CN111781270B - 一种用于声表面波气体传感器的差分鉴相电路系统 - Google Patents
一种用于声表面波气体传感器的差分鉴相电路系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111781270B CN111781270B CN202010642486.4A CN202010642486A CN111781270B CN 111781270 B CN111781270 B CN 111781270B CN 202010642486 A CN202010642486 A CN 202010642486A CN 111781270 B CN111781270 B CN 111781270B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- signal
- acoustic wave
- surface acoustic
- differential phase
- matching
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 title claims abstract description 82
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 47
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 36
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 22
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 10
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 7
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/02—Analysing fluids
- G01N29/022—Fluid sensors based on microsensors, e.g. quartz crystal-microbalance [QCM], surface acoustic wave [SAW] devices, tuning forks, cantilevers, flexural plate wave [FPW] devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/24—Probes
- G01N29/2437—Piezoelectric probes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/24—Probes
- G01N29/2437—Piezoelectric probes
- G01N29/2443—Quartz crystal probes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/34—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
- G01N29/348—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor with frequency characteristics, e.g. single frequency signals, chirp signals
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
- H03L7/08—Details of the phase-locked loop
- H03L7/085—Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal
- H03L7/087—Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal using at least two phase detectors or a frequency and phase detector in the loop
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/021—Gases
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/04—Wave modes and trajectories
- G01N2291/042—Wave modes
- G01N2291/0423—Surface waves, e.g. Rayleigh waves, Love waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/10—Number of transducers
- G01N2291/106—Number of transducers one or more transducer arrays
