聲表面波傳感技術(shù)概述(編輯修改稿)
2025-04-02 19:46 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 SAW傳感器一般采用振蕩器電路形式，其中 SAW振蕩器是傳感器的核心。 SAW傳感器的基本工作原理就是利用了 SAW振蕩器這一頻控元件受各種物理、化學(xué)和生物量的作用而引起振蕩頻率的變化，通過精確測(cè)量振蕩頻率的變化，從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)上述物理量及化學(xué)量變化的目的。 移相器 匹配網(wǎng)絡(luò) SAW振蕩器 放大器 匹配網(wǎng)絡(luò) 聲表面波振蕩電路 Schematic of SAW oscillator circuit 23 SAW振蕩器通常有延遲型（ SAWD）和諧振型（ SAWR）兩種結(jié)構(gòu) . SAWD由兩個(gè)叉指換能器（ IDT）的中心距決定相位反饋，由 IDT的選頻作用和反饋放大器產(chǎn)生固定頻率的振蕩。其振蕩頻率為： 2Evfnl??????????24 （ a）單端對(duì)諧振器 （ b）雙端對(duì)諧振器 SAWR由左右兩個(gè)反射柵陣列構(gòu)成諧振腔，聲表面波在兩個(gè)反射柵之間來(lái)回反射、疊加、共振形成駐波。對(duì)于叉指間隔和反射柵指條間隔均勻分布的 SAWR，諧振型振蕩器的振蕩頻率為： 2 Pvvfl??? SAWR器件的品質(zhì)因數(shù) Q值高、插損小，由于 Q值是決定振蕩器頻率穩(wěn)定性的重要參數(shù)之一，因此這種高Q值諧振器結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步提高 SAW傳感器靈敏度和分辨率。 25 v lPl 任何量只要能引起 、 或 發(fā)生變化，就會(huì)使 SAW振蕩器的振蕩頻率發(fā)生變化。通過振蕩電路檢測(cè)出振蕩頻率的變化就可以建立起頻率偏移與待測(cè)量之間的關(guān)系。 若在兩又指電極或反射柵之間徐覆一層對(duì)某種氣體或濕度敏感的材料就可制成 SAW氣體或濕度傳感器。 26 無(wú)源遙測(cè)是 SAW傳感器的一大優(yōu)勢(shì)，從結(jié)構(gòu)上看，無(wú)線 SAW傳感器也可分為延遲型和諧振型兩種，但工作原理不同于一般的SAW傳感器，以延遲型為 天 線 壓 電 基 片I D T 反 射 柵吸 聲 材 料例，傳感器由壓電基片、叉指換能器、反射柵及讀寫器（高頻激勵(lì) ∕接收裝置）組成。工作時(shí)讀寫器發(fā)射出脈沖激勵(lì)信號(hào)，由敏感基片的天線接收無(wú)線信號(hào)，并通過 IDT將電磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲表面波。聲表面波經(jīng)過一段延遲后由反射柵反射回來(lái)，再通過 IDT將信號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁波信號(hào)，并經(jīng)天線發(fā)射出去，再由讀寫器接收處理。 27 脈沖信號(hào)從發(fā)射到接收的返回時(shí)間主要由讀寫器與 IDT天線的距離、 IDT與反射柵之間的距離以及聲表面波波速來(lái)決定，即脈沖信號(hào)從讀寫器發(fā)射到回收的傳播時(shí)間為： 22lLvc? ??在遙測(cè)時(shí)，讀寫器與敏感基片之間距離的變化也會(huì)引起傳播時(shí)間的變化，為解決這一問題，在基片上設(shè)置多個(gè)反射柵，反射柵之間的時(shí)延只反映器件本身的狀態(tài)，而不受讀寫器與敏感基片之間距離的影響。在實(shí)際測(cè)量中，由于時(shí)延值非常小，常采用測(cè)量相位的方法來(lái)代替對(duì)時(shí)延的測(cè)量 28 如果相應(yīng)位置上的反射柵被布置或抽取，則該位置上的脈沖可表示編碼“ 1”或“ 0”，相同結(jié)構(gòu)的器件就變成了用于目標(biāo)辨識(shí)的 SAW標(biāo)簽（ IDTag）。雖然目前 SAW辨識(shí)標(biāo)簽沒有隨時(shí)改寫的功能，但與其它類型的辨識(shí)標(biāo)簽相比，具有誤碼率低、讀取時(shí)間快、作用距離遠(yuǎn)、不受光遮蓋和讀取方向影響、可在金屬液體表面讀取等優(yōu)點(diǎn)，因而 SAW標(biāo)簽是對(duì) IC射頻標(biāo)簽的一個(gè)有力補(bǔ)充。 29 SAW傳感器信號(hào)檢測(cè) 壓力信號(hào) SAW振蕩器 1 SAW振蕩器 2 低通濾波器 放 大 器 頻率測(cè)量 微處理器 混頻 輸出 圖 710 SAW傳感器信號(hào)檢測(cè)與處理電路框圖 被測(cè)量環(huán)境溫度 30 SAW傳感器信號(hào)檢測(cè) L N A 帶通濾波對(duì)數(shù)放大放大A /D轉(zhuǎn)換射聘本振7 0 M Hz晶振開關(guān)收發(fā)開關(guān)功放混頻器數(shù)據(jù)處理中心4 1 8 M Hz中頻濾波帶通濾波混頻器限幅輸出
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