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saw传感器及其在无源标识器中的应用

压电与声光 2005年第6期27卷 591-594页

作者：刘积学段成丽钟先信彭江陵张元勇四川压电与声光技术研究所中国国防科技信息中心北京100036

声表面波(saw)器件作为信号处理器在现代扩频技术中已获得广泛的应用,推动了信号保密、抗干扰技术在通信、雷达、电子对抗等军用电子系统中的应用。然而,随着信息技术的深入发展,作为模拟技术的saw技术,在信号处理领域依然展示着其实时... 详细信息

声表面波(saw)器件作为信号处理器在现代扩频技术中已获得广泛的应用,推动了信号保密、抗干扰技术在通信、雷达、电子对抗等军用电子系统中的应用。然而,随着信息技术的深入发展,作为模拟技术的saw技术,在信号处理领域依然展示着其实时强大的信号处理能力,同时在信息敏感方面也展现出卓越的优势,如其灵敏度高、直接频率和相位输出、多参量综合信号转换能力、性能稳定、无源低功耗、工艺简单且与半导体工艺兼容易于实现片上集成等特点,在多种物理、化学、生物传感器系统获得应用,广受重视。近年来,随着saw器件工作频率提高到GHz以上,使得集信息敏感与信号处理、信号传输于一体的单芯片saw无源标识器(saw IDT)技术在多种saw传感器系统获得广泛的应用,成为当今saw和传感器两个技术领域的一个新发展亮点。本文基于信息敏感的角度对saw传感器的理论、设计、结构、系统研究方向,在无源标识器(IDT)应用军方面进行了探讨。

关键词： saw传感器无源标识器(IDT) 信息敏感

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基于saw传感器的电缆头内部测温系统设计

基于SAW传感器的电缆头内部测温系统设计

作者：张兴磊沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

配电网建设中使用大量的T型电缆接头,这些T型电缆接头发生故障时,往往伴随着内部温度异常,因此检测T型电缆接头内部温度对电力系统安全运行十分重要。但是,由于T型电缆接头结构复杂,所以很难对其内部温度进行测量。依据声表面波(Surface... 详细信息

配电网建设中使用大量的T型电缆接头,这些T型电缆接头发生故障时,往往伴随着内部温度异常,因此检测T型电缆接头内部温度对电力系统安全运行十分重要。但是,由于T型电缆接头结构复杂,所以很难对其内部温度进行测量。依据声表面波(Surface Acoustic Wave,saw)传感器的自身谐振频率随环境温度变化的特性,本文设计了一种基于saw技术的T型电缆接头内部测温系统,利用电磁波的穿透能力有效获取被测量点的温度信息。整体系统包括:温度阅读与显示、saw无源温度传感器及收发天线和上位机三部分。为准确测量T型电缆接头内部温度,本文深入分析T型电缆接头材料、结构等特性,在保证不破坏T型电缆接头的条件下,将saw温度传感器放入适当位置,根据空间大小、环境影响设计传感器的收发天线。温度阅读器选用射频收发机架构,通过扫频激励saw传感器并接收回波的方式判断当前温度值。显示装置显示当前温度与信号强度,通过物联网模块将数据上传到上位机,实现远程监控定点测温的功能。试验结果表明,系统可以准确测量T型电缆接头内部温度,误差为±1℃,实现远程监控、定点测温的功能。该系统所使用的saw无源温度传感器无源无线,安装不改变T型电缆接头原有结构,测量时内外隔离保证安全。该方案安装方便,可靠性好,具有良好的实用性。

关键词：电缆接头 saw传感器无源测温天线

saw传感器步进频率测温仪硬件设计关键技术研究

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北京师范大学学报（自然科学版） 2014年第4期50卷 370-374页

作者：王建明薛蓄峰王文刘芳北京师范大学信息科学与技术学院北京100875 中国科学院声学研究所北京100080 香港大学理学院物理系

在简述延迟线型saw传感器测量温度工作原理的基础上,提出了测温仪的硬件结构,深入研究了测温仪主要组成单元的关键技术,设计和研发出saw传感器步进频率测温仪系统.测温仪的充分测试结果验证了这些关键技术对于提高测温精度起着重要作用.

