无线无源应变、温度双参数传感器及其制备方法与流程

[0001]
本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种无线无源温度、应变双参数传感器及其制备方法。


背景技术：

[0002]
随着社会经济的发展，工业化的进行，尚未见应用于精密轴承健康状态监测的无线无源柔性lc传感器，现有研究主要集中于单一参数或多个参数简单集成，大多数传感器难以用于高速旋转的金属环境下。针对精密轴承旋转环境下温度、应变参数的测试需求以及传感器微型化、集成化、多功能化的发展趋势，基于lc互感耦合原理的无线无源集成式多参数传感器已经成为了未来研究的新方向。


技术实现要素：

[0003]
本发明为解决现有传感器需要电源供电导致传感器寿命年限短、不能在旋转环境下工作的技术问题，提供了一种无线无源温度、应变双参数传感器及其制备方法。
[0004]
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种无线无源温度、应变双参数传感器，包括介质基底，介质基底的正面设置电感线圈、用于温度测试的叉指电容，以及用于应变测试的极板电容的第一极板，所述电感线圈为螺旋线圈，所述叉指电容设置在电感线圈的内侧，且叉指电容的一极板与电感线圈的内圈相连，极板电容的正面与电感线圈的外圈相连；所述介质基底的背面与极板电容的第一极板位置设置有极板电容的第二极板，所述极板电容的第一极板和第二极板分别与电感线圈外侧的一部分线圈的两端连接形成一个lc谐振回路，所述叉指电容的两个极板分别与所述电感线圈内侧的一部分线圈连接；所述介质基底上与所述极板电容对应位置设置有空腔。
[0005]
介质基底上设置有两个金属过孔，其中一个设置在叉指电容的另一极板上，另一个设置在电感线圈中间位置，所述金属过孔用于电感线圈与叉指电容的互连，也用于极板电容与电感线圈的相连。
[0006]
所述的一种无线无源温度、应变双参数传感器，通过深硅刻蚀、硅片键合、喷墨打印制备而成。
[0007]
本发明还提供了一种无线无源温度、应变双参数传感器的制备方法，包括以下步骤：首先在一个硅片上深硅刻蚀一个槽，然后和另一个硅片键合形成空腔，作为极板电容的电介质；其次，在硅片上加工金属过孔；最后利用喷墨打印的技术将银浆料打印在硅片的正面和背面，在硅片的正面打印出电感线圈和叉指电容以及应变测试极板电容的正面，在硅片的背面打印出应变测试极板电容背面。
[0008]
所述的一种无线无源温度、应变双参数传感器的制备方法，具体的步骤为：（1）首先利用匀胶机在硅片的正面匀一层光刻胶，将掩模版利用光刻机把硅片上有方形槽的光刻胶去掉，然后用spts反应离子式深硅刻蚀系统在硅片上干法刻蚀一个槽，最后将刻有槽的硅片和另一个完整的硅片键合形成空腔，用于应变测试极板电容的电介质；
（2）然后在硅片上加工金属过孔；（3）采用喷墨打印技术在硅片的正面用银浆打印出电感线圈和温度测试叉指电容，同时在硅片背面打印出应变测试叉指电容。
[0009]
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明提供了一种无线无源温度、应变双参数传感器及其制备方法，应变、温度双参数传感器采用 lc谐振原理，用一个电感两个电容实现了真正意义上的双参数集成传感器，使得叉指电容间的电容随着温度的变化而发生变化，从而实现对温度的无线无源测量，应变测试极板电容的电容值随着应变的变化而变化，最终导致传感器谐振频率随应变发生改变，实现了对应变的无线无源测量。本发明将应变测量和温度测量结合起来，并且两个测量方式都是利用无线无源的方法进行测量，提高了测量的稳定性，降低了功耗，实现了对应变、温度双参数的测量，并且在尺寸大小方面有很大的灵活性。本发明结构简单合理，利于实现温度、应变双参数传感器的一体化、微型化，便于加工，成本低廉。
附图说明
[0010]
图1为本发明实施例提供的一种无线无源温度、应变双参数传感器的具体结构正面示意图；图2为本发明实施例提供的一种无线无源温度、应变双参数传感器的具体结构背面示意图；图3为本发明的测试原理图；图4为本发明实施例中深硅刻蚀工艺流程示意图；图5为本发明实施例中硅片键合工艺流程示意图；图中：1为介质基底，2为电感线圈，3为叉指电容，4为极板电容，5为金属过孔，6为金属连线，7为询问天线，8为网络分析仪，9为无线无源温度、应变双参数传感器。
