無源SAW傳感器的工作原理
SAW是一種能量集中在介質表面?zhèn)鞑サ膹椥圆ǎ瑥膰栏褚饬x上講，泛指沿表面或界面?zhèn)鞑サ母鞣N模式的波，不同的邊界條件和傳播介質條件可以激發(fā)出不同模式的 SAW。SAW中比較常見的有瑞利波、水平剪切波、拉姆波、表面橫波和樂甫波等。不同模式 SAW 根據其特點對外界物理化學量的敏感性是不同的。例如，瑞利波對機械量敏感，但由于其質點振動存在垂直分量，因而對液體表面介質不敏感；水平剪切波和樂甫波由于不存在垂直的振動分量，對液體敏感。SAW 最常用的波動模式是瑞利波，所以討論瑞利波時常只用“SAW”來表示。同電磁波相比，SAW 具有以下特點：
（1） 較低的傳播速度和較短的波長。SAW 器件的尺寸比相應的電磁波器件尺寸小得多，這樣可以大幅度減小器件的體積和重量，有利于電子器件的超小型化。
（2） 由于 SAW 傳播速度較慢，時變信號可以完全呈現在晶體基底表面上，易于對信號進行注入、提取和變換等處理。
（3） SAW 是晶體表面?zhèn)鞑サ膹椥圆?，不涉及晶體內部電子的遷移過程，具有較強的抗輻射能力和較大的動態(tài)范圍。
（4） SAW 器件采用單晶材料和平面工藝制造，重復性和一致性好，易于批量生產。
目前絕大多數的 SAW 器件都采用瑞利波作為實現途徑。瑞利波是在半無限基片邊界條件下沿介質表面?zhèn)鞑サ穆暡?，同時瑞利波是非色散波，即波速和頻率無關。瑞利波的質點的運動是一種橢圓偏振，位移處于徑向平面，即與表面垂直的平面。在各向異性固體中，它是由平行于傳播方向的縱振動和垂直于表面及傳播方向的橫振動兩者的合成，兩者的相位相差 90度，振幅隨深度的變化呈現快速的衰減。如圖所示，SAW 中質點位移振幅隨深度呈指數衰減，瑞利波能量幾乎集中在 1~2 個波長的深度范圍內。
SAW 傳感器中的敏感器件本身是無源的，也不需要像一般的無線 IC 卡那樣，利用天線耦合得到所需電源，是一種真正的無源傳感器。無源SAW傳感器代表 SAW 傳感器的一個新發(fā)展方向，是繼陶瓷、半導體和光纖等傳感器之后發(fā)展起來的一種新型傳感器。這類傳感器可以敏感電、熱、力、聲、光、化學及生物等各種因素，且大部分傳感器工作時信號以 RF 信號形式輸出，不需要有線連接，因此在測量方面具有得天獨厚的優(yōu)越性。此外，SAW 傳感器還具有尺寸小、價格低、精度高、靈敏度高及分辨率高等優(yōu)點，并且集成電路工藝可與其制作工藝兼容，可將傳感器和信號處理電路制作在同一芯片上，這樣不但可靠性、重復性好，而且適宜大規(guī)模生產，是一種很有發(fā)展前途的傳感器。