关键词： saw传感器步进频率信号源片上系统

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高频有机聚合物saw湿度传感器的研究

压电与声光 2007年第6期29卷 625-627页

作者：王华应智花杜晓松蒋亚东谢光忠何为电子科技大学光电信息学院电子薄膜与集成器件国家重点实验室四川成都610054 电子科技大学应用化学系四川成都610054

以双端口433.92 MHz的saw谐振器(sawR)为敏感元件,分别以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、磺基水杨酸(SSA)掺入PVP为敏感材料。对PVP掺杂前后湿度传感器的性能测试表明,沉积有PVP的sawR感湿元件回复缓慢,可逆性差,而沉积SSA-PVP的感湿元件则表现... 详细信息

以双端口433.92 MHz的saw谐振器(sawR)为敏感元件,分别以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、磺基水杨酸(SSA)掺入PVP为敏感材料。对PVP掺杂前后湿度传感器的性能测试表明,沉积有PVP的sawR感湿元件回复缓慢,可逆性差,而沉积SSA-PVP的感湿元件则表现出明显的可逆性,其响应速率和回复性明显均优于单一的PVP传感器,且响应频率与湿度表现出明显地线性相关性,其相关系数R可达0.996 21。

关键词： saw传感器双端口谐振型聚乙烯吡咯烷酮湿度传感器

谐振式无线无源saw传感器性能提升关键技术研究

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谐振式无线无源SAW传感器性能提升关键技术研究

作者：薛明喜上海交通大学

学位级别：硕士

相较于传统的温度传感器,谐振式无线无源saw温度传感器除了工作时不需要外接电源,还具有温度测量范围极宽、寿命长、能够应用于高温强磁恶劣环境中等优点,因而在航天航空、汽车工程等领域备受关注。在现有的开发的谐振式无线无源saw传... 详细信息

相较于传统的温度传感器,谐振式无线无源saw温度传感器除了工作时不需要外接电源,还具有温度测量范围极宽、寿命长、能够应用于高温强磁恶劣环境中等优点,因而在航天航空、汽车工程等领域备受关注。在现有的开发的谐振式无线无源saw传感器温度测量系统中,实际应用中存在阅读器灵活性差、作用距离短、抗干扰性能差等不足。本文对如何提升无线无源saw温度传感器系统的性能进行了研究,主要包括基于USRP B200的通用阅读器查询及解调算法改进、分析外部电路对saw谐振器回波信号长度、幅度和谐振频率等瞬态响应的影响以及基于自适应Kalman滤波的抗干扰算法三大部分。其结论也可以应用到提高无线无源saw传感器在其他测量领域性能。针对现有阅读器功能固定,灵活性差的问题,本文采用软件无线电技术,在USRP B200开发平台基础上设计了通用型的阅读器。利用该通用阅读器快速实现了双频同步查询,并验证了数字IQ解调算法能够快速判断saw传感器谐振频率的频偏方向,为优化查询策略、提高查询速度打下基础。利用该通用阅读器能够快速完成阅读器前期开发的算法验证工作,缩短了开发周期。为了进一步提高谐振式无线无源saw温度传感器系统的作用距离及精度,本文建立了saw传感器、天线及匹配电路的等效模型,并提取了传感器等效电路参数。结合理论分析,仿真了天线阻抗对回波信号长度、幅度及谐振频率的影响,给出了saw传感器天线阻抗设计的原则。在此基础上,进一步研究得到串联匹配与并联匹配对回波信号能量与谐振频率的影响,选择并联匹配作为提高回波信号能量的解决方案。并分别计算得到单谐振器及双谐振器型saw传感器并联匹配的最优电感值。最终实验验证了并联匹配电路的有效性。针对无线无源saw温度传感器的测温数据易受环境因素干扰的问题,本文在Kalman滤波的框架内,采用多项式预测器对测温系统进行建模,建立了适用于saw测温系统的Kalman滤波模型。利用小波分析法对测量数据中的噪声标准差进行计算,进一步提高滤波精度。最后,通过对其残差进行分析,进而辨识并替换受到干扰的数据,提高了系统的抗干扰能力。

关键词： saw传感器软件无线电阻抗匹配错误辨识错误数据纠正

基于FPGA的无线无源saw传感器测试系统研究

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基于FPGA的无线无源SAW传感器测试系统研究

作者：王睿电子科技大学

学位级别：硕士

传感器是一种检测装置,从一定程度上来说是人们获取外界各种信息的源头。目前,传感器技术广泛的应用于汽车工业、航空航天等多个领域。而声表面波(saw)传感器与传统的传感器相比,具有更小的体积、更低的功耗、更高的品质因数、更好重复... 详细信息