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本发明公开了一种应用于气体传感器的声表面波差分式鉴相电路系统，包括声表面波气体传感阵列，差分鉴相电路，匹配网络和A/D转换模块；所述的声表面波气体传感阵列由一组沉积气敏材料的延迟线型传感器件和一个参考器件构成；鉴相电路由信号激励源，两个信号分配器和一组与传感器件数目相同的鉴相器构成。信号激励源激励与传感阵列同频电信号，通过信号分配器分配给传感阵列中的传感器件与参考器件，激励沿压电晶体表面传播的声表面波。参考器件信号经由信号分配器与各组传感器件信号通过鉴相器进行相位差分比较，输出信号再由A/D转换模块转换成数字信号。通过鉴相式电路设计大幅降低了器件损耗对系统稳定性的影响，解决了高噪声、预热时间长的难题。
Description
技术领域
本发明涉及射频电路设计技术，特别涉及一种用于气体传感器的声表面波差分鉴相电路系统。
背景技术
微型可穿戴的气体检测与报警技术是国防、公共安全防控等领域中的重要化学防护手段。单兵综合防护系统的迅速发展，要求化学防护装备更进一步的微型化和轻质化。相较于现有其他手段，声表面波气体检测与报警技术具备有微型、轻质、高灵敏、快速响应及低功耗的特点获得了人们的青睐，发展迅速，并已经在防化等领域逐渐开展应用。典型声表面波气体传感器由声表面波气敏元件及其激励电路构成，代表性的激励电路为振荡器，其频率稳定性直接影响到系统的灵敏度及可靠性指标。为降低环境温度影响，现有技术多采用差分振荡电路结构，以频率信号作为传感量。振荡结构的传感电路所面临最大的问题在于声表面波传感器件的损耗直接影响到振荡电路的频率稳定性；为获得较大的环路增益，通常采用多级放大的形式，增加了电路复杂度，引入了更多的环路噪声，从而降低了系统稳定性，同时也导致更长的系统稳定预热时间；另外，为改善系统的频率稳定性，部分设计采用了低频声表面波传感器件，但因此也牺牲了传感器检测灵敏度。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的缺陷。
为了达到上述目的，本发明公开了一种用于声表面波气体传感器的差分鉴相电路系统，包括：声表面波气体传感器阵列、第一匹配网络、第二匹配网络、差分鉴相电路和A/D转换模块；其中，声表面波气体传感器阵列包括至少一个沉积特异选择性气敏材料的传感器件和至少一个不沉积气敏材料的参考器件。
差分鉴相电路通过第一匹配网络给声表面波气体传感器阵列提供激励信号；声表面波气体传感器阵列接收激励信号后产生声表面波信号；差分鉴相电路通过第二匹配网络接收声表面波信号后输出差分鉴相信号；A/D转换模块接收差分鉴相信号，将差分鉴相信号转换成数字信号输出。
一个实施例中，第一匹配网络包括至少两个第一匹配电路；第一匹配电路由第一串联电感和第一并联电感构成，其中，第一串联电感的两端分别为第一匹配电路的第一输入端和第一输出端，第一并联电感的一端连接第一输出端，第一并联电感的另一端接地；第二匹配网络包括至少两个第二匹配电路；第二匹配电路由第二串联电路和第二并联电感构成，其中，第二串联电感的两端分别为第二匹配电路第二输入端和第二输出端，第二并联电感的一端连接第二输出端，第二并联电感的另一端接地。
一个实施例中，一个第一匹配电路、一个传感器件和一个第二匹配电路构成一个传感通路；第一匹配电路的第一输入端接收差分鉴相电路发出的激励信号，并发送至传感器件的输入叉指换能器激发声表面波，由传感器件的输出叉指换能器将声表面波信号发送至第二匹配电路后，由第二输出端输出至差分鉴相电路；一个第一匹配电路、一个参考器件和一个第二匹配电路构成一个参考通路；第一匹配电路的第一输入端接收差分鉴相电路发出的激励信号，并发送至参考器件的输入叉指换能器激发声表面波，由参考器件的输出叉指换能器将声表面波信号发送至第二匹配电路后，由第二输出端输出至差分鉴相电路。
一个实施例中，差分鉴相电路包括信号激励源、第一信号分配器、第二信号分配器以及鉴相器组；此时声表面波气体传感器阵列包括m个传感器件以及1个参考器件，第一匹配网络包括m+1个第一匹配电路；第二匹配网络包括m+1个第二匹配电路；鉴相器组包括m个鉴相器；m为正整数。一个第一匹配电路、一个传感器件、一个第二匹配电路和一个鉴相器构成一个传感通路；一个第一匹配电路、一个参考器件、一个第二匹配电路、第二信号分配器和鉴相器组构成一个参考通路。
第一信号分配器接收信号激励源的激励信号，并分别发送给m+1个第一匹配电路210；传感通路中，第一匹配电路的第一输入端接收激励信号，并发送至传感器件的输入叉指换能器激发声表面波，由传感器件的输出叉指换能器将声表面波信号发送至第二匹配电路后，由第二输出端输出至鉴相器；参考通路中，第一匹配电路的第一输入端接收激励信号，并发送至参考器件的输入叉指换能器激发声表面波，由参考器件的输出叉指换能器将声表面波信号发送至第二匹配电路后，由第二输出端输出至第二信号分配器，第二信号分配器将接收到的声表面波参考信号分别发送给m个鉴相器；鉴相器组对接收到的声表面波传感信号和声表面波参考信号进行差分鉴相处理后，输出差分鉴相信号；A/D转换模块接收差分鉴相信号，将差分鉴相信号转换成数字信号输出。
