрации газов, выполненный на ПАВ чувствительных элементах [1] Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является датчик влажности на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащий автогенераторный усилитель и сорбционный ПАВ резонаторный чувствительный элемент, выполненный на монокристаллической подложке и имеющий тонкопленочную металлическую полосковую структуру, включающую встречно-штыревые преобразователи [2] Недостатком датчика является низкое быстродействие и технологичность.

Задача изобретения повышение быстродействия и технологичности датчика.

Указанная задача решается за счет того, что в ПАВ чувствительном резонансном элементе подложка выполнена из кварца, полосковая структура включает резонаторные отражатели и имеет ванадиевый пограничный слой, толщина которого соответствует толщине адгезионного слоя ванадия. При этом на рабочую поверхность подложки под полосковой тонкопленочной структурой может быть нанесена высокосорбционная пленка известного состава минимальной, в пределе мономолекулярной, толщины.

На чертеже схематически изображен датчик.

На чертеже показаны: чувствительный элемент с монокристаллической кварцевой пьезоэлектрической подложкой 1, его тонкопленочные полосковoй структуры отражатели 2 и 3, состоящие из полосок 2.2 и 3₁.3n, замыкающие их между собой шин 11 и 12 встречно-штыревых преобразователей 4 и 5, состоящих из полосок 4₁.4n и 5₁.5n, соединенных в каждом преобразователе парой контактных площадок, соответственно, 13 и 14, 15 и 16. Первые площадки из этих пар 13 и 15 соединены с корпусом, вторые площадки 14 и 16 соединены автогенераторным усилителем 6, выход которого соединен с регистрирующим устройством 7 (вторичным преобразователем). Кроме того, на фигуре также показаны: типичная трехслойная полосковая пленочная структура, адгезионный слой ванадия толщиной h 8, слой алюминия 9 и верхний слой 10 также ванадия, также толщиной h.

Позицией 17 обозначена сортирующая поверхность, d период полосок отражателей 2 и 3 и преобразователей 4 и 5.

Рабочая поверхность подложки находится в контакте с окружающей контролируемой газовоздушной средой.

Датчик работает следующим образом.

При включении питания и автогенераторного усилителя 6 автогенератор, содержащий этот усилитель и чувствительный элемент, начинает вырабатывать информативный электрический сигнал с частотой, равной резонансной частоте чувствительного элемента. Последняя определяется в свою очередь, кроме геометрических и физико-химических характеристик ПАВ-резонатора аналогично по указанному выше, также и количеством сорбированных поверхностью подложки 1 молекул водяного пара. Именно эта частота, измеряемая регистрирующим устройством 8, таким образом, и отображает влажность.

Нанесение по п. 2 формулы высокосорбционной пленки известного состава, увеличивает чувствительность предлагаемого чувствительного элемента. При этом указанная малая толщина обеспечивает малость диффузии (в предельном случае мономолекулярности ее отсутствие) и, соответственно также высокое быстродействие.

Таким образом, предлагаемый датчик дает значительный выигрыш как по быстродействию, так и по технологичности.

Формула изобретения

1. БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ТЕХНОЛОГИЧНЫЙ ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ (ПАВ), содержащий автогенераторный усилитель и сорбционный ПАВ-резонаторный чувствительный элемент, выполненный на монокристаллической подложке и имеющий тонкопленочную металлическую полосковую структуру, включающую встречно штыревые преобразователи, отличающийся тем, что в ПАВ-чувствительном элементе подложка выполнена из кварца, полосковая структура включает в себя резонаторные отражатели и имеет ванадиевый пограничный слой, толщина которого соответствует толщине адгезионного слоя ванадия.

2. Датчик влажности по п.1, отличающийся тем, что на рабочую поверхность подложки тонкопленочной полосковой структурой нанесена высокосорбционная пленка известного состава минимальной в пределе мономолекулярной толщины.

РИСУНКИ

Рисунок 1