声表面波传感器具有精度高、响应快、无源激励、无线传输等特点,在航空航天、环境监测、军事安全等领域具有良好的应用价值。本论文以高温、复杂环境下金属结构件的结构健康监测为研究背景,通过无线测试技术,研究了声表面波谐振器的温度特性及防护层结构的影响,考察了其应用于高温应变测试的传感特性,并针对声表面波应变传感器在金属结构件高温应变测试中存在的问题,探索了与金属件一体集成的声表面传感器研制技术。为了满足高温无线测试的需求,本论文选用欧拉角分别为(0?,138.5?,27?)和(0?,138.5?,117?)的硅酸镓镧(LGS)单晶为衬底材料,设计制备了单端口声表面波谐振器,并通过采用无线测试技术,对所研制的声表面波谐振器在20°C~600°C温度区间的温度特性进行了研究。测试结果表明:两种不同切向的LGS声表面波谐振器具有不同的温度特性,基于切向为(0?,138.5?,27?)的LGS单晶的声表面波谐振器具有单调的频率-温度特性,而基于切向为(0?,138.5?,117?)的LGS单晶的声表面波谐振器具有非单调的频率-温度特性。针对声表面波谐振器在高温环境下稳定性差的问题,本论文对声表面波器件的表面防护层结构进行了系统性研究。通过使用仿真和实验相结合的方法,研究了AlN表面防护层结构对声表面波器件性能的影响。研究结果表明,在有AlN防护层结构的器件中,随着AlN防护层厚度的增加,器件中的声波传播速度增加,机电耦合系数增加,但是频率温度系数(TCF)下降。虽然AlN防护层结构使得声表面波谐振器的温度敏感特性略微下降,但在高温环境下,AlN防护层结构的引入使得声表面波器件的Q值有明显的提高,且在长时间测试后其Q值无明显的减小,说明AlN防护层结构能够大幅提升声表面波器件在高温环境下的性能。在对声表面波谐振器的频率-温度特性研究的基础上,采用自行设计、搭建的高温应变无线测试平台,对切向分别为(0?,138.5?,117?)和(0?,138.5?,27?)的LGS声表面波谐振器的频率-应变特性进行了研究。测试温度范围为20°C~500°C。通过数值计算的方法,分别提取了两个声表面波谐振器的应变敏感系数。研究结果表明,两种声表面波谐振器的应变敏感因子都随着温度升高而增加,但相对而言,采用(0?,138.5?,117?)切向的LGS单晶所研制的器件对应变更加敏感。论文中,对声表面波谐振器的应变测试误差进行了分析。结果表明,两种不同切向的LGS声表面波谐振器的应变相对线性度误差均约小于2%,500°C下的热滞误差小于5%,所研制的声表面波应变传感器具有良好的性能。通常,声表面波传感器是通过使用胶粘结在被测工件表面。在对结构件进行高温应变测试的过程中,粘结剂给声表面波传感器带来的可靠性问题无法避免。为此,本论文还探索了将声表面波传感器直接制作在金属结构件上的可行性,其主要技术方案是:采用薄膜技术将压电材料直接沉积在金属结构件表面,并基于这种结构研制声表面波器件。为了与基于LGS单晶的声表面波无线传感器相区别,本论文将这种直接制作在金属结构件表面的声表面波无线传感器称之为:与金属结构一体集成的声表面波无线传感器。首先,本论文对金属材料一体化集成的声表面波谐振器的研制可行性进行了仿真验真,然后根据仿真结果,采用中频磁控反应溅射的方法,在TC4合金衬底上制备了高c轴取向性的AlN薄膜,并对所研制的表面声波谐振器性能进行了测试。测试结果显示:这种一体化集成的声表面波谐振器的谐振频率随着温度升高而降低,且其频率-温度特性与AlN薄膜的厚度有关,当AlN薄膜厚度从1.5μm增加至3.0μm时,其TCF绝对值从89.4 ppm/°C下降至66.2ppm/°C;随着温度的升高,这种一体化集成的声表面波谐振器的机电耦合系数也将增大,当环境温度从室温增加至350°C时,其机电耦合系数增加约30%。此外,对与金属结构一体化集成的声表面波谐振器的应变特性进行了测试。测试结果表明,这种声表面波器件具有良好的应变响应特性,在350°C条件下,其应变滞后误差仅为1.12%,远小于LGS声表面波器件的应变滞后误差。虽然,这只是初步研究结果,但已经表明:这种与金属材料一体集成的声表面波无线传感器是可行的。综上所述,本论文针对声表面波谐振器在高温、复杂环境中的无线传感应用进行了系统地研究。对目前声表面波传感器在应用中所遇到的一些问题提出了明确的解决方案,为声表面波传感器在结构健康监测的应用提供了理论和技术基础。