具体实施方式
[0011]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0012]
如图1~2所示，本发明提供了一种无线无源温度、应变双参数传感器，通过深硅刻蚀、硅片键合、喷墨打印制备而成。其包括介质基底1，介质基底1的正面设置电感线圈2、用于温度测试的叉指电容3，以及用于应变测试的极板电容4的第一极板，所述电感线圈2为螺旋线圈，所述叉指电容3设置在电感线圈2的内侧，且叉指电容3的一极板与电感线圈2的内圈相连，极板电容4的正面与电感线圈2的外圈相连；所述介质基底1的背面与极板电容4的第一极板位置设置有极板电容4的第二极板，所述极板电容4的第一极板和第二极板分别与电感线圈2外侧的一部分线圈的两端连接形成一个lc谐振回路，所述叉指电容3的两个极板分别与所述电感线圈2内侧的一部分线圈连接；所述介质基底1上与所述极板电容4对应位置设置有空腔。
[0013]
具体地，本实施例中，介质基底1上设置有两个金属过孔5，其中一个设置在叉指电
容3的另一极板上，另一个设置在电感线圈2中间位置，所述金属过孔5使得介质基底1的正面与背面连接在一起，用于电感线圈2的内侧的一部分线圈两端与叉指电容3的两个极板之间互连，也用于极板电容4的两个极板与电感线圈2外侧的一部分线圈的相连。如图1~2所示，本发明实施例中，还包括金属连线6，金属连线6设置在介质基底1的背面，其将两个金属过孔与极板电容4的第二极板连接在一起，使得所述极板电容4的第一极板和第二极板分别与电感线圈2外侧的一部分线圈的两端连接形成一个lc谐振回路，同时使所述叉指电容3的两个极板分别与所述电感线圈2内侧的一部分线圈连接。
[0014]
如图3所示，本发明提供的一种无线无源温度、应变双参数传感器的测试原理图，传感器基于lc谐振原理，实现信号的采集，采集到的信号通过询问天线7发送到网络分析仪8现网络分析仪通过询问天线读取出传感器所产生的频率变化与回波损耗信号，并得到传感器的应变和温度值。
[0015]
如图4~5所示，本发明实施例还提供了所述的一种无线无源温度、应变双参数传感器的制备方法，具体包括以下步骤：（1）首先将硅片清洗干净；利用匀胶机在硅片的正面匀一层光刻胶，使光刻胶均匀覆盖；将掩模版利用光刻机把硅片上有方形槽的光刻胶去掉得到想要的结构；利用显影液将光刻胶清洗干净；然后用spts反应离子式深硅刻蚀系统在硅片上干法刻蚀一个槽；整个过程如图4所示。最后将刻有槽的硅片和另一个完整的硅片键合形成空腔，用于应变测试极板电容的电介质，如图5所示。
[0016]
（2）然后在硅片上加工金属过孔，用于电感线圈与温度测试叉指电容的互连；也用于应变测试极板电容与电感线圈一部分相连。金属过孔5有2个，其中一个设置在叉指电容3的另一极板上，另一个设置在电感线圈2中间位置，所述金属过孔5用于电感线圈2的内侧的一部分线圈两端与叉指电容3的两个极板之间互连，也用于极板电容4的两个极板与电感线圈2外侧的一部分线圈的相连。
[0017]
（3）采用喷墨打印技术在硅片的正面用银浆打印出电感线圈和温度测试叉指电容，同时在硅片背面打印出应变测试叉指电容。
[0018]
本发明提供了一种无线无源温度、应变双参数传感器及其制备方法，应变、温度双参数传感器采用 lc谐振原理，用一个电感两个电容实现了真正意义上的双参数集成传感器，使得叉指电容间的电容随着温度的变化而发生变化，从而实现对温度的无线无源测量，应变测试极板电容的电容值随着应变的变化而变化，最终导致传感器谐振频率随应变发生改变，实现了对应变的无线无源测量。本发明将应变测量和温度测量结合起来，并且两个测量方式都是利用无线无源的方法进行测量，提高了测量的稳定性，降低了功耗，实现了对应变、温度双参数的测量，并且在尺寸大小方面有很大的灵活性。本发明结构简单合理，利于实现温度、应变双参数传感器的一体化、微型化，便于 加工，成本低廉。
[0019]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。