无源无线声表面波压力传感器研究

无源无线传感器可对快速移动或旋转等环境下的物体进行参数测量,具有无源无线等优势。为此,采用声表面波(SAW)技术和无线射频技术研究实现了一种结构简单的无源无线声表面压力传感器。基于CC1101无线射频模块实现对SAW压力传感器感知信息的无线接收。推导出CC1101射频收发模块的阻抗匹配网络的传递函数,通过MATLAB和Multism软件进行分析和仿真,确定了匹配网络的元件参数,使射频模块工作频率可调;设计并实现了传感器样机。试验结果表明,该无源无线SAW压力传感器具有精度高,稳定性好的特点,为其工程化提供了依据。     

阻抗型无线无源声表面波传感器的研究

介绍了一种新型的阻抗负载型无线无源传感器,该传感器由声表面波器件与作为负载的外接传感器构成,采用声表面波器件进行信号传输。在工作时,外接传感器阻抗值的变化使声表面波器件反射回波特性也得到改变,通过检测该回波特性的变化,实现无线无源传感。基于耦合模模型的分析方法,得出了其级联P矩阵形式。针对电阻型和电容型两种不同类型的负载,分别对传感器进行了仿真分析和实际测试。试验结果表明,当电容型传感器作为负载时,可以以相位作为探测基准。     

基于声表面波技术的飞机结冰预警系统研究

飞机结冰严重影响飞行安全,现有结冰传感器都只在飞机结冰后才进行告警。利用声表面波结冰传感器及声表面波温度传感器设计了飞机结冰预先告警系统。研究了声表面波结冰传感器的原理,并设计了传感器信号的告警逻辑关系,通过等效电路对无线声表面波冰传感器进行仿真。仿真结果表明,声表面波飞机结冰预警系统可用以降低结冰信号的虚警率。     

基于声表面波技术的变压器无线温度传感器信号处理方法

目前配电变压器的状态监测迫切需要一种无线无源的传感监测方式,而声表面波(SAW)传感器是满足此需求的重要技术手段之一。该文以用于变压器出线端测温的SAW传感器为研究对象,提出了一种SAW传感器回波信号处理流程,设计了信号去噪、频谱分析等信号处理环节。为解决同频信号对传感器测量带来的干扰问题,研究了基于奇异谱分析和独立分量分析的单通道盲源分离算法对SAW传感器的抗干扰作用,利用搭建的信号采集平台验证了该算法在信号分离和干扰抑制上的有效性。     

基于LGS的高温无线声表面波传感系统的研究

高温环境下供电和导线联接困难，一般电子元件难以正常工作，因此高温环境下温度、压力等物理量的监测一直是一项较难解决的技术难题。新兴的硅酸钾镧(LGS)压电晶体具有良好的压电和高温特性，为声表面波(SAW)传感器的高温应用提供了可能。该文分析了新兴LGS压电晶体的高温及SAW特性，讨论了它在高温无线无源传感方面的应用途径和关键问题。初步的实验证明了基于LGS的高温SAW无线无源传感系统的可行性。     

声表面波无源传感器及其遥测系统的研究

本文研究设计了一声表面波无源传感器及其遥测系统，通过实验证实，这种传感器及其系统是一种完全可行的方案，它具有较高的灵敏度，能应用于普通传感器所无法应用的特殊场合，具有广阔的应用前景。     

声表面波CO气体传感器温度误差补偿方法研究

要提高声表面波(SAW)气体传感器的测量精确度,温度补偿是主要难题.目前有许多补偿方法,但其效果不佳.采用软件方法进行温度补偿的研究在国内外已成热点,但选用神经网络对声表面波气体传感器进行温度补偿罕见报道.该文以西北工业大学研发的声表面波CO气体传感器为研究对象,通过理论分析和实验,得到了声表面波CO气体传感器的温度特性曲线.提出了一种利用BP人工神经网络对声表面波CO气体传感器温度误差进行修正的新方法.计算机仿真和试验结果表明,该法能有效改善传感器的输出特性,且速度快,精度高,鲁棒性强,便于用硬件实现,具有较高的推广应用价值.     

