CN106656097A - 一种基于声表面波敏感元件的分布式参量感测方法 - Google Patents

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赵成
陈磊
杨义军
胡经国
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    • H03H3/08—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of resonators or networks using surface acoustic waves
    • H03H3/10—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of resonators or networks using surface acoustic waves for obtaining desired frequency or temperature coefficient

Abstract

本发明涉及传感技术领域，尤其涉及一种基于声表面波敏感元件的分布式参量感测方法，在分布式参量系统中设置若干基于声表面波敏感元件的传感单元，利用传感单元识别码译码电路和数选高频开关依次选通各个传感单元，并施加适当的高频信号，测量各个传感单元经所包含的声表面波敏感元件处理后的输出高频信号参数的分布状态及变化情况，分析所感测的分布式参量系统中参量的分布状态及变化情况，可以实现对分布式参量系统中分布参量的测量与分析。通过发明，由声表面波谐振器或者声表面波延迟线构成的声表面波振荡器作为温度敏感元件的感测系统，感测结果直接以频率输出，易于实现数字化。

Description

一种基于声表面波敏感元件的分布式参量感测方法
技术领域
本发明涉及传感技术领域，尤其涉及一种基于声表面波敏感元件的分布式参量感测方法。
背景技术
声表面波器件是一种高频信号处理器件，主要由压电基片和制作在压电基片上的输入换能器和输出换能器构成，输入换能器和输出换能器由叉指状电极构成，叉指状电极的几何参数决定所激发和传播的声表面波的特性参数，也决定了声表面波器件最终输出的高频信号的特性参数。
当声表面波器件所处环境的特定参量如温度、压力等，或所在位置处的特定参量如结构表面应力/应变等的状态发生变化，会导致压电基片的材料特性参数和制作于其上的叉指状电极结构参数发生变化，进而导致其激发和传播的声表面波的传播特性发生变化，最终使声表面波器件输出的高频信号的特性参数发生变化，因此声表面波器件可以作为敏感元件应用于传感技术中，通过测量分析作为敏感元件的声表面波器件所处理的高频信号特定参数的分布与变化情况，可以对应分析其所处环境或所在位置处分布式参量系统特定参量的分布与变化情况。
现有基于声表面波敏感元件的传感应用大多为单个器件的独立运用，不适合于对分布式参量系统中特定参量分布状况及变化情况的感测。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种基于声表面波敏感元件的分布式参量感测方法。
本发明的目的是这样实现的，一种基于声表面波敏感元件的分布式参量感测方法，其特征在于，包括如下感测步骤：
1）在待感测分布式参量系统中选定若干个感测点，所述感测点的位置和数目根据待感测分布式参量系统的特点和分布参量的感测要求确定；
2）在所选定的感测点设置传感单元，所述传感单元由声表面波敏感元件与数选高频开关电路串联组成；
3）并联连接各个传感单元，各个传感单元的输入端汇集至高频信号输入端口，各个传感单元的输出端汇集至高频信号输出端口，所述高频信号输入端口接高频信号源，所述高频信号输出端口接高频信号特性测量仪，各个传感单元的数选高频开关电路选通端汇集至传感单元识别码译码电路的译码输出端，
4）从传感单元识别码译码电路的识别码输入端依次输入各个传感单元识别码，经传感单元识别码译码电路译码，通过选通相应的数选高频开关电路而选通各个传感单元；
5）由高频信号源从高频信号输入端口向所选通的传感单元施加高频信号；
6）由高频信号特性测量仪从高频信号输出端口测量所选通传感单元输出的高频信号的参数及其变化量；
7）由测量所得各个传感单元输出的高频信号的参数值及其变化量确定所感测的分布式参量系统的参量值及其分布状况和变化情况。
所述声表面波敏感元件包括声表面波滤波器、声表面波延迟线、声表面波谐振器以及由声表面波延迟线或者声表面波谐振器构成的声表面波振荡器。
所述数选高频开关电路由多级高频开关元件串联组成，数字电平选通。
所述分布式参量包括温度、压力、结构表面应力/应变、湿度、气体浓度。
所述高频信号参数包括中心频率、时延、相移、谐振频率、振荡频率。
所述高频信号源包括单一频率信号源和频率扫描信号源。
所述高频信号特性测量仪包括网络分析仪、扫频仪、示波器、相位计、频率计。
