聲表面波傳感技術概述(編輯修改稿)
2025-04-02 19:46 本頁面
【文章內容簡介】 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、化學和生物量的作用而引起振蕩頻率的變化，通過精確測量振蕩頻率的變化，從而實現(xiàn)檢測上述物理量及化學量變化的目的。 移相器 匹配網(wǎng)絡 SAW振蕩器 放大器 匹配網(wǎng)絡 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）兩種結構 . SAWD由兩個叉指換能器（ 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）單端對諧振器 （ b）雙端對諧振器 SAWR由左右兩個反射柵陣列構成諧振腔，聲表面波在兩個反射柵之間來回反射、疊加、共振形成駐波。對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值諧振器結構可以進一步提高 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，就會使 SAW振蕩器的振蕩頻率發(fā)生變化。通過振蕩電路檢測出振蕩頻率的變化就可以建立起頻率偏移與待測量之間的關系。 若在兩又指電極或反射柵之間徐覆一層對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 無源遙測是 SAW傳感器的一大優(yōu)勢，從結構上看，無線 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 ∕接收裝置）組成。工作時讀寫器發(fā)射出脈沖激勵信號，由敏感基片的天線接收無線信號，并通過 IDT將電磁信號轉換為聲表面波。聲表面波經(jīng)過一段延遲后由反射柵反射回來，再通過 IDT將信號轉換為電磁波信號，并經(jīng)天線發(fā)射出去，再由讀寫器接收處理。 27 脈沖信號從發(fā)射到接收的返回時間主要由讀寫器與 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決定，即脈沖信號從讀寫器發(fā)射到回收的傳播時間為： 22lLvc? ??在遙測時，讀寫器與敏感基片之間距離的變化也會引起傳播時間的變化，為解決這一問題，在基片上設置多個反射柵，反射柵之間的時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。在實際測量中，由于時延值非常小，常采用測量相位的方法來代替對時延的測量 28 如果相應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”，相同結構的器件就變成了用于目標辨識的 SAW標簽（ IDTag）。雖然目前 SAW辨識標簽沒有隨時改寫的功能，但與其它類型的辨識標簽相比，具有誤碼率低、讀取時間快、作用距離遠、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，因而 SAW標簽是對 IC射頻標簽的一個有力補充。 29 SAW傳感器信號檢測 壓力信號 SAW振蕩器 1 SAW振蕩器 2 低通濾波器 放 大 器 頻率測量 微處理器 混頻 輸出 圖 710 SAW傳感器信號檢測與處理電路框圖 被測量環(huán)境溫度 30 SAW傳感器信號檢測 L N A 帶通濾波對數(shù)放大放大A /D轉換射聘本振7 0 M Hz晶振開關收發(fā)開關功放混頻器數(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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