本文關(guān)鍵詞：基于SAW傳感器的無(wú)源無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 無(wú)源無(wú)線 溫度監(jiān)測(cè) 聲表面波傳感器 高頻詢問(wèn)器

【摘要】：面對(duì)開關(guān)柜內(nèi)高壓、強(qiáng)電磁場(chǎng)、空間狹小等苛刻環(huán)境,傳統(tǒng)的高壓開關(guān)柜溫度測(cè)量方法都各自存在不同的缺點(diǎn)。為此,本文設(shè)計(jì)了一套基于聲表面波(Surface Acoustic Wave, SAW)傳感器的無(wú)源無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng),系統(tǒng)主要由諧振型無(wú)源無(wú)線溫度傳感器和基于雷達(dá)原理工作的高頻詢問(wèn)器組成。本系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)思路為：由詢問(wèn)器產(chǎn)生高頻可調(diào)信號(hào)來(lái)激勵(lì)傳感器的叉指換能器(Interdigital transducers, IDT)產(chǎn)生SAW, SAW將在傳感器的諧振腔內(nèi)發(fā)生疊加。當(dāng)激勵(lì)信號(hào)停止時(shí),疊加后的SAW又將被IDT轉(zhuǎn)換成電信號(hào),又通過(guò)傳感器天線輻射出來(lái),詢問(wèn)器接收并采樣該回波信號(hào),得到此頻率下回波信號(hào)的幅值。接著,詢問(wèn)器會(huì)改變激勵(lì)信號(hào)的頻率,重復(fù)以上步驟,保證溫度引起的傳感器諧振頻率變化范圍在激勵(lì)信號(hào)變化的范圍內(nèi)。由于當(dāng)激勵(lì)信號(hào)頻率與傳感器諧振頻率一致時(shí),傳感器將發(fā)生諧振,傳感器的回波信號(hào)最強(qiáng),一個(gè)掃頻周期下來(lái),詢問(wèn)器便能得到該溫度下傳感器的諧振頻率,又因?yàn)閭鞲衅鞯闹C振頻率與溫度有著線性關(guān)系,詢問(wèn)器便可得出節(jié)點(diǎn)的溫度。論文的主要研究?jī)?nèi)容以及取得成果如下：(1)通過(guò)推導(dǎo)SAW在壓電材料上的傳播方程,得到SAW的傳播特性,為各種SAW器件的制備提供依據(jù)。利用Matlab對(duì)IDT的頻率響應(yīng)、IDT的阻抗特性以及諧振器的頻率響應(yīng)進(jìn)行了仿真,驗(yàn)證了傳感器芯片設(shè)計(jì)的正確性。采用Smith圓圖工具設(shè)計(jì)了傳感器的阻抗匹配電路(該方法同樣適合詢問(wèn)的阻抗匹配電路設(shè)計(jì))。(2)先借助ADS2008和ADIsimPLL進(jìn)行電路分析設(shè)計(jì),然后使用EDA軟件Altium Designer進(jìn)行了電路的繪制,最后使用Keil uVision4和QUARTUS Ⅱ進(jìn)行程序設(shè)計(jì),開發(fā)了高頻詢問(wèn)器,詢問(wèn)器能夠產(chǎn)生頻率434-436MHz,步長(zhǎng)為16KHz的高頻正弦信號(hào)。(3)分析了系統(tǒng)干擾的來(lái)源及其對(duì)系統(tǒng)的影響,從軟硬件兩個(gè)方面提出了有效的抗干擾措施。利用示波器測(cè)試了詢問(wèn)器的發(fā)射回路的性能,并借助信號(hào)源產(chǎn)生10MHz的正弦信號(hào)和Arb信號(hào)模擬傳感器的回波信號(hào)的包絡(luò)信號(hào),測(cè)試詢問(wèn)器接收回路的性能,測(cè)試結(jié)果表明：詢問(wèn)器設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期效果。
【關(guān)鍵詞】：無(wú)源無(wú)線 溫度監(jiān)測(cè) 聲表面波傳感器 高頻詢問(wèn)器
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM591
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 研究背景及意義11-13
• 1.2 無(wú)源無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀13-18