传感器是一种检测装置,从一定程度上来说是人们获取外界各种信息的源头。目前,传感器技术广泛的应用于汽车工业、航空航天等多个领域。而声表面波(saw)传感器与传统的传感器相比,具有更小的体积、更低的功耗、更高的品质因数、更好重复性。同时能实现无线无源传感,这使得saw传感器能在高温、高压、高转速等许多特定的恶劣环境中对温度、应变等进行检测,因此近年来备受研究人员的关注。而作为无源saw传感器投入具体应用的关键环节,其无线测试系统的研究显得格外重要。本文首先通过矢量网络分析仪、示波器等测试仪器对谐振型及延迟线型saw传感器进行测试,分别得到了两种传感器的时域及频域信号特征。通过比较两种传感器信号的特征,择优选择谐振型saw传感器作为研究对象。接着通过分析谐振型saw传感器反馈信号的特点提出了基于FPGA的无线无源测试系统总体设计方案。其中发射单元采用DDS+PLL+PA构架,接收单元采用超外差式接收机构架。并通过基于FFT IP核的数据处理模块实现最终的数据处理,得到saw传感器的谐振频率在433.855MHz附近。然后根据测试系统的设计方案,进行了具体电路模块的择优选择,包括FPGA芯片、ADC、DAC、PLL、LNA、射频开关等关键模块。并且完成了控制程序、数据处理程序的编写。对测试系统各模块的关键参数进行了测试和验证,最终完成测试系统的搭建。最后通过ADS完成了saw传感器与天线的阻抗匹配。通过验证,各个模块都能很好的满足测试要求。其中DDS模块能产生功率较高、波形稳定的低频信号;PLL模块能很好的实现32倍频功能;LNA模块在谐振频率附近的增益达到了20.667dB,噪声系数仅为0.4dB;射频开关在谐振频率附近的隔离度大于80dB;天线在谐振频率附近的增益为3.5dBi;混频器和低通滤波器也能很好地实现功能。最后分别使用矢量网络分析仪以及本文设计的基于FPGA的无线测试系统完成了室温至150℃的温度测试,通过比较两者的测试结果,验证了基于FPGA的测试系统的稳定性和可靠性。

关键词： saw传感器 FPGA 无线测试 FFT

基于有限元方法的高频saw气体传感器建模仿真

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基于有限元方法的高频SAW气体传感器建模仿真

作者：孙崇波哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

saw器件是用来信号处理的一种微机械电子系统,它利用压电基底上的叉指换能器来激发和接收表面波。由于其具有多功能性,尺寸小,易于加工等有优点,被广泛应用于雷达、电视、寻呼机、移动电话以及传感器等领域。saw传感器是saw器件的一个... 详细信息

saw器件是用来信号处理的一种微机械电子系统,它利用压电基底上的叉指换能器来激发和接收表面波。由于其具有多功能性,尺寸小,易于加工等有优点,被广泛应用于雷达、电视、寻呼机、移动电话以及传感器等领域。saw传感器是saw器件的一个新的重要分支,具有高精度、高分辨率、数字输出、重量轻、体积小、功耗低、抗干扰、耐噪声、可以工作在恶劣环境中等独特优点。目前,saw传感器已经在气体检测、温度检测、湿度检测、压力力矩检测、无线监测及生物医疗检测等领域获得了广泛的应用。为了获得更好的性能,saw传感器向着高频率的方向发展,高频率saw传感器的开发要求精确地分析在低频时通常被忽略的二次效应。在低频saw器件中,由于电极的厚度相对于电极宽度很小,电极的这种二次效应可以忽略不计。当频率增大时,电极的宽度变小,而电极的厚度没有随之降低,这时电极的厚度相对于电极宽度不再可以忽略不计,随之电极的二次效应也变得显著。高频环境下这种高的电极厚度宽度比造成的二次效应要求我们建立合理的模型来对其进行定量分析。另外一些传感器参数的获得,严重地依赖于传感器原型机实验,利用有限元响应分析可以代替原型机实验来提取传感器参数。这样在不需要原型机实验的情况下,就可以计算出saw传感器IDT的一些参数,如谐振频率、逆谐振频率以及IDT的导纳值。利用仿真过程可以大大减少原型机的实验量,缩短传感器开发周期,降低开发成本。并且仿真提取的参数值可以为整个传感器系统的进一步设计提供重要的参考。本文初步设计了一个延迟线型高频saw气体传感器,为saw传感器的建模仿真提供了一个具体的分析对象。针对设计的saw传感器,对其IDT模型进行了合理简化和假设,建立了saw传感器IDT的周期性有限元模型。在仿真过程中,首先利用无电极模型分析了无电极压电基底表面上表面波的传播特性。接着针对本文设计的高频saw气体传感器,对不同电极敷金比和电极高度的一系列模型进行了模态分析,定量地分析了不同电极参数下电极的二次效应。在此基础上,通过对saw传感器模型进行谐响应分析,分析了传感器的电学导纳随频率的变化规律,并计算得到了saw传感器的谐振频率和逆谐振频率。最后为了验证声孔径大小对传感器IDT导纳值的影响并估算IDT的真实导纳值,建立了saw传感器IDT的简单三维模型,分析了声孔径尺寸与saw传感器IDT电学导纳的关系,估算出saw传感器IDT的电学导纳。

