无源无线声表面波传感器硬件系统研究

【摘要】：在许多传感器应用的特殊场合,如对电机转子,运动汽车轮胎内,以及一些高温高压等应用场合下的参数测量,如测量温度、压力、应变、振动和加速度等,必须采用无源无线传感方式实现。因此,采用无源无线传感方式实现测量有着广泛的应用前景,而声表面波器件良好的电—声、声—电转换和高效储能特性为其无源无线应用奠定了基础。 本文在分析国内外研究成果的基础上,研究了声表面波谐振器的工作原理,建立了应用于温度测量的谐振型无源无线声表面波传感器系统,并就该传感器系统的实用化展开研究。 针对国外典型系统中硬件构成复杂的缺点,通过对传感信号的特征分析,提供了一种简单实用的无线收发系统,降低了硬件成本,更适合工业应用需要。由于传感器要适应在不易接触或无法接触的物体内进行参数检测,很多情况下就限制了天线尺寸,因此设计性能良好的电小天线非常重要。本文采用法向模螺旋天线代替以前采用的短偶极子天线以提高效率。为实现远距离测量,提高天线使用效率以及实现天线与声表面波传感器之间的阻抗匹配非常重要。并且,由于在温差变化大的测量条件下,传感器谐振频率变化也比较大;而与传感器相连的电小天线在工作场合中会因环境因素变化(如天线与地面距离或天线与周边金属物体距离变化等)而发生频带特性变化,因此,本文对电小天线和传感器进行宽带匹配,以减小传感器谐振频率变化和电小天线频带变化对电小天线—传感器频率特性的影响。 实验结果验证了无源无线声表面波传感器温度测量系统的实用性,并表明宽带匹配对提高测量系统环境适应性有非常明显的作用。