CN206339318U - 一种声表面波延迟线型分布式压力感测结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于声表面波延迟线的分布式压力感测结构，包括声表面波延迟线、数字电平选通高频开关、单元码译码电路，单元码译码电路上设有单元码输入端、译码输出端；声表面波延迟线与数字电平选通高频开关串联构成压力感测单元，声表面波延迟线用作压力感应元件；或者声表面波延迟线作为稳频元件的声表面波延迟线型振荡器与数字电平选通高频开关串联构成压力感测单元，声表面波延迟线作为压力感应元件，声表面波延迟线型振荡器包括声表面波延迟线、反馈放大电路、移相匹配电路，声表面波延迟线、反馈放大电路、移相匹配电路经高频信号线连接。本实用新型结构合理简单、使用容易，可以实现对分布式压力系统中的分布压力进行测量与分析。

Description

一种声表面波延迟线型分布式压力感测结构

技术领域

本实用新型涉及传感技术领域，尤其涉及一种基于声表面波延迟线的分布式压力感测结构。

背景技术

声表面波延迟线原理上由制作在压电基片上的两个叉指换能器组成，输入换能器将输入电信号转变成声信号，在基片表面传播一段距离后，由输出换能器将声信号还原成电信号输出，从而实现信号的延迟，时延的大小取决于两个叉指换能器的中心距离和声表面波的波速。

声表面波延迟线结合反馈放大器和移相匹配电路可以构成声表面波延迟线型振荡器，只要放大器增益足以补偿延迟线及外围电路的损耗，并且满足一定的相位条件，就能产生固定频率的振荡。

当压电基片受到外界作用力的作用时，基片材料的弹性常数、密度等，以及叉指换能器结构的几何参数都发生变化，最终导致声表面波延迟线的时延特性或声表面波延迟线型振荡器的振荡特性发生变化，依据压电基片所受到的作用力与由此产生的声表面波延迟线的时延或声表面波延迟线型振荡器的振荡信号频率之间的对应关系，可以通过测量声表面波延迟线的时延或声表面波延迟线型振荡器的振荡频率确定其所受外界作用力的大小。

在一个分布式压力系统，可以通过检测多个作为敏感元件的声表面波延迟线的时延或声表面波延迟线型振荡器的振荡频率的分布，分析该分布式系统中压力的分布和变化情况。

现有基于声表面波延迟线的传感应用大多为单个器件的独立运用，不适合对分布式压力系统中压力的分布及变化状态进行感测。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种声表面波延迟线型分布式压力感测结构。

本实用新型的目的是这样实现的，一种声表面波延迟线型分布式压力感测结构，其特征在于：包括声表面波延迟线、数字电平选通高频开关、单元码译码电路，单元码译码电路上设有单元码输入端、译码输出端；所述声表面波延迟线与数字电平选通高频开关串联构成压力感测单元，声表面波延迟线用作压力感应元件；或声表面波延迟线作为稳频元件的声表面波延迟线型振荡器与数字电平选通高频开关串联构成压力感测单元，声表面波延迟线作为压力感应元件，声表面波延迟线型振荡器包括声表面波延迟线、反馈放大电路、移相匹配电路，声表面波延迟线、反馈放大电路、移相匹配电路经高频信号线连接； 若干个压力感测单元并联相接，且各个压力感测单元的高频信号输入端汇集至高频信号输入端口，外接高频信号源，各个压力感测单元的高频信号输出端汇集至高频信号输出端口，外接示波器，或者外接频率计，各个数字电平选通高频开关的选通端接至单元码译码电路的译码输出端。

