基于SAWRs的無源無線阻抗負(fù)載傳感器的建模和研究.pdf

1、無源無線聲表面波傳感器被認(rèn)為是最有希望取代有源的無線傳感器，然而到目前為止，通過改變布局圖的方法，或者采用不同聲表面波形式的方法對拓展其應(yīng)用范圍的作用都是有限的。聲表面波的物理特性決定了被測量直接施加到其傳播路徑上是最好的，然而有些被測量不適宜直接施加，限制了其測量領(lǐng)域。利用阻抗傳感器做為聲表面波器件的負(fù)載，使被測量施加到阻抗傳感器上，通過負(fù)載的改變來影響聲表面波器件的響應(yīng)，成為擴(kuò)展聲表面波無源無線傳感范圍的新途徑。因此，本文圍繞著基于

2、聲表面波諧振器（簡稱SAWR）的無源無線阻抗負(fù)載型傳感器開展研究，具有重大的理論意義和現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用價值。
　　 論文首先對無源無線聲表面波傳感器的研究和發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了綜合評述。然后采用自內(nèi)到外的思路和樣條插值相結(jié)合的方法提取了SAWR的分立元件等效電路參數(shù)。獲得的結(jié)果是，在主諧振峰，串、并聯(lián)諧振頻率的相對誤差都為零，串聯(lián)諧振點(diǎn)電導(dǎo)的誤差0.135%；二階諧振頻率的最大誤差為2.88ppm，諧振電導(dǎo)誤差3.67%。
　　 包

3、括諧振點(diǎn)在內(nèi)共2MHz的考查頻率范圍內(nèi)，測量與計算特性曲線一致性明顯。
　　 在SAWR 提取參數(shù)的基礎(chǔ)上，確定以最佳匹配的匹配網(wǎng)絡(luò)為研究對象。按照著眼于整體匹配導(dǎo)納特性的思路，先用雙電抗元件將SAWR 在諧振點(diǎn)頻率附近匹配成等效RLC 串聯(lián)諧振電路，再串聯(lián)阻抗傳感器來獲得穩(wěn)定的低失配匹配網(wǎng)絡(luò)。研究首先表明，阻抗傳感器出現(xiàn)在X3所在的位置對于獲得穩(wěn)定的低失配是必要的。然后，該匹配網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)電容值0.6～7.5pF的變化范圍可以獲得

4、270KHz的中心頻率變化量，每點(diǎn)所對應(yīng)的最小駐波比都在1.015 以下，該特性在雙SAWR結(jié)構(gòu)中得以保持。試驗(yàn)獲得駐波比的平均值小于1.2。
　　 T-CLC型低失配網(wǎng)絡(luò)要求電容傳感器具有初始電容小相對變化量大的特點(diǎn)。本文在周邊固支的雙振動膜模型基礎(chǔ)上，采用中心島型電極結(jié)構(gòu)，通過控制電極/振動膜半徑比值m的方法來實(shí)現(xiàn)該要求。研究表明，當(dāng)固定兩振動膜的中心位移與初始間距的比值，m增加則電容比按指數(shù)規(guī)律下降。當(dāng)m=0.37，獲得的

5、電容比為10. 將獲得的電容-壓力數(shù)據(jù)帶入前述低失配網(wǎng)絡(luò)，得到具有良好線性度的中心頻率-壓力關(guān)系曲線。
　　 最后，將發(fā)射和接收天線的二端口網(wǎng)絡(luò)模型引入無源無線SAWR 傳感單元，構(gòu)建了可以考察天線間距影響的完整模型?；谠撃Ｐ?，討論了其影響機(jī)制，并提出將天線自阻抗與傳輸線特性阻抗相匹配，可以獲得最小的間距變化對中心頻率的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)采用單SAWR結(jié)構(gòu)，對應(yīng)約20cm的間距變化范圍，獲得低至-1.75ppm/cm的中心