一種諧振型聲表面波傳感器的無(wú)線測(cè)試電路及測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于聲表面波監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種諧振型聲表面波傳感器的無(wú)線測(cè)試電路。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)線測(cè)試系統(tǒng)是SAW無(wú)源傳感器在實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)之一。傳感器作為現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天、工業(yè)制造等許多領(lǐng)域。而與傳統(tǒng)傳感器相比，SAff傳感器具有高Q值、低成本、高穩(wěn)定性等許多特點(diǎn)。同時(shí)SAW傳感器還能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線無(wú)源傳感，這使得SAW傳感器能夠在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速等極端惡劣環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、濕度、氣體等物理量的檢測(cè)。SAW傳感器一般分為諧振型和延遲線型，本發(fā)明采用的是諧振型。SAW諧振器由一個(gè)叉指換能器(IDT)以及在IDT兩邊對(duì)稱分布的兩組反射柵組成，IDT與反射柵構(gòu)成一個(gè)諧振腔，使得SAW諧振器只對(duì)特定頻率的射頻信號(hào)產(chǎn)生響應(yīng)，這個(gè)特定的頻率即為SAW諧振器的諧振頻率。隨著外界條件的變化，SAW諧振器的諧振頻率會(huì)隨之改變，通過(guò)測(cè)試其諧振頻率的變化就可以得到對(duì)應(yīng)的待測(cè)物理量。
[0003]傳統(tǒng)的測(cè)試電路一般采用振蕩源產(chǎn)生低頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)上變頻得到高頻信號(hào)對(duì)SAW傳感器進(jìn)行激勵(lì)。在接收端對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行下變頻處理得到中頻信號(hào)，通過(guò)A/D采樣后對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以得到傳感器的諧振頻率。這樣的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要一個(gè)穩(wěn)定的本振信號(hào)源，同時(shí)對(duì)A/D采樣要求很高。另外這樣的電路成本較高，檢測(cè)速率慢，檢測(cè)精度較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)傳統(tǒng)無(wú)線無(wú)源SAW傳感器測(cè)試電路成本較高、檢測(cè)速率慢、檢測(cè)精度較低的問(wèn)題，提供一種諧振型聲表面波傳感器的無(wú)線測(cè)試電路，該測(cè)試電路采用功率探測(cè)器得到回波信號(hào)的包絡(luò)，而非采用下變頻方式，這樣既簡(jiǎn)化了電路的結(jié)構(gòu)又降低了成本，同時(shí)通過(guò)將占空比為1:1的TTL開關(guān)控制信號(hào)的周期控制在500ns-2 μ s,即信號(hào)激勵(lì)時(shí)間控制在250ns-l μ s，功率探測(cè)器得到的回波信號(hào)包絡(luò)將接近一個(gè)穩(wěn)定的直流信號(hào)，大大降低了 A/D采樣和數(shù)據(jù)處理的難度。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種諧振型聲表面波傳感器的無(wú)線測(cè)試電路，包括發(fā)射單元、接收單元、射頻開關(guān)以及信號(hào)處理單元，其特性在于，所述發(fā)射單元包括依次連接的信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，所述接收單元包括依次連接的低噪聲放大器、功率探測(cè)器和低通濾波器，所述信號(hào)處理單元包括依次連接的A/D采集模塊和數(shù)字信號(hào)處理器；發(fā)射單元和接收單元分別與射頻開關(guān)連接，信號(hào)處理單元與接收單元連接。
[0007]進(jìn)一步的，所述射頻開關(guān)采用占空比為1: 1、周期為500ns_2 μ s的TTL開關(guān)控制信號(hào)。
[0008]所述諧振型聲表面波傳感器的無(wú)線測(cè)試電路的測(cè)試方法，包括以下步驟:
[0009]步驟A:由發(fā)射單元信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一系列功率相同，頻率不同的掃頻激勵(lì)信號(hào)；
[0010]步驟B:將由步驟A產(chǎn)生的掃頻激勵(lì)信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器放大后，通過(guò)射頻開關(guān)由天線傳輸至SAW傳感器；
[0011]步驟C:SAW傳感器產(chǎn)生回波信號(hào)由天線通過(guò)射頻開關(guān)傳輸至接收單元；
[0012]步驟D:低噪聲放大器將回波信號(hào)低噪聲放大后通過(guò)功率探測(cè)器得到回?fù)苄盘?hào)包絡(luò)，得到不同頻率掃頻激勵(lì)信號(hào)對(duì)應(yīng)的一系列穩(wěn)定直流信號(hào)；
