《延迟型声表面波传感器阵列规范》征求意见稿

ICS31.140

CCSL50/54

XXXX

团体标准

T/XXXXXX—2021

延迟型声表面波传感器阵列规范

StandardofDelayedSurfaceAcousticWaveSensorArray

（征求意见稿）

2021-10-28发布2021-10-28实施

广东省市场协会发布

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前  言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规

定起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由广州科慧健远医疗科技有限公司提出。

本文件由广东省市场协会归口。

本文件起草单位：广州科慧健远医疗科技有限公司、雅泰歌思（上海）通讯科技有限公司、广州言

成智能设备股份有限公司、科慧健远（广州）智能设备有限公司、广州鼎成信息科技有限公司、广州科

慧健远科学研究院有限公司、广州鹏远智能设备有限公司、上海赛欧信息技术有限公司、广州贝鼎科技

有限公司、澳门国际人工智能学会、永迅亚洲有限公司

本文件主要起草人：黄鑫、武瑞德、闫景浩、陈亮、卢国友、黄建恺、邱浩洋、武俊安、张文全

Ⅲ

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延迟型声表面波传感器阵列规范

1范围

本文件规定了规定了延迟型声表面波传感器阵列规范的术语和定义、延迟线型声表面波传感器阵列

的组成、叉指换能器设置、反射栅组设置、反射栅组合叉指换能器间距等规范。

本文件适用于延迟线型声表面波传感器阵列。

2规范性引用文件

本文件没有规范性引用文件。

术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

延迟线型声表面波传感器（delayedsurfaceacousticwavesensor）

延迟线型声表面波在固体半空间的表面上可以传播，利用该特性在压电材料上将其能量集中在表面

附近形成弹性波再转换成其他能量参数，根据这些原理制成的传感器。主要用于，用于测量多种参数（例

如机械应变、应力、微小位移、作用力、温度等）。

3.2

压电基底（PiezoelectricSubstrate）

压电传感器通常采用光刻工艺加工，压电基底顾名思义就是使用压电材料作为光刻工艺的衬底。

3.3

叉指换能器（inter-digitaltransducer，IDT）

用以实现声电换能，正负电极周期性交叉排列，以状如手指交叉得名。其工作原理是利用逆压电效

应（周期性交变电场产生形变）和压电效应（周期性形变产交变电场）工作。

3.4

反射栅组（reflectinggratingsuits）

反射栅是沉积在压电基底表面的金属阵列，阻抗不匹配实现声表面波（SAW）的反射，反射波携

带了时延和相位信息。反射栅组是多个反射栅按照一定规则的组合，实现压电传感器的编码和感应。

1延迟线型声表面波传感器阵列组成

延迟线型声表面波传感器阵列，包括：阅读器100和六个（可以更多，也可更少，但是最少需要有

两个）延迟线型声表面波传感器（第一延迟线型声表面波传感器201，第二延迟线型声表面波传感器202，

第三延迟线型声表面波传感器203，第四延迟线型声表面波传感器204，第五延迟线型声表面波传感器

205，第六延迟线型声表面波传感器206）。见下图1

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图1.延迟线型声表面波传感器阵列组成图

2阅读器和每个延迟线型声表面波传感器无线通信连接

2.1.1延迟线型声表面波传感器上设有天线，天线与叉指换能器电连接。每个延迟线型声表面波传感器

通过自己的天线与阅读器进行信息的交互，因此各延迟线型声表面波传感器只需要摆放在阅读器覆盖的

范围内即可，各延迟线型声表面传感器的方位和距离并不会互相产生影响.

2.1.2各延迟线型声表面波传感器可部署在同一基座300（见图1），将此基座300布置于阅读器的覆盖

范围内。各延迟线型声表面波传感器也可以分布式部署，只要让各延迟线型声表面波传感器处在阅读器

的覆盖范围内即可。

3延迟线型声表面波传感器组成

延迟线型声表面波传感器包括：压电基底21、叉指换能器22（设置于压电基底21上）、反射栅组

（由三条反射栅：第一反射栅23、第二反射栅24和第三反射栅25构成，设置于压电基底21上，且位

于叉指换能器22的一侧）。见下图2。

图2.延迟线型声表面波传感器组成图

4延迟型声表面波传感器阵列结构

6.1反射栅组和叉指换能器之间具有第一间距D；任意两个延迟线型声表面波传感器中的第一间距D不

相等；任意两个延迟线型声表面波传感器中的压电基底相同；任意两个延迟线型声表面波传感器中的反

射栅组相同

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6.2各延迟线型声表面波传感器上的第一间距D的值是基于时分多路复用规则而设置，从而实现各延迟

