一种具有周期性带隙结构的传感器结构的制作方法

本发明涉及一种传感器结构，尤其是涉及一种具有周期性带隙结构的传感器结构。

背景技术：

声子晶体的研究为振动控制领域提供新的思路，其由两种或两种以上弹性材料组成，具有弹性波禁带特性的周期性复合结构。弹性波在声子晶体中传播时会形成弹性波禁带，在禁带频率范围内，弹性波的传播将会受到抑制。近年来，各国学者对于声子晶体的带隙调控做了很多有益的探索。从最初的调整几何结构(散射体形状和晶格结构)实现带隙调控到利用智能材料的流变性质来实现调控声子晶体的能带结构。

技术实现要素：

本发明目的是：提供一种具有周期性带隙结构的传感器结构，由采用周期结构设计、并形成光波段带隙结构的声学超材料制成，利用其对信号特殊频段的局域共振效应，来增强传感信号，从而实现提高传感器灵敏度的目的，使设计的传感器结构具有特殊的物理学性能。

本发明的技术方案是：一种具有周期性带隙结构的传感器结构，该传感器结构包括若干个同圆心设置的一维声子晶体扇形结构，以及若干个一一对应设置于一维声子晶体扇形结构内侧的压电传感器；同时在相邻的一维声子晶体扇形结构之间设置空气抗干扰区。

作为优选的技术方案，所述一维声子晶体扇形结构采用周期性圆孔和/或周期性方孔设计。

作为优选的技术方案，所述压电传感器采用圆形阵列式排列，且相邻的压电传感器之间间隙设置。

作为优选的技术方案，所述传感器结构包括六个一维声子晶体扇形结构，且该六个一维声子晶体扇形结构具有不同的局域共振带。

作为优选的技术方案，所述一维声子晶体扇形结构由采用周期结构设计、并形成光波段带隙结构的声学超材料制成，该“超材料”最早是学者在研究“光子晶体”时提出的一个新概念“meta-material”，主要是通过周期结构设计，形成光波段的带隙结构。后续研究从光波段衍生到电磁波段。本发明是利用特殊周期结构设计的声学超材料，以及压电材料的独特性能，形成一种具有感知功能的新型传感器，其特点是具有设计声波或振动频段的高灵敏度。

作为优选的技术方案，该传感器结构呈圆形设置，其外直径为φr，且该φr的取值范围如下：100mm<φr<500mm。

作为优选的技术方案，该传感器结构的厚度为h，且该h的取值范围如下：1mm<h<10mm。

作为优选的技术方案，相邻的压电传感器之间最小间隙大于1mm；相邻的压电传感器之间的间隙范围，主要是由传感器高灵敏度频段的数量来决定，当设计要求频段数量较多时，间隙范围将会变小，最小尺寸只要满足相邻的压电传感器之间最小间隙尺寸大于1mm即可。

本发明的优点是：

1．本发明由采用周期结构设计、并形成光波段带隙结构的声学超材料制成，利用其对信号特殊频段的局域共振效应，来增强探测器传感信号，从而实现提高传感器灵敏度的目的，使设计的传感器结构具有特殊的物理学性能。

．本发明采用了多个压电传感器，并组成阵列式传感器，可以对信号进行有效地矢量分析。

．本发明也可以通过逐渐改变外界的频率，去测量未知超材料设计的局域共振频率范围。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明具有周期性带隙结构的传感器结构的结构示意图；

图2为本发明具有周期性带隙结构的传感器结构的俯视原理图；

图3为本发明具有周期性带隙结构的传感器结构的侧视原理图。

具体实施方式

实施例：参照图1所示，一种具有周期性带隙结构的传感器结构，该传感器结构包括六个同圆心设置的一维声子晶体扇形结构，以及六个一一对应设置于一维声子晶体扇形结构内侧的压电传感器；六个同圆心设置的一维声子晶体扇形结构，分别为a1、a2、a3、a4、a5、a6，并通过改变其内部参数实现不同的局域共振带，弹性波要想传递至压电传感器c1、c2、c3、c4、c5、c6，就必须经过在其之前相应的超材料a1、a2、a3、a4、a5、a6，由于超材料的局域共振作用，会使得频率在共振带的弹性波得到增强。因为其中有多频段超材料设计，且它们的局域共振频率不同，所以可以对比较大的范围内的频率信号进行增强，以达到提高灵敏度的作用，同时还可以运用于检测较微弱的弹性波信号，超材料的局域共振可以增强此信号，有利于其后的信号处理及其他研究。

同时在相邻的一维声子晶体扇形结构之间设置空气抗干扰区，该空气抗干扰区的作用是为了弹性波在a1、a2、a3、a4、a5、a6传播时，不会相互干扰。

参照图2和图3所示，本发明的六个一维声子晶体扇形结构均采用周期结构设计、并形成光波段带隙结构的声学超材料制成，且每个扇形的声学超材料的尺度参数与形状均不一样，一般常采用周期性圆孔和/或周期性方孔设计，且该六个一维声子晶体扇形结构具有不同的局域共振带。同时传感器结构呈圆形设置，其外直径为φr，且该φr的取值范围如下：100mm<φr<500mm；厚度为h，且该h的取值范围如下：1mm<h<10mm。

参照图1所示，本发明的压电传感器采用圆形阵列式排列，相邻的压电传感器之间间隙设置，且其最小间隙大于1mm；相邻的压电传感器之间的间隙范围，主要是由传感器高灵敏度频段的数量来决定，当设计要求频段数量较多时，间隙范围将会变小，最小尺寸只要满足相邻的压电传感器之间最小间隙尺寸大于1mm即可。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种具有周期性带隙结构的传感器结构，该传感器结构包括若干个同圆心设置的一维声子晶体扇形结构，以及若干个一一对应设置于一维声子晶体扇形结构内侧的压电传感器；同时在相邻的一维声子晶体扇形结构之间设置空气抗干扰区，本发明的优点在于，该传感器结构由采用周期结构设计、并形成光波段带隙结构的声学超材料制成，利用其对信号特殊频段的局域共振效应，来增强传感信号，从而实现提高传感器灵敏度的目的，使设计的传感器结构具有特殊的物理学性能。

技术研发人员：羊箭锋;周怡
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：2019.01.09
技术公布日：2019.05.10