本发明实施例的优点在于：通过特殊设计的差分鉴相电路，使系统具有高稳定性，预热时间短，很好的解决传统振荡电路系统高噪声、预热时间长等问题。
附图说明
图1为本发明实施例的一种用于声表面波气体传感器的差分鉴相电路系统示意图；
图2(a)为本发明实施例的传感器件示意图；
图2(b)为本发明实施例的参考器件示意图；
图3(a)为本发明实施例的第一匹配电路示意图；
图3(b)为本发明实施例的第二匹配电路示意图；
图4为本发明实施例的另一种用于声表面波气体传感器的差分鉴相电路系统示意图；
图5为本发明实施例的电路系统测试噪声波形图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为便于对本发明实施例的理解，下面通过附图和实施例，对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，实施例并不构成对本发明实施例的限定。
图1为本发明实施例的一种用于声表面波气体传感器的差分鉴相电路系统示意图。如图1所示，该差分鉴相电路系统包括：声表面波气体传感器阵列10、第一匹配网络21、第二匹配网络22、差分鉴相电路30和A/D转换模块7。
其中，A/D转换模块7可以但不限于采用AD7791。
工作过程中，差分鉴相电路30通过第一匹配网络21给声表面波气体传感器阵列10提供激励信号；声表面波气体传感器阵列10接收激励信号后产生声表面波信号；差分鉴相电路30通过第二匹配网络22接收声表面波信号后输出差分鉴相信号；A/D转换模块7接收差分鉴相信号，将差分鉴相信号转换成数字信号输出。
声表面波气体传感器阵列10包括至少一个沉积特异选择性气敏材料115的传感器件11和至少一个不沉积气敏材料的参考器件12。
进一步地，传感器件11与参考器件12的通带相位为线性。
传感器件11可以采用延迟线结构。如图2(a)所示，传感器件11包括第一压电晶体111，以及设置于第一压电晶体111一侧表面上的第一输入叉指换能器112和第一输出叉指换能器113；第一压电晶体111的这一侧表面上还设置有第一钝化层114；第一钝化层114与第一压电晶体111没有接触的一侧表面上设置有特异选择性气敏薄膜115。特异选择性气敏薄膜115用于实现对目标气体分子的物理吸附。
参考器件12可以采用延迟线结构。如图2(b)所示，参考器件12包括第二压电晶体121，以及设置于第二压电晶体121一侧表面上的第二输入叉指换能器122和第二输出叉指换能器123；第二压电晶体121的这一侧表面上还设置有第二钝化层124。
第一输入叉指换能器112、第一输出叉指换能器113、第二输入叉指换能器122以及第二输出叉指换能器123可以采用单相单向换能器结构。第一钝化层114以及第二钝化层124可以但不限于采用二氧化硅或者氮化硅薄层。第一钝化层114以及第二钝化层124的厚度为30～50nm。第一压电晶体111以及第二压电晶体121为低温度系数晶体材料，包括但不限于采用ST切石英晶体以及Y切石英晶体。
第一匹配网络21包括至少两个第一匹配电路210。每个第一匹配电路210由第一串联电感211和第一并联电感212构成，如图3(a)所示。其中，第一串联电感211的两端分别为第一匹配电路210的第一输入端和第一输出端，第一并联电感212的一端连接第一输出端，第一并联电感212的另一端接地。
第二匹配网络22包括至少两个第二匹配电路220。每个第二匹配电路220由第二串联电路221和第二并联电感222构成，如图3(b)所示。其中，第二串联电感221的两端分别为第二匹配电路220的第二输入端和第二输出端，第二并联电感222的一端连接第二输出端，第二并联电感222的另一端接地。
一个第一匹配电路210、一个传感器件11和一个第二匹配电路220构成一个传感通路。通过第一匹配电路210和第二匹配电路220使传感器件11匹配至需要的欧姆范围。第一匹配电路210地第一输入端接收分鉴相电路30发出的激励信号，并发送至传感器件11的输入叉指换能器激发声表面波，由传感器件11的输出叉指换能器将声表面波信号发送至第二匹配电路220后，由第二输出端输出至差分鉴相电路30。
一个第一匹配电路210、一个参考器件12和一个第二匹配电路220构成一个参考通路。通过第一匹配电路210和第二匹配电路220使参考器件12匹配至需要的欧姆范围。第一匹配电路210地第一输入端接收分鉴相电路30发出的激励信号，并发送至参考器件12的输入叉指换能器激发声表面波，由参考器件12的输出叉指换能器将声表面波信号发送至第二匹配电路220后，由第二输出端输出至差分鉴相电路30。
图4为本发明实施例的另一种用于声表面波气体传感器的差分鉴相电路系统示意图。如图4所示，该差分鉴相电路系统包括：声表面波气体传感器阵列10、第一匹配网络21、第二匹配网络22、差分鉴相电路和A/D转换模块7。其中，差分鉴相电路包括信号激励源31、第一信号分配器32、第二信号分配器33以及鉴相器组34。由信号激励源31、第一信号分配器32、第二信号分配器33和鉴相器组34，及其在本系统中的连接关系，可以作为图1所示的差分鉴相电路30的一种可行的实施方案。
其中，信号激励源31可以但不限于采用CCO-083-200.000；第一信号分配器32和第二信号分配器33可以但不限于采用AD5PS-1；A/D转换模块7可以但不限于采用AD7791。
