發(fā)布時間：2020-04-01 06:19

【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頻率的提取能實現(xiàn)遠距離無線無源參數(shù)的測量,并且該傳感器能用于高溫、低溫、高電壓、高加速度、強腐蝕性、強電磁場等復雜環(huán)境。這些優(yōu)點的存在,使得SAW無線測量技術備受關注。隨著SAW無線測量技術的發(fā)展,出現(xiàn)了很多難以解決的問題,主要有:(1)無源SAW傳感器回波信號能量低,有效信號持續(xù)時間短,且工作環(huán)境復雜,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回波信號優(yōu)劣進行甄別。因此,造成測量結(jié)果可靠性很差;(2)在測量距離小于5m的情況下,目前沒有專門的算法對諧振型聲表面波回波信號的頻率進行估計,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有效信號時長,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,其頻率估計會隨著測量距離的改變,發(fā)生較大波動;(3)測量距離大于5m時,回波信號的能量已經(jīng)嚴重衰減。雖然閱讀器仍可接收到回波信號,但回波信號的有效信號持續(xù)時間已經(jīng)非常短。目前沒有效的算法,能在極短的有效時間下實現(xiàn)高精度測量。本文主要通過信號處理算法的研究,來提高無線無源聲表面波傳感器測量系統(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)聲表面波回波信號的特點(由一段等幅值振蕩的正弦信號和一段指數(shù)衰減的正弦信號組成的混合信號)建立信號模型,并對聲表面波回波信號進行時頻分析,提出一種“聲表面波諧振器回波信號的甄別方法”。該方法能有效將被干擾的回波信號、被屏蔽的回波信號以及陰影回波信號與正�；夭ㄐ盘枀^(qū)分開。并實時在線地對所接收的回波信號的質(zhì)量進行評價;(2)若測量距離在5 m以內(nèi),即有效信號持續(xù)時間(等幅振蕩正弦信號)占整個回波信號的比例在10%以上,本文提出一種高精確度、高穩(wěn)定性的頻率估計算法“數(shù)字頻率有效位數(shù)跟進法”。該方法不會因為測量距離的改變使回波信號頻率估計結(jié)果產(chǎn)生較大波動,并能根據(jù)信噪比的不同,自行確定回波信號的數(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)若測量距離在5 m至18 m之間,有效時間占比非常短(10%至2%)時,提出一種“超分辨率頻率估計算法”。該方法利用凸優(yōu)化來恢復頻譜的細節(jié),即使有效可觀測樣本點數(shù)量僅僅只有10個左右,也能高精度的完成回波信號的頻率估計。
【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，如中、美、英等國的科研機構或科技公司都對諧振型聲波傳感器進行了大量研究，并將其應用于多個領域，創(chuàng)造了很多有價值的成具代表性的有：遼寧工程技術大學的學者們研發(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]；南京大學的學者們研一種耐腐蝕的濕度傳感器[44]。英國 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，實現(xiàn)了壓力分辨率可達 0.4 帕斯卡，溫度分可達±1℃[45-49]。在“智能電網(wǎng)”的應用中，一種采用頻分復用技術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),可進行誤±1%的溫度檢測[50]。諧振型無線無源聲表面波傳感器雖然有很多優(yōu)點，，能在很多復雜環(huán)境下正
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP212;TN65

【相似文獻】

相關期刊論文 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];傳感技術學報;1999年04期

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

4 史國偉;聲表面波的原理與發(fā)展[J];武警技術學院學報;1996年04期

5 袁小平;國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;1993年02期

7 劉一聲;聲表面波傳感器的最新進展[J];傳感器技術;1988年05期

8 陳明;;聲表面波傳感器的理論研究[J];測控技術;1989年02期

9 ;《測控技術》雜志1989年全年目錄[J];測控技術;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的聲表面波傳感器設計[J];鄭州大學學報(工學版);2019年06期

相關會議論文 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試電路設計[A];2013中國西部聲學學術交流會論文集（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試系統(tǒng)的研究[A];中國傳感器產(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];中國力學大會論文集（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：2610083