• 1.2.1 SAW簡(jiǎn)介14
• 1.2.2 SAW傳感器研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 高頻詢問(wèn)器研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3 本文溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路18
• 1.4 論文主要研究?jī)?nèi)容18-20
• 第2章 SAW溫度傳感器的研究與設(shè)計(jì)20-48
• 2.1 SAW在彈性介質(zhì)上的激發(fā)與傳播20-23
• 2.2 SAW溫度傳感器原理23-25
• 2.3 SAW傳感芯片設(shè)計(jì)基礎(chǔ)25-31
• 2.3.1 IDT設(shè)計(jì)25-26
• 2.3.2 反射柵設(shè)計(jì)26-28
• 2.3.3 反射柵與IDT的間距設(shè)計(jì)28
• 2.3.4 壓電材料的選擇28-31
• 2.4 SAW傳感芯片模擬仿真31-39
• 2.4.1 IDT頻率響應(yīng)31-34
• 2.4.2 IDT阻抗特性34-36
• 2.4.3 諧振器模擬36-39
• 2.5 SAW傳感芯片制備工藝與流程39-40
• 2.6 SAW傳感芯片性能測(cè)試方法40-42
• 2.7 傳感器阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)42-47
• 2.7.1 阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)43
• 2.7.2 阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)43-47
• 2.8 本章小結(jié)47-48
• 第3章 詢問(wèn)器整體設(shè)計(jì)與應(yīng)用開發(fā)48-70
• 3.1 詢問(wèn)器硬件電路設(shè)計(jì)48-66
• 3.1.1 DDS電路設(shè)計(jì)48-52
• 3.1.2 PLL電路設(shè)計(jì)52-53
• 3.1.3 射頻開關(guān)電路設(shè)計(jì)53-56
• 3.1.4 帶通濾波電路設(shè)計(jì)56-58
• 3.1.5 RF功率放大電路設(shè)計(jì)58-59
• 3.1.6 低噪聲放大器電路設(shè)計(jì)59-60
• 3.1.7 包絡(luò)檢波電路設(shè)計(jì)60-61
• 3.1.8 AD采樣電路設(shè)計(jì)61-62
• 3.1.9 高速數(shù)據(jù)緩存電路設(shè)計(jì)62-64
• 3.1.10 MCU核心板設(shè)計(jì)64-65
• 3.1.11 GSM模塊電路設(shè)計(jì)65-66
• 3.2 詢問(wèn)器軟件程序設(shè)計(jì)66-69
• 3.2.1 軟件編程平臺(tái)66-67
• 3.2.2 軟件流程設(shè)計(jì)67-69
• 3.3 本章小結(jié)69-70
• 第4章 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)與電路測(cè)試70-79
• 4.1 抗干擾設(shè)計(jì)70-72
• 4.1.1 干擾的來(lái)源與形式70
• 4.1.2 干擾的影響70-71
• 4.1.3 硬件抗干擾措施71
• 4.1.4 軟件抗干擾措施71-72
• 4.2 電路測(cè)試分析72-78
• 4.2.1 DDS電路測(cè)試73-74
• 4.2.2 PLL電路測(cè)試74-75
• 4.2.3 濾波電路測(cè)試75
• 4.2.4 功率放大電路測(cè)試75-76
• 4.2.5 AD采樣模塊測(cè)試76-78
• 4.2.6 通信模塊測(cè)試78
• 4.3 本章小結(jié)78-79
• 結(jié)論與展望79-81
• 參考文獻(xiàn)81-85
• 致謝85-86
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間取得研究成果86-87
• 附錄B 攻讀學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目87

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