关键词： saw传感器叉指谐振器有限元模态分析谐分析

TPMS中saw传感器信号收发系统的设计与分析

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TPMS中SAW传感器信号收发系统的设计与分析

作者：贾喜国哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

胎压监测系统用于实时测量汽车轮胎的压力及温度信息,对因轮胎漏气造成的胎压不足或高温高压防爆胎进行预警,以提高汽车的安全性能。无源胎压监测系统前景广阔,是胎压监测系统发展的必然趋势。鉴于目前无源胎压传感器的研发已有进展,特... 详细信息

胎压监测系统用于实时测量汽车轮胎的压力及温度信息,对因轮胎漏气造成的胎压不足或高温高压防爆胎进行预警,以提高汽车的安全性能。无源胎压监测系统前景广阔,是胎压监测系统发展的必然趋势。鉴于目前无源胎压传感器的研发已有进展,特别是基于声表面波的无源胎压传感器,已被认同为无源胎压传感器的主流发展方向,但基于该传感器的射频收/发设备却鲜有报道。本文应用新型无源声表面波胎压传感器,设计相应的传感器射频收/发器。研究内容主要包括以下几个方面。首先,根据无源saw传感器的特性,传感器接收射频查询脉冲后将依次返回三个脉冲信号,返回信号间的时间差就包含了温度压力信息。由于时间非常短用硬件测量时间差很难实现,因此本文用测量相位差来间接获得时间差。本文运用间接测量方法,将三个返回信号与同一频率的信号进行相位比对,间接获得三个返回信号之间的相位差,进而获得温度压力信息。其次,根据相位测量方法,以相位测量为中心设计硬件系统。主要包括三个基本模块:射频模块、数据采集与存储模块和低速器件管理模块。射频模块的功能主要是产生射频信号、接收返回和相位的测量。数据采集与存储模块的功能包括:控制射频信号截取的宽度、控制数据采集的时序和数据的采集存储。低速器件管理模块主要用于系统初始化控制、信息显示和预留接口等。最后,设计与硬件相对应的模块化软件,在测试时也是按照模块化的思想,对重点关注的部分分别进行测试,以保证正确性并验证理论设计的可行性。为便于数据分析使用串口通信方式将数据上传至PC,在Matlab中以图形的方式直观地显示采样到的数据。本课题完成了胎压监测系统从理论设计到实现的主要内容,证明了理论设计的可行性,为设计基于声表面波无源传感器收/发器奠定了基础。

关键词： saw传感器 RF收发器正交相位检测 FPGA

基于saw传感器的无线无源测温系统的研究与应用

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基于SAW传感器的无线无源测温系统的研究与应用

作者：樊灵旻上海交通大学

学位级别：硕士

电力系统对运行安全的需求越来越高,电气设备的可靠运行就显得必不可少。为了能够发现电气设备的隐患缺陷,及时予以解决,就需要对相关设备的运行参数进行实时监测。电气设备温度测量监控技术是由应用于工业系统的测温技术演变而来的,历... 详细信息

电力系统对运行安全的需求越来越高,电气设备的可靠运行就显得必不可少。为了能够发现电气设备的隐患缺陷,及时予以解决,就需要对相关设备的运行参数进行实时监测。电气设备温度测量监控技术是由应用于工业系统的测温技术演变而来的,历经了热电偶技术、可粘贴在被测物体表面的示温蜡片测温技术、基于红外热像仪的远红外测温技术、基于光纤传感系统的光纤测温技术、有源无线测温技术以及基于saw传感器的无源无线测温技术等发展阶段。近年来,国外相继开发了一些基于不同检测原理的电气设备温度在线监测装置,为满足安全可靠及实用性要求,各国开始趋向于采用无源无线测温方式。声表面波(saw)无线无源温度传感器除了本身具有纯无源的特征外,也具备维护周期长、可在恶劣环境下工作、价格低廉等优势,并能够便捷的进行安装使用,工作温度的区间也较大,是在各类无线测温系统中较为理想的选择。目前,无线无源测温系统已有许多研究成果。本课题是基于saw传感器的无线无源测温系统的设计及应用,首先对saw传感器相关国内外的发展现状以及研究背景进行介绍分析,进一步明确了该课题研究的必要性。其次对saw传感器相关的原理、结构型式以及测温原理等进行介绍,并对测温系统以及基于saw传感器的无线无源测温系统的使用场合进行分析。最后对基于saw传感器的无线无源测温系统的硬件设计、系统结构、数据分析环节进行介绍,并对火电厂的saw传感器无线无源测温系统进行系统功能设计、安装方案设计以及实测温度分析。本课题的研究,可以加深对saw传感器无线无源测温系统的学习与理解,为后续saw传感器的研究提供一定基础。

关键词：测温系统无线无源 saw传感器