声表面波气体传感器阵列10包括m个传感器件11以及1个参考器件12。第一匹配网络21包括m+1个第一匹配电路210。第二匹配网络22包括m+1个第二匹配电路220。鉴相器组34包括m个鉴相器340。其中，m均为正整数。
传感器件11与参考器件12的通带相位为线性。
传感器件11可以采用延迟线结构。如图2(a)所示，传感器件11包括第一压电晶体111，以及设置于第一压电晶体111一侧表面上的第一输入叉指换能器112和第一输出叉指换能器113；第一压电晶体111的这一侧表面上还设置有第一钝化层114；第一钝化层114表面上设置有特异选择性气敏薄膜115。特异选择性气敏薄膜115用于实现对目标气体分子的物理吸附。
参考器件12可以采用延迟线结构。如图2(b)所示，参考器件12包括第二压电晶体121，以及设置于第二压电晶体121一侧表面上的第二输入叉指换能器122和第二输出叉指换能器123；第二压电晶体121的这一侧表面上还设置有第二钝化层124。
第一输入叉指换能器112、第一输出叉指换能器113、第二输入叉指换能器122以及第二输出叉指换能器123可以采用单相单向换能器结构。第一钝化层114以及第二钝化层124可以但不限于采用二氧化硅或者氮化硅薄层。第一钝化层114以及第二钝化层124的厚度为30～50nm。第一压电晶体111以及第二压电晶体121为低温度系数晶体材料，包括但不限于采用ST切石英晶体以及Y切石英晶体。
第一匹配电路210由第一串联电感211和第一并联电感212构成，如图3(a)所示。其中，第一串联电感211的两端分别为第一匹配电路210的第一输入端和第一输出端，第一并联电感212的一端连接第一输出端，第一并联电感212的另一端接地。
第二匹配电路220由第二串联电路221和第二并联电感222构成，如图3(b)所示。其中，第二串联电感221的两端分别为第二匹配电路220的第二输入端和第二输出端，第二并联电感222的一端连接第二输出端，第二并联电感222的另一端接地。
一个第一匹配电路210、一个传感器件11、一个第二匹配电路220和一个鉴相器340构成一个传感通路。通过第一匹配电路210和第二匹配电路220使传感器件11匹配至需要的欧姆范围。
一个第一匹配电路210、一个参考器件12、一个第二匹配电路220、第二信号分配器33和鉴相器组34构成一个参考通路。通过第一匹配电路210和第二匹配电路220使参考器件12匹配至需要的欧姆范围。
例如，通过第一匹配网络21和第二匹配网络22使传感器件11和参考器件12匹配至50欧姆。
工作过程中，信号激励源31激励与声表面波气体传感器阵列10同频的电信号。
第一信号分配器32接收电信号，并分别发送给m+1个第一匹配电路210。
传感通路中，第一匹配电路210的第一输入端接收激励信号，并发送至传感器件11的输入叉指换能器激发声表面波，由传感器件11的输出叉指换能器将声表面波信号发送至第二匹配电路220后，由第二输出端输出至鉴相器340。
参考通路中，第一匹配电路210地第一输入端接收激励信号，并发送至参考器件12的输入叉指换能器激发声表面波，由参考器件12的输出叉指换能器将声表面波信号发送至第二匹配电路220后，由第二输出端输出至第二信号分配器33，第二信号分配器33将接收到的声表面波参考信号分别发送给m个鉴相器340。
鉴相器组34对接收到的声表面波传感信号和声表面波参考信号进行差分鉴相处理后，输出差分鉴相信号。
A/D转换模块7接收差分鉴相信号，将差分鉴相信号转换成数字信号输出。
一个具体实施例中，基于如图4所示的示意图建立差分鉴相电路系统，该系统包括：声表面波气体传感器阵列、第一匹配网络、第二匹配网络、差分鉴相电路和A/D转换模块。其中，差分鉴相电路包括信号激励源、第一信号分配器、第二信号分配器以及鉴相器组。
声表面波气体传感器阵列包括3个传感器件以及1个参考器件。传感器件与参考器件的通带相位为线性的延迟线结构。传感器件与参考器件的叉指换能器采用单相单向换能器结构。传感器件与参考器件的压电晶体为Y切石英晶体。传感器件与参考器件的钝化层的厚度为50nm。第一匹配网络包括4个第一匹配电路。第二匹配网络包括4个第二匹配电路，通过第一匹配网络和第二匹配网络使传感器件和参考器件匹配至50欧姆。鉴相器组包括3个鉴相器。信号激励源采用CCO-083-200.000，激励与声表面波气体传感器阵列同频的电信号。第一信号分配器和第二信号分配器采用AD5PS-1；A/D转换模块采用AD7791。
利用电脑在常温条件下对上述具体实施中的差分鉴相电路系统进行观测，得到该系统的基线噪声，如图5所示，该系统的基线噪声小于±50μV。
本发明提供了一种用于声表面波气体传感器的差分鉴相电路系统。通过特殊设计的差分鉴相电路，使系统具有高稳定性，预热时间短，很好的解决传统振荡电路系统高噪声、预热时间长等问题。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于声表面波气体传感器的差分鉴相电路系统，其特征在于，所述差分鉴相电路系统包括：信号激励源、第一信号分配器、第一匹配网络、声表面波气体传感器阵列、第二匹配网络、第二信号分配器、鉴相器组、差分鉴相电路和A/D转换模块；其中，声表面波气体传感器阵列包括m个传感器件以及1个参考器件，所述传感器件为沉积特异选择性气敏材料的传感器件，所述参考器件为不沉积气敏材料的参考器件；声表面波气体传感器阵列为，具有m+1个第一匹配电路的第一匹配网络；具有m+1个第二匹配电路的第二匹配网络；具有m个鉴相器的鉴相器组；m为正整数；
