传感器单元的性能测试及分析

传感器单元的气敏特性的优良关键取决于所成膜的情况，因此用E5070B 300-3GHz网络分析仪（安捷伦公司）详细的测量镀膜前后谐振器的特性。由于声表面波处于微波频段，而微波频段的S参数比其他网络参数易于测试，所以采用S参数（主要是S21）表征SAW传感器的幅频和相频特性，由于它能消除测试系统硬件造成的误差，因此其测试结果的准确度高。对于镀膜前后的双端SAW谐振器的幅频特性如图3-8所示，其中图（a）所镀膜为PDMEB，图（b）所镀膜为Pt-DEB。镀膜后谐振器的中心频率均降低300kHz，根据Sauerbrey方程，初步估计膜厚大约为700nm。从图3-7还可以看出镀膜后差损增加，在同样膜厚的情况下，镀PDMEB膜的差损明显比镀Pt-DEB膜的大，这说明在同等条件下，Pt-DEB薄膜的成膜性能比PDMEB的好，在3.3.4节的形貌分析中也确实发现该特点。当涂膜厚度达到一定值后，差损过大将有可能导致谐振器在工作电路中中心频率发生跳变，甚至停振。

图3-8　镀膜前后的SAW谐振器的幅频特性

传感器的响应特性与谐振器表面的涂层材料的用量有很大关系。

一般来说，谐振器的频率偏移随涂层材料的用量增大而增大，因此可根据谐振器频率的降低量来判断涂层材料施加量的多少。

增加涂覆量虽然可以使不少待测物的测定灵敏度提高，但会延长响应时间和恢复时间，也会增大传感器对干扰物的响应灵敏度。此外，实际可用的吸附面积并不会随着涂覆量的增加而无限制地增长，当涂覆量增至适当值后，由于谐振器表面的吸附面积已达饱和，因此传感器的灵敏度不再增加。涂覆过量，还可能导致谐振器停振或跳变到其他振荡模式。因此，在涂层材料的制备中，应根据情况选择最适当的用量，以求获得较大的覆盖面积和吸附效率。有时过量涂覆反而会导致灵敏度降低。对于8MHz的QCM通常用量在1～3kHz范围内（相当于微克级质量），少数情况下，也可用其他涂覆量。而对于433.92MHz的SAW通常用量在0.3～1MHz范围内，针对不同的敏感膜稍有差异。本节中QCM气体传感器涂敷PDMEB和Pt-DEB，膜厚引起的频率变化都控制在3kHz左右。