Development of a Wireless Sensor Network with Optical Electric Sensor for Electric Field Measurement

The area of high voltage direct current (HVDC) transmission line is very large, so using cable for electric field monitoring system is very inconvenient. Wireless sensor network (WSN) can solve this problem. Compared with the traditional communication network, WSN has the advantages of small volume, high flexibility, strong self-organization. So it’s more suitable for the construction of distributed electric field monitoring system which has long distance and high mobility. On the other hand, optical E-field sensors are passive devices and they have such advantages as compact structure, wide-band response and wide measuring range which mechanical sensors lack. A distributed wireless system with optical E-field sensor is designed for collecting and monitoring the electric field under HVDC transmission lines. This measurement system has been used in China’s state grid HVDC test base and power transmission projects. Based on the experimental results, this measurement system demonstrates that it can adapt to the complex electromagnetic environment under the transmission lines and can accomplish the accurate, flexible, and stable demands of the electric field measurement.

     

无线无源声表面波传感器的天线匹配方法

针对无源无线声表面波传感器无线信号的有效传输,提出了一种无线无源声表面波传感器的天线阻抗匹配方法。该方法根据声表面波传感器的阻抗特性,可直接进行天线设计,并使天线的输入阻抗与声表面波传感器的输出阻抗共轭匹配。实践中,利用声表面波传感器的梅森(Mason)等效电路模型,及由微带传输线和分布式电容构成的匹配网络,在传感器谐振点附近频率段内,对传感器和天线进行共轭匹配及性能优化。对比共轭匹配前、后的仿真结果可知,声表面波传感器得到了最大的功率传输。     

谐振型SAW无线无源传感器的测试系统研究

采用一种低成本、高效率的电路系统实现对谐振型无线无源声表面波(SAW)传感器的测试。该电路利用直接数字频率合成(DDS)技术产生不同频率的射频信号用以激励SAW传感器。在接收端采用功率探测器检测回波信号的包络,通过包络的变化得到待测物理化学参量的变化。该测试系统产生的激励信号功率最高可达10dBm,测试时间约为0.5s,与矢网测试结果相比,其测试相对误差仅为0.002 4%。实验结果表明,该系统能够稳定、可靠地实现谐振型SAW传感器的快速检测。     

旋涂法制备声表面波化学传感器膜的研究

声表面波化学传感器因高灵敏、便携而快速等优点被用来检测有毒有害气体。聚合物在声表面波敏感器件表面的旋涂技术是研究的热点。用旋涂法把溶于丙酮的氟硅氧烷聚合物溶液在声表面波器件表面制备成膜。通过网络分析仪,对在基片不同的旋涂区域和不同聚合物粘度对敏感芯片的品质因数和插入损耗的差异的分析、对比,确定环基片中心区为成膜的最佳旋涂区域,聚合物溶液增比粘度小于0.34时对成膜质量影响较小。     

State of the art in wireless sensing with surface acoustic waves

Surface acoustic wave (SAW) passive devices can be used in novel applications such as wireless identification and sensing. For identification purposes, a SAW transponder picks up an electromagnetic request signal and stores it until all echoes caused by multipath propagation have died away. Then, a characteristic response is beamed back to the receiver. In radio-link sensors, a physical or chemical quantity influences the propagation properties of the SAW and consequently changes the response pattern of the device. This paper surveys the operating principle of such sensors and their state-of-the-art performance. Examples include temperature sensors and sensors for mechatronic applications     

无线无源声表面波扭矩传感器的研究

转轴的扭矩测量一直是一个难解决的问题。声表面波传感器可以实现无源化并进行无线测量,从而可以应用于转轴的扭矩测量。文章阐述了声表面波扭矩传感器的设计、结构及相应的无线测量系统。     

基于SAWR的无源无线混合传感器研究

匹配网络是无源无线声表面波(SAWR)混合传感器的重要组成部分.该文提出了一种改进的低失配网络,即采用2个电抗元件将SAWR匹配成等效RLC串联谐振电路,再用第三个电抗元件灵活改变谐振频率.该方法可保持谐振点为最佳匹配状态,获得稳定的低失配和高品质因数.文中对双谐振器结构的混合传感器进行了研究,对应容性传感元1～10 pF的变化范围,谐振器的差频变化为147 kHz,驻波比为1～1.02,品质因数与谐振器原值基本一致.     