所述第一匹配网络包括至少两个第一匹配电路；第一匹配电路由第一串联电感和第一并联电感构成，其中，第一串联电感的两端分别为第一匹配电路的第一输入端和第一输出端，第一并联电感的一端连接第一输出端，第一并联电感的另一端接地；
所述第二匹配网络包括至少两个第二匹配电路；第二匹配电路由第二串联电路和第二并联电感构成，其中，第二串联电感的两端分别为第二匹配电路第二输入端和第二输出端，第二并联电感的一端连接第二输出端，第二并联电感的另一端接地；
差分鉴相电路通过第一匹配网络给声表面波气体传感器阵列提供激励信号；声表面波气体传感器阵列接收激励信号后产生声表面波信号；差分鉴相电路通过第二匹配网络接收声表面波信号后输出差分鉴相信号；A/D转换模块接收差分鉴相信号，将差分鉴相信号转换成数字信号输出；
其中，通过第一匹配网络和第二匹配网络使传感器件和参考器件匹配至需要的欧姆范围。
2.根据权利要求1所述的差分鉴相电路系统，其特征在于，一个第一匹配电路、一个传感器件和一个第二匹配电路构成一个传感通路；第一匹配电路的第一输入端接收差分鉴相电路发出的激励信号，并发送至传感器件的输入叉指换能器激发声表面波，由传感器件的输出叉指换能器将声表面波信号发送至第二匹配电路后，由第二输出端输出至差分鉴相电路；
一个第一匹配电路、一个参考器件和一个第二匹配电路构成一个参考通路；第一匹配电路的第一输入端接收差分鉴相电路发出的激励信号，并发送至参考器件的输入叉指换能器激发声表面波，由参考器件的输出叉指换能器将声表面波信号发送至第二匹配电路后，由第二输出端输出至差分鉴相电路。
3.根据权利要求1所述的差分鉴相电路系统，其特征在于，所述差分鉴相电路包括一个第一匹配电路、一个传感器件、一个第二匹配电路和一个鉴相器构成一个传感通路；一个第一匹配电路、一个参考器件、一个第二匹配电路、第二信号分配器和鉴相器组构成一个参考通路；
第一信号分配器接收信号激励源的激励信号，并分别发送给m+1个第一匹配电路210；传感通路中，第一匹配电路的第一输入端接收激励信号，并发送至传感器件的输入叉指换能器激发声表面波，由传感器件的输出叉指换能器将声表面波信号发送至第二匹配电路后，由第二输出端输出至鉴相器；参考通路中，第一匹配电路的第一输入端接收激励信号，并发送至参考器件的输入叉指换能器激发声表面波，由参考器件的输出叉指换能器将声表面波信号发送至第二匹配电路后，由第二输出端输出至第二信号分配器，第二信号分配器将接收到的声表面波参考信号分别发送给m个鉴相器；鉴相器组对接收到的声表面波传感信号和声表面波参考信号进行差分鉴相处理后，输出差分鉴相信号；A/D转换模块接收差分鉴相信号，将差分鉴相信号转换成数字信号输出。
4.根据权利要求1或3所述的差分鉴相电路系统，其特征在于，所述传感器件采用延迟线结构；其中，所述传感器件包括：第一压电晶体，以及设置于第一压电晶体一侧表面上的第一输入叉指换能器和第一输出叉指换能器；所述第一压电晶体一侧表面上还设置有第一钝化层；第一钝化层表面上设置有特异选择性气敏薄膜；
所述参考器件采用延迟线结构；其中，所述参考器件包括：第二压电晶体，以及设置于第二压电晶体一侧表面上的第二输入叉指换能器和第二输出叉指换能器；所述第二压电晶体一侧表面上还设置有第二钝化层。
5.根据权利要求4所述的差分鉴相电路系统，其特征在于，所述第一输入叉指换能器、第一输出叉指换能器、第二输入叉指换能器以及第二输出叉指换能器采用单相单向换能器结构；第一钝化层以及第二钝化层采用二氧化硅或者氮化硅薄层；第一钝化层以及第二钝化层的厚度为30-50nm；第一压电晶体以及第二压电晶体为低温度系数晶体材料，所述晶体材料采用ST切石英晶体或Y切石英晶体。
6.根据权利要求1或3所述的差分鉴相电路系统，其特征在于，所述传感器件与参考器件的通带相位为线性。
7.根据权利要求1或3所述的差分鉴相电路系统，其特征在于，所述激励信号为与声表面波气体传感器阵列的同频电信号。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010642486.4A CN111781270B (zh) | 2020-07-06 | 2020-07-06 | 一种用于声表面波气体传感器的差分鉴相电路系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010642486.4A CN111781270B (zh) | 2020-07-06 | 2020-07-06 | 一种用于声表面波气体传感器的差分鉴相电路系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111781270A CN111781270A (zh) | 2020-10-16 |
| CN111781270B true CN111781270B (zh) | 2022-02-22 |
Family
