【摘要】：諧振型無線無源聲表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)傳感器通過諧振回波信號(hào)頻率的提取能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無線無源參數(shù)的測(cè)量,并且該傳感器能用于高溫、低溫、高電壓、高加速度、強(qiáng)腐蝕性、強(qiáng)電磁場(chǎng)等復(fù)雜環(huán)境。這些優(yōu)點(diǎn)的存在,使得SAW無線測(cè)量技術(shù)備受關(guān)注。隨著SAW無線測(cè)量技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了很多難以解決的問題,主要有:(1)無源SAW傳感器回波信號(hào)能量低,有效信號(hào)持續(xù)時(shí)間短,且工作環(huán)境復(fù)雜,容易受到干擾,出現(xiàn)陰影衰減或被屏蔽的情況。而SAW傳感器是非智能的無法對(duì)回波信號(hào)優(yōu)劣進(jìn)行甄別。因此,造成測(cè)量結(jié)果可靠性很差;(2)在測(cè)量距離小于5m的情況下,目前沒有專門的算法對(duì)諧振型聲表面波回波信號(hào)的頻率進(jìn)行估計(jì),而是普遍采用的方法為傅里葉變換(Fourier Transform,FT)方法和奇異值分解方法(Singular Value Decomposition,SVD)等等。但FT方法的分辨率受限于回波信號(hào)有效信號(hào)時(shí)長(zhǎng),因此分辨率低;雖然SVD法分辨率更高,但遇到非平穩(wěn)的回波信號(hào),其頻率估計(jì)會(huì)隨著測(cè)量距離的改變,發(fā)生較大波動(dòng);(3)測(cè)量距離大于5m時(shí),回波信號(hào)的能量已經(jīng)嚴(yán)重衰減。雖然閱讀器仍可接收到回波信號(hào),但回波信號(hào)的有效信號(hào)持續(xù)時(shí)間已經(jīng)非常短。目前沒有效的算法,能在極短的有效時(shí)間下實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。本文主要通過信號(hào)處理算法的研究,來提高無線無源聲表面波傳感器測(cè)量系統(tǒng)的分辨率、精確度以及可靠性。研究的主要內(nèi)容包括:(1)根據(jù)聲表面波回波信號(hào)的特點(diǎn)(由一段等幅值振蕩的正弦信號(hào)和一段指數(shù)衰減的正弦信號(hào)組成的混合信號(hào))建立信號(hào)模型,并對(duì)聲表面波回波信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析,提出一種“聲表面波諧振器回波信號(hào)的甄別方法”。該方法能有效將被干擾的回波信號(hào)、被屏蔽的回波信號(hào)以及陰影回波信號(hào)與正�；夭ㄐ盘�(hào)區(qū)分開。并實(shí)時(shí)在線地對(duì)所接收的回波信號(hào)的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià);(2)若測(cè)量距離在5 m以內(nèi),即有效信號(hào)持續(xù)時(shí)間(等幅振蕩正弦信號(hào))占整個(gè)回波信號(hào)的比例在10%以上,本文提出一種高精確度、高穩(wěn)定性的頻率估計(jì)算法“數(shù)字頻率有效位數(shù)跟進(jìn)法”。該方法不會(huì)因?yàn)闇y(cè)量距離的改變使回波信號(hào)頻率估計(jì)結(jié)果產(chǎn)生較大波動(dòng),并能根據(jù)信噪比的不同,自行確定回波信號(hào)的數(shù)字頻率有效位數(shù),信噪比越大,所確定的數(shù)字頻率的有效位數(shù)越多;(3)若測(cè)量距離在5 m至18 m之間,有效時(shí)間占比非常短(10%至2%)時(shí),提出一種“超分辨率頻率估計(jì)算法”。該方法利用凸優(yōu)化來恢復(fù)頻譜的細(xì)節(jié),即使有效可觀測(cè)樣本點(diǎn)數(shù)量?jī)H僅只有10個(gè)左右,也能高精度的完成回波信號(hào)的頻率估計(jì)。
【圖文】：

延遲型工作示意圖

圖 1-2 諧振型工作示意圖.2 諧振型無線無源聲表面波傳感器的研究現(xiàn)狀世界各科技大國(guó)，如中、美、英等國(guó)的科研機(jī)構(gòu)或科技公司都對(duì)諧振型聲波傳感器進(jìn)行了大量研究，并將其應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，創(chuàng)造了很多有價(jià)值的成具代表性的有：遼寧工程技術(shù)大學(xué)的學(xué)者們研發(fā)了一種溫度傳感器，它能在避雷器、變壓器等高電壓和大電流的環(huán)境下工作[43]；南京大學(xué)的學(xué)者們研一種耐腐蝕的濕度傳感器[44]。英國(guó) Transense 公司研制出了無線、無源胎壓傳感器，能在高旋轉(zhuǎn)的環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)了壓力分辨率可達(dá) 0.4 帕斯卡，溫度分可達(dá)±1℃[45-49]。在“智能電網(wǎng)”的應(yīng)用中，一種采用頻分復(fù)用技術(shù)的無線聲表面波溫度傳感器陣列被研發(fā)，在溫度為-45 ~ +120℃的范圍內(nèi),可進(jìn)行誤±1%的溫度檢測(cè)[50]。諧振型無線無源聲表面波傳感器雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，，能在很多復(fù)雜環(huán)境下正
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP212;TN65

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 潘小山;劉芮彤;王琴;李功燕;;聲表面波傳感器的原理及應(yīng)用綜述[J];傳感器與微系統(tǒng);2018年04期

2 施文康,劉艾;延遲線型聲表面波傳感器的研究[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);1999年04期

3 徐恭勤,朱文章;聲表面波傳感器及其應(yīng)用[J];傳感器世界;1996年08期

4 史國(guó)偉;聲表面波的原理與發(fā)展[J];武警技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);1996年04期

5 袁小平;國(guó)外聲表面波傳感器開發(fā)近況[J];壓電與聲光;1995年04期

6 秦樹基;聲表面波傳感器[J];傳感器技術(shù);1993年02期

7 劉一聲;聲表面波傳感器的最新進(jìn)展[J];傳感器技術(shù);1988年05期

8 陳明;;聲表面波傳感器的理論研究[J];測(cè)控技術(shù);1989年02期

9 ;《測(cè)控技術(shù)》雜志1989年全年目錄[J];測(cè)控技術(shù);1989年04期

10 劉雪莉;張玉鳳;梁勇;李俊紅;王文;;用于硫化氫快速檢測(cè)的聲表面波傳感器設(shè)計(jì)[J];鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2019年06期

相關(guān)會(huì)議論文 前7條

1 張亦居;陳智軍;阮鵬;王昕辰;童銳;;延遲線型聲表面波傳感器測(cè)試電路設(shè)計(jì)[A];2013中國(guó)西部聲學(xué)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集（上）[C];2013年

2 孫蕾;唐禎安;余雋;盧好正;焦培勝;;聲表面波氣體傳感器無線測(cè)試系統(tǒng)的研究[A];中國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇暨東北MEMS研發(fā)聯(lián)合體研討會(huì)論文集[C];2004年

3 胡文彬;劉力;劉婉;白飛明;;基于磁致伸縮多層膜的磁電聲表面波傳感器[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)論文集（CCTAM 2019）[C];2019年

4 羅景庭;全傲杰;付琛;范平;張東平;;TeO2/IDT/ZnO~((11

本文編號(hào)：2610083