线型声表面波传感器的（数据传输的）防碰撞设计。第一间距为延迟线型声表面波传感器内叉指换能器

与反射栅组起始位置的间距/时延，即距离叉指换能器最近的第一反射栅到叉指换能器的距离

6.3叉指换能器将接收的电磁波转化为声表面波，声表面波遇到金属反射栅组（中的反射栅），因阻抗

不匹配产生反射，此反射回波携带反射栅的位置和传感信息。阅读器收到叉指换能器反馈的由此反射回

波对应的电池波，可以解析出延迟线型声表面波传感器的位置和传感信息。

6.4延迟线型声表面波传感器阵列中，每个延迟线型声表面波传感器都具有相同的压电基底（从而方便

实现传感器阵列中各传感器的设计和传感标定）和反射栅组。压电基底为各向异性材料，外界物理参数

如压力、温度等将影响传播波速的变化，利用传感器的回波时延信息实现对待测物理量的传感。

6.5每个延迟线型声表面波传感器上的反射栅组的结构相同，即对应位的反射栅电极数、敷金比、膜厚、

声孔径完全相同。由于采用一体化设计（相同的压电基底和反射栅组结构），对于单个传感器的校验，

可以简单推用至全体传感器阵列中，从而简化标定工作。

6.6每个延迟线型声表面波传感器的区别在于：每个反射栅组和叉指换能器之间的第一间距D值不同，

各延迟线型声表面波传感器仅在时延上存在平移效果。叉指换能器会根据第一间距的值做差异化设计，

以保证各延迟线型声表面波传感器之间的回波一致性。

6.7各延迟线型声表面波传感器采用相同的压电基底，因此，声表面波的传波速度相同，而反射栅和叉

指换能器之间的第一间距不同，使每个声表面波在同时接收到信号时，其反馈的信息所用的时间不同，

从而反映为时延的不同。各延迟线型声表面波传感器的第一间距不同，以便实现防碰撞设计，即阅读器

可同时接收、提取延迟线型声表面波传感器阵列的反馈信号，且不会形成相互干扰，而从快速检测与定

位到故障点。

5延迟线型声表面波传感器阵列功能实现

5.1各延迟线型声表面波传感器的第一间距的值符合时分多路复用规则。时分多路复用是指，按传输

信号的时间进行分割，使不同的信号在不同的时间内传输，从而使每一时间分片只有一路信号存在。

5.2各延迟线型声表面波传感器阵列实现了并行传感（敏感），且读取速度快。类比谐振器型声表面

波传感器阵列，单个谐振器型声表面波传感器的数据读取时间在200ms以上，而延迟线型声表面波传感

器阵列，可在10us内同时完成传感阵列内所有延迟线型声表面波传感器的数据读取

5.3延迟线型声表面波传感器阵列具有抗干扰能力强的优点，阵列中各延迟线型声表面波传感器的反

射栅时延信息相互作为参考，可以有效消除空间环境的干扰。

5.4声表面波的波速是电磁波波速的10~5量级，采用单端延迟线设计，时延计算往返路径，延迟线型

声表面波传感器的体积可折半。

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目  次

前言.....................................................................................................................................................................Ⅲ

1范围.................................................................................................................................................................1

2规范性引用文件.............................................................................................................................................1

3术语和定义.....................................................................................................................................................1

4阅读器和每个延迟线型声表面波传感器无线通信连接............................................................................1

5延迟线型声表面波传感器组成.....................................................................................................................2

6延迟型声表面波传感器阵列结构.................................................................................................................2

7延迟线型声表面波传感器阵列功能实现....................................................................................................3

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延迟型声表面波传感器阵列规范

1范围

本文件规定了规定了延迟型声表面波传感器阵列规范的术语和定义、延迟线型声表面波传感器阵列

的组成、叉指换能器设置、反射栅组设置、反射栅组合叉指换能器间距等规范。

本文件适用于延迟线型声表面波传感器阵列。

2规范性引用文件

本文件没有规范性引用文件。

术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

延迟线型声表面波传感器（delayedsurfaceacousticwavesensor）

延迟线型声表面波在固体半空间的表面上可以传播，利用该特性在压电材料上将其能量集中在表面

附近形成弹性波再转换成其他能量参数，根据这些原理制成的传感器。主要用于，用于测量多种参数（例

如机械应变、应力、微小位移、作用力、温度等）。

3.2

压电基底（PiezoelectricSubstrate）

压电传感器通常采用光刻工艺加工，压电基底顾名思义就是使用压电材料作为光刻工艺的衬底。

3.3

叉指换能器（inter-digitaltransducer，IDT）

用以实现声电换能，正负电极周期性交叉排列，以状如手指交叉得名。其工作原理是利用逆压电效

应（周期性交变电场产生形变）和压电效应（周期性形变产交变电场）工作。

3.4

反射栅组（reflectinggratingsuits）

反射栅是沉积在压电基底表面的金属阵列，阻抗不匹配实现声表面波（SAW）的反射，反射波携

带了时延和相位信息。反射栅组是多个反射栅按照一定规则的组合，实现压电传感器的编码和感应。

1延迟线型声表面波传感器阵列组成

延迟线型声表面波传感器阵列，包括：阅读器100和六个（可以更多，也可更少，但是最少需要有

两个）延迟线型声表面波传感器（第一延迟线型声表面波传感器201，第二延迟线型声表面波传感器202，

第三延迟线型声表面波传感器203，第四延迟线型声表面波传感器204，第五延迟线型声表面波传感器

205，第六延迟线型声表面波传感器206）。见下图1

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图1.延迟线型声