本发明方法先进科学，通过本发明，包括设置于待感测分布式参量系统中适当位置处的若干个传感单元；传感单元由声表面波敏感元件、数选高频开关电路和传感单元识别码译码电路组成；各个传感单元并联相接，声表面波敏感元件用作对所在位置处的分布式参量进行感应，传感单元识别码译码电路和数选高频开关电路用作对各个传感单元进行选通与切换；从被选通的传感单元输入端口输入适当的高频信号，经声表面波敏感元件，从传感单元输出端口输出，再由高频信号特性测量仪器测量输出高频信号的参数；依据传感单元输出高频信号的参数与待感测分布式参量系统中声表面波敏感元件所在位置处参量之间的相关关系，分析所感测的分布式参量系统中参量的分布状态及变化规律，具体步骤如下：
1）选定若干个感测点，所选感测点的位置和数目由所感测的分布式参量系统的特点和感测要求而定；2）在所选定的感测点设置传感单元；3）并联连接各个传感单元，各个传感单元的输入端汇集为高频信号输入端口，各个传感单元的输出端汇集为高频信号输出端口，高频信号输入端口接高频信号源，高频信号输出端口接高频信号特性测量仪器，各个传感单元中数选高频开关电路的选通端汇集至传感单元识别码译码电路的译码输出端；4）从传感单元识别码译码电路的识别码输入端依次输入各个传感单元的识别码，通过传感单元识别码译码电路和数选高频开关电路逐一选通各个传感单元；5）由高频信号源从高频信号输入端口向所选通的传感单元施加适当的高频信号；6）由高频信号特性测量仪器从高频信号输出端口测量经过所选通传感单元中声表面波敏感元件处理的输出高频信号的参数；7）由测量所得高频信号的参数值及变化量确定所感测的分布式参量系统的参量值及其分布状态和变化情况。
具体而言，所述声表面波敏感元件包括声表面波滤波器、声表面波延迟线、声表面波谐振器以及由声表面波延迟线或者声表面波谐振器构成的声表面波振荡器；数选高频开关电路由多级高频开关元件串联组成，数字电平选通；所感测的分布式参量包括温度、压力、结构表面应力/应变、湿度、气体浓度；所测量的高频信号参数包括中心频率、谐振频率、时延、相移、振荡频率；高频信号源包括单一频率信号源和频率扫描信号源；高频信号特性测量仪包括频率计、相位计、示波器、扫频仪、网络分析仪。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过在分布式参量系统中设置若干基于声表面波敏感元件的传感单元，利用传感单元识别码译码电路和数选高频开关电路依次选通各个传感单元，测量各个传感单元所包含的声表面波敏感元件参数的分布状态及变化规律，依据传感单元所输出的高频信号的参数与待感测分布式系统中声表面波敏感元件所在位置处的参量之间的相关关系，分析所感测的分布式参量系统中参量的分布状态及变化规律，可以实现对分布式参量系统中参量的测量与分析。
由声表面波谐振器或者声表面波延迟线构成的声表面波振荡器作为温度敏感元件的感测系统，感测结果直接以频率输出，易于实现数字化。
附图说明
图1是本发明的系统总体结构示意图；
图2是本发明的感测装置结构示意图；
图3是本发明的采用声表面波滤波器作为敏感元件的传感单元结构示意图。
图中：1传感单元、2 高频信号输入端口、3 高频信号输出端口、4 高频信号线、5传感单元识别码译码电路、6高频信号源、7 高频信号特性测量仪、8 传感单元识别码、11敏感元件、12 数选高频开关电路、51识别码输入端、52译码输出端、121 数选高频开关电路选通端。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
具体实施例：
如图1、图2和图3所示的一种基于声表面波滤波器的分布温度感测方法，其具体实施步骤为：
1）在待感测分布式参量系统中选定若干个感测点，所述感测点的位置和数目根据待感测分布式参量系统的特点和分布参量的感测要求确定；
2）在所选定的感测点设置传感单元1，所述传感单元1由声表面波敏感元件11与数选高频开关电路12串联组成；采用6‰的窄带声表面波滤波器作为声表面波敏感元件11，其中压电基片选用温度系数较大的128︒Y-X铌酸锂单晶片，叉指换能器为两级横向串联的纵向耦合谐振滤波器结构；采用多级串联高频低损耗PIN开关管构成数选高频开关电路12，低电平选通有效；
1个窄带声表面波滤波器与1个数选高频开关电路串联构成1个传感单元1，设置于1个感测点上，所感测的分布式温度系统中设置的感测点位置和数目由系统特点和感测要求而定；
3）并联连接各个传感单元1，各个传感单元1的输入端汇集为高频信号输入端口2，外接频率扫描信号源；各个传感单元1的输出端汇集为高频信号输出端口3，外接扫频仪或网络分析仪；各个传感单元1中的数选高频开关电路选通端121汇集至传感单元识别码译码电路5的译码输出端52；
4）将各个传感单元1的传感单元识别码8逐一输入传感单元识别码译码电路5，选通对应的数选高频开关电路12，从而依次选通各个传感单元1；
5）用频率扫描信号源对所选通的传感单元1在适当的频率范围内进行频率扫描；
7）由扫频仪或者网络分析仪测量各个传感单元1输出信号的中心频率，并计算其相对于传感单元1中所包含的声表面波滤波器标称中心频率的偏离量；
（8）计算和分析所感测的分布式温度系统中各个感测点的温度值及其分布和变化情况。
高频信号源、高频信号特性测量仪、数字译码电路都是统称，落实到实施例中，具体为频率扫描信号源、扫频仪或网络分析仪、传感单元识别码译码电路。
熟知本领域的人士将理解，虽然这里为了便于解释已描述了具体实施例，但是可在不背离本发明精神和范围的情况下做出各种改变。因此，除了所附权利要求之外，不能用于限制本发明。