化学战剂检测器的研究

研究了一种基于声表面波传感器阵列、后向人工神经网络(BP-ANN)模式识别软件和信号处理硬件的声表面波化学战剂检测器.传感器阵列输出的信号首先在FPGA中进行计数,然后通过MCU进行BP-ANN模式识别分析.根据分析的结果,MCU控制检测器发出报警信号.     

基于无线SAW压力传感器的FADS研究

嵌入式大气数据系统(FADS)是先进的大气数据系统。由于SAW压力传感器能进行无线测量,将无线SAW压力传感器应用于FADS,与MIMU相结合使之成为廉价的微型组合导航系统。研究了FADS的基本原理、无线双单端SAW谐振器压力传感器的基本原理以及相关应用电路模块,并利用HP Esoft软件和SAW谐振器等效电路对无线SAW压力传感器进行了仿真。研究表明,无线SAW传感器能应用到先进的大气数据系统,具有重要的应用价值。     

复合材料结构实时撞击监测系统

为实时监测并评估发生在复合材料结构上的外部低速撞击,研制了一套基于压电传感器的被动式传感系统。系统包括分布式压电传感器网络、便携式采集硬件及分析软件。压电传感器网络覆盖结构被监测区域,并实时在线监测由于结构撞击而产生的应力波;多通道采集硬件并行采集各传感器信号,并以直接存储器访问(DMA)形式与分析软件进行数据交换;撞击事件评估采用了系统辨识技术,分析软件利用集成的系统辨识模型及获得的实时传感器数据对撞击位置和撞击载荷进行反问题求解。实验结果表明,研制的被动式传感系统能够准确辨识发生在复合材料结构上的撞击事件,并可有效估计撞击位置及撞击载荷历程。     

Drahtlose Abfrage von Oberflächenwellen-Identifikationsmarken und Meßwertwandlern

We describe wireless readout of 3 different species of passive surface acoustic wave (SAW) identification tags. and sensors which all are connected to a small antenna for reception of the interrogation signal and transmission of the delayed sensor response.

1. Following the ringing out of SAW resonators using a phase locked loop (PLL) over several microseconds, their resonance-(?Eigne”-)frequencies are determined.
2. The time between some response impulses in a SAW delay line, caused by acoustical reflectors in different distances, accurately is measured by 3 different signal integrating methods.
3. Amplitude variations of the response impulse, due to variations of a capacitance externally connected to the SAW delay line are evaluated.

All methods are used for wireless readout of fixed and adjustable identification codes and sensor measurands e.g. temperature, pressure, mechanical force, torque, deformation, electrical voltage etc.     

声表面波气体传感器的研究进展

介绍了声表面波气体传感器的基本结构和研究进展,指出了其存在的主要问题及解决方法:如温度控制电路可解决温度的影响;仿钻结晶碳覆盖层可解决湿度影响;人工神经网络技术可解决响应时间;监视声表面波的频率和振幅在高次谐波下的变化,可解决在低浓度工作时的灵敏度等问题。展望了声表面波气体传感器的发展趋势,认为该传感器的研究价值很高,市场前景广阔。     

声表面波传感器检测电路的研究

针对目前声表面波(SAW)传感器检测电路的缺点,通过对SAW传感器信号的特征分析,设计了一种简单实用的SAW传感器检测电路,降低了硬件成本。该电路利用直接数字频率合成技术产生不同的频率信号,用以激励不同谐振频率的声表面波敏感元件,在间歇收发周期从SAW传感器输出信号中提取出反映被测量的频率信号,通过对该频率的测量得到被测物理量的变化。通过对SAW传感器的温度实验,获得了传感器的温度-频率特性,在较低频率(20MHz)时检测灵敏度可达1.36kHz/℃,具有较好的一致性;在较高频率(75MHz)时检测灵敏度可达2.03kHz/℃,存在一定偏差。