[0013]步驟E:將步驟D得到一系列穩(wěn)定直流信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器濾除其中的高頻噪聲信號(hào)后，通過(guò)A/D采樣后，由數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確定最小電壓值對(duì)應(yīng)的激勵(lì)信號(hào)頻率即為SAW傳感器的諧振頻率。
[0014]需要說(shuō)明的是:射頻開關(guān)采用占空比為1:1、周期為500η8-2μ8的TTL開關(guān)控制信號(hào)，當(dāng)TTL開關(guān)控制信號(hào)為低電平時(shí)，發(fā)射端與天線端連通，激勵(lì)信號(hào)通過(guò)天線傳遞至SAW傳感器，在逆壓電效應(yīng)的作用下將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)IDT在壓電基底上激勵(lì)起聲表面波；當(dāng)TTL信號(hào)為高電平時(shí)，天線端與接收端連通，在壓電效應(yīng)的作用下將SAW傳感器中的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)IDT激勵(lì)出與聲表面波頻率相同，幅度隨時(shí)間指數(shù)衰減的射頻信號(hào)，即回波信號(hào)?；夭ㄐ盘?hào)經(jīng)低噪聲放大后通過(guò)功率探測(cè)器得到其包絡(luò)，已知信號(hào)激勵(lì)時(shí)間控制為250ns-l μ s，使檢測(cè)得到的包絡(luò)信號(hào)接近一個(gè)穩(wěn)定的直流信號(hào)，當(dāng)激勵(lì)信號(hào)的頻率等于SAW傳感器的諧振頻率時(shí)，所得到的電壓值最小，而隨著激勵(lì)信號(hào)的頻率遠(yuǎn)離SAW傳感器的諧振頻率，所得到的電壓值會(huì)逐漸增大。
[0015]本發(fā)明的有益效果為:
[0016]本發(fā)明提供諧振型聲表面波傳感器的無(wú)線測(cè)試電路采用功率探測(cè)器得到回波信號(hào)的包絡(luò)，與傳統(tǒng)的下變頻方式相比，不需要提供本振信號(hào)源，簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)的同時(shí)降低了成本、提高了穩(wěn)定性和可靠性；同時(shí)通過(guò)控制信號(hào)激勵(lì)時(shí)間為250ns-l μ s，使功率探測(cè)器檢測(cè)到的包絡(luò)信號(hào)接近一個(gè)穩(wěn)定的直流信號(hào)，大大降低了 A/D采樣和信號(hào)處理的難度，有效提尚檢測(cè)電路的檢測(cè)速率和檢測(cè)精度。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明提出的諧振型聲表面波傳感器的無(wú)線測(cè)試電路的原理圖。
[0018]圖2為實(shí)施例1的原理圖。
[0019]圖3為實(shí)施例1中各信號(hào)的波形圖。
[0020]圖4為實(shí)施例1中不同激勵(lì)時(shí)間下包絡(luò)信號(hào)的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0022]一種諧振型聲表面波傳感器的無(wú)線測(cè)試電路，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括發(fā)射單元、接收單元、射頻開關(guān)以及信號(hào)處理單元，其中，發(fā)射單元包括信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，接收單元包括低噪聲放大器、功率探測(cè)器和低通濾波器，信號(hào)處理單元包括A/D采集模塊和數(shù)字信號(hào)處理器；其測(cè)試方法包括以下步驟:
[0023]步驟A:由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一系列功率相同，頻率不同的掃頻激勵(lì)信號(hào)。
[0024]步驟B:將由步驟A產(chǎn)生的掃頻信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器放大后，通過(guò)射頻開關(guān)由天線傳輸至SAW傳感器。
[0025]步驟C:當(dāng)TTL開關(guān)控制信號(hào)為低電平時(shí)，發(fā)射端與天線端連通，激勵(lì)信號(hào)通過(guò)天線傳遞至SAW傳感器，在逆壓電效應(yīng)的作用下將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)IDT在壓電基底上激勵(lì)起聲表面波。當(dāng)TTL信號(hào)為高電平時(shí)，天線端與接收端連通，在壓電效應(yīng)的作用下將SAW傳感器中的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)IDT激勵(lì)出與聲表面波頻率相同，幅度隨時(shí)間指數(shù)衰減的射頻信號(hào)。
[0026]步驟D:將由步驟C得到的回波信號(hào)由天線通過(guò)射頻開關(guān)傳輸至接收單元。
[0027]步驟E:將回波信號(hào)低噪聲放大后通過(guò)功率探測(cè)器得到其包絡(luò)。將信號(hào)激勵(lì)時(shí)間的長(zhǎng)短控制在250ns-l μ s，可以使檢測(cè)到的包絡(luò)信號(hào)接近一個(gè)穩(wěn)定的直流信號(hào)，當(dāng)激勵(lì)信號(hào)的頻率等于SAW傳感器的諧振頻率時(shí)，所得到的電壓值最小，而隨著激勵(lì)信號(hào)的頻率遠(yuǎn)離SAW傳感器的諧振頻率，所得到的電壓值會(huì)逐漸增大。
[0028]步驟