Claims (7)

1.一种基于声表面波敏感元件的分布式参量感测方法，其特征在于，包括如下感测步骤：
1）在待感测分布式参量系统中选定若干个感测点，所述感测点的位置和数目根据待感测分布式参量系统的特点和分布参量的感测要求确定；
2）在所选定的感测点设置传感单元（1），所述传感单元（1）由声表面波敏感元件（11）与数选高频开关电路（12）串联组成；
3）并联连接各个传感单元（1），各个传感单元（1）的输入端汇集至高频信号输入端口（2），各个传感单元（1）的输出端汇集至高频信号输出端口（3），所述高频信号输入端口（2）接高频信号源(6)，所述高频信号输出端口（3）接高频信号特性测量仪(7)，各个传感单元（1）的数选高频开关电路选通端(121)汇集至传感单元识别码译码电路（5）的译码输出端(52)；
4）从传感单元识别码译码电路（5）的识别码输入端（51）依次输入各个传感单元识别码，经传感单元识别码译码电路（5）译码，通过选通相应的数选高频开关电路（12）而选通各个传感单元（1）；
5）由高频信号源（6）从高频信号输入端口（2）向所选通的传感单元（1）施加高频信号；
6）由高频信号特性测量仪（7）从高频信号输出端口（3）测量所选通传感单元（1）输出的高频信号的参数及其变化量；
7）由测量所得各个传感单元（1）输出的高频信号的参数值及其变化量确定所感测的分布式参量系统的参量值及其分布状况和变化情况。
2.根据权利要求1所述的一种基于声表面波敏感元件的分布式参量感测方法，其特征在于：所述声表面波敏感元件（11）包括声表面波滤波器、声表面波延迟线、声表面波谐振器以及由声表面波延迟线或者声表面波谐振器构成的声表面波振荡器。
3.根据权利要求1所述的一种基于声表面波敏感元件的分布式参量感测方法，其特征在于：所述数选高频开关电路（12）由多级高频开关元件串联组成，数字电平选通。
4.根据权利要求1所述的一种基于声表面波敏感元件的分布式参量感测方法，其特征在于：所述分布式参量包括温度、压力、结构表面应力/应变、湿度、气体浓度。
5.根据权利要求1所述的一种基于声表面波敏感元件的分布式参量感测方法，其特征在于：所述高频信号的参数包括中心频率、时延、相移、谐振频率、振荡频率。
6.根据权利要求1所述的一种基于声表面波敏感元件的分布式参量感测方法，其特征在于：所述高频信号源（6）包括单一频率信号源和频率扫描信号源。
7.根据权利要求1所述的一种基于声表面波敏感元件的分布式参量感测方法，其特征在于：所述高频信号特性测量仪（7）包括网络分析仪、扫频仪、示波器、相位计、频率计。
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