ID=72759046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010642486.4A Active CN111781270B (zh) | 2020-07-06 | 2020-07-06 | 一种用于声表面波气体传感器的差分鉴相电路系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111781270B (zh) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100514854C (zh) * | 2004-03-30 | 2009-07-15 | 中国科学院声学研究所 | 用于气体传感器的声表面波振荡器系统 |
| JP2006135447A (ja) * | 2004-11-02 | 2006-05-25 | Fujitsu Media Device Kk | 分波器 |
| CN103066945B (zh) * | 2012-12-21 | 2015-11-04 | 中国科学院声学研究所 | 用于气体传感器的saw谐振型振荡器系统 |
-
2020
- 2020-07-06 CN CN202010642486.4A patent/CN111781270B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111781270A (zh) | 2020-10-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4100811A (en) | Differential surface acoustic wave transducer | |
| US6810750B1 (en) | Encoded surface acoustic wave based strain sensor | |
| CN111649839B (zh) | 一种非线性自校正的谐振型声表面波温度传感器 | |
| CN201417195Y (zh) | 一种声表面波反射型延迟线 | |
| CN101644618B (zh) | 应用于无线压力传感器的声表面波反射型延迟线 | |
| KR101711204B1 (ko) | 단일입력 다중출력 표면탄성파 디바이스 | |
| CN109506808B (zh) | 一种具有单调和线性输出特性的saw温度传感器及其设计方法 | |
| CN104990625B (zh) | 一种谐振型声表面波传感器的无线测试电路及测试方法 | |
| CN111781270B (zh) | 一种用于声表面波气体传感器的差分鉴相电路系统 | |
| CN107040234A (zh) | 一种高灵敏度的双端对谐振式声表面波检测器 | |
| CN117741526A (zh) | 一种基于磁斯格明子的声表面波磁场传感器 | |
| Schimetta et al. | Optimized design and fabrication of a wireless pressure and temperature sensor unit based on SAW transponder technology | |
| JP2000214140A (ja) | センサ | |
| CN105333972A (zh) | 一种双声路声表面波温度传感器 | |
| US7459828B2 (en) | Saw sensor device using slit acoustic wave and method thereof | |
| CN205647458U (zh) | 一种高灵敏度的双端对谐振式声表面波检测器 | |
| CN205175572U (zh) | 双声路声表面波温度传感器 | |
| Becker et al. | Multistrip couplers for surface acoustic wave sensor application | |
| CN208704958U (zh) | 一种声表面波传感器的封装装置 | |
| RU2311623C2 (ru) | Устройство для дистанционного измерения давления | |
| RU2485676C1 (ru) | Устройство для дистанционного измерения параметров атмосферы | |
| JPH0868780A (ja) | 弾性表面波素子を用いたセンサ | |
| RU2339925C1 (ru) | Устройство для дистанционного измерения давления | |
| JP2008089600A (ja) | スリット弾性波を用いたｓａｗセンサ素子およびその方法 | |
| US11835414B2 (en) | Passive pressure sensor with a piezoelectric diaphragm and a non-piezoelectric substrate |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |