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无源无线声表面波温度传感器的设计

王琼  
【摘要】:声表面波传感器因具有体积小、测量精度高以及能在高压、高温和无需电源供电等特殊环境下工作的优势被广泛应用于无源无线测量领域。 本文在深入全面分析了当前两种典型的延迟线型和谐振型声表面波温度传感器的基础上,针对无源无线遥测的应用需求,以YZ切LiNbO3、128°YX切LiNbO3、ST切石英和YX切石英四种不同压电敏感材料为基底,对单端口谐振型声表面波温度传感器的设计和制作进行了全面细致的分析研究。首先,本文通过理论计算得到了四种压电晶体材料的声表面波速度、频率温度系数和机电耦合系数等物理特性参数,在上述研究的基础上,设计和制作了50多种不同结构的无源无线声表面波温度传感器;最后,本文对上述声表面波温度传感器的品质因数、温度灵敏度、回波信号以及传输距离对温度测量精度的影响进行了较为全面的综合测试。 研究结果表明:(1)铌酸锂声表面波温度传感器较石英传感器具有较大的频率温度系数。(2)在0~80℃范围内,YZ切LiNbO3、128°YX切LiNbO3和YX切石英较ST切石英的温度传感器具有线性的温度频率特性。(3)石英声表面波温度传感器较铌酸锂传感器具有较大的品质因数和较强的回波信号。(4)在相同的测试条件下,当无线传输距离小于10cm时,YZ切铌酸锂温度传感器的测量精度较高;当距离超过10cm后,YX切石英传感器具有较高的测量精度。 上述研究结果对单端口谐振型声表面波温度传感器的设计和制作具有普遍的指导意义。


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