所述单元码译码电路的译码输出端通过数字电平选通高频开关选通线与数字电平选通高频开关的选通端相连。

各个压力感测单元所包含的声表面波延迟线的标称时延特性一致，相应的声表面波延迟线型振荡器的标称频率特性一致。

本实用新型结构合理简单、使用容易，通过本实用新型，包括声表面波延迟线、数字电平选通高频开关、单元码译码电路；声表面波延迟线和数字选通高频开关串联构成压力感测单元，其中声表面波延迟线用作压力感应元件；若干个压力感测单元并联相接，其输入端汇集至高频信号输入端，外接高频信号源，其输出端汇集至高频信号输出端，外接示波器，各个数字电平选通高频开关的选通端接至单元码译码电路的译码输出端； 在待感测的分布式压力系统中选定若干个感测点，设置压力感测单元，所述感测点的位置和数目由所感测的分布式压力系统的特点和感测要求而定；各个压力感测单元的数字编码经单元码译码电路译码，选通对应的数字电平选通高频开关，由此选通对应的压力感测单元；由高频信号源对被选通的包含声表面波延迟线的压力感测单元施加适当频率的高频信号，由示波器检测压力感测单元输出高频信号相对于输入高频信号的时延，根据各个压力感测单元实测时延值，确定所感测分布式压力系统中各个感测点的压力值，分析其分布和变化情况；或者：一种声表面波延迟线型分布式压力感测结构，包括声表面波延迟线型振荡器，数字电平选通高频开关、单元码译码电路；声表面波延迟线与反馈放大电路、移相匹配电路等组成声表面波延迟线型振荡器，其中声表面波延迟线用作振荡元件；声表面波延迟线型振荡器与数字电平选通高频开关串联构成压力感测单元，其中声表面波延迟线同时用作压力感应元件； 在待感测分布式参量系统中选定若干个感测点，设置压力感测单元，所述感测点的位置和数目由所感测的分布式压力系统的特点和感测要求而定；并联连接各个压力感测单元，各个压力感测单元的输入端汇集为高频信号输入端口，外接高频信号源，输出端汇集为高频信号输出端口，外接频率计；各个感测单元的数字编码经单元码译码电路译码，选通对应的数字电平选通高频开关，由此选通对应的压力感测单元；由高频信号源对被选通的包含声表面波延迟线型振荡器的压力感测单元施加适当频率的高频信号，由频率计检测感测单元输出高频信号的频率，根据各个压力感测单元实测频率值，确定所感测分布式压力系统中各个感测点的压力值及其分布情况；各个压力感测单元中所包含的声表面波延迟线的标称延迟特性一致，相应的声表面波延迟线型振荡器的标称频率特性一致。

简言之，本实用新型的一种声表面波延迟线型分布式压力感测结构，在分布式压力系统中设置若干基于声表面波延迟线的压力感测单元，利用单元码译码电路和数字电平选通高频开关逐一选通各个压力感测单元，测量各个压力感测单元输出信号的时延特性或振荡特性，分析所感测的分布式系统中压力的分布状态及变化规律，可以实现对分布式压力系统中压力分布进行测量与分析。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型通过在分布式压力系统中设置若干基于声表面波延迟线的压力感测单元，利用单元码译码电路和数字电平选通高频开关逐一选通各个压力感测单元，测量各个压力感测单元输出信号的时延特性或振荡特性，分析所感测的分布式系统中压力的分布状态及变化规律，可以实现对分布式压力系统中分布压力进行测量与分析。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构示意图；

图2是本实用新型的采用声表面波延迟线作为敏感元件的压力感测单元结构示意图；

图3是本实用新型的采用声表面波延迟线型振荡器作为敏感元件的压力感测单元结构示意图；

图中：1 压力感测单元、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单元码译码电路、11 声表面波延迟线、12 数字电平选通高频开关、13 反馈放大电路、14移相匹配电路、21 高频信号输入端、31 高频信号输出端、51单元码输入端、52译码输出端、121 数字电平选通高频开关选通线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明。

具体实施例：

一种声表面波延迟线型分布式压力感测结构，包括声表面波延迟线11、数字电平选通高频开关12、单元码译码电路5，在单元码译码电路5上设置单元码输入端51、译码输出端52；声表面波延迟线11与数字电平选通高频开关12串联构成压力感测单元1，声表面波延迟线11用作压力感应元件；或者声表面波延迟线11作为稳频元件的声表面波延迟线型振荡器与数字电平选通高频开关12串联构成压力感测单元1，声表面波延迟线1作为压力感应元件，声表面波延迟线型振荡器包括声表面波延迟线11、反馈放大电路13、移相匹配电路14，声表面波延迟线11、反馈放大电路13、移相匹配电路14经高频信号线4连接； 将若干个压力感测单元1并联相接，且各个压力感测单元1的高频信号输入端21汇集至高频信号输入端口2，外接高频信号源，各个压力感测单元1的高频信号输出端31汇集至高频信号输出端口3，外接示波器，或者外接频率计，各个数字电平选通高频开关12的选通端接至单元码译码电路5的译码输出端52。

所述单元码译码电路5的译码输出端52通过数字电平选通高频开关选通线121与数字电平选通高频开关12的选通端相连。

各个压力感测单元1所包含的声表面波延迟线11的标称时延特性一致，相应的声表面波延迟线型振荡器的标称频率特性一致。

如图1、图2和图3所示的一种基于声表面波延迟线的分布式压力感测结构，其具体实施步骤为：

（1）采用声表面波延迟线11与数字电平选通高频开关12串联构成压力感测单元1；

（2）所用声表面波延迟线11采用制作在温度特性较好的ST石英单晶片上的双叉指换能器结构，在输入换能器和输出换能器之间传输区的基片背面制作空腔作为压力敏感结构；

（4）在待感测分布式参量系统中选定若干个感测点，设置压力感测单元11，所述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；

（5）并联连接各个压力感测单元11，各个压力感测单元11的输入端汇集为高频信号输入端口，外接高频信号源，输出端汇集为高频信号输出端口，外接数字高频示波器；

（6）通过数字电平选通高频开关12逐一选通各个压力感测单元1；

（7）用高频信号源从高频信号输入端口向所选通的压力感测单元施加适当的高频信号；

（8）用数字高频示波器从高频信号输出端口测量经所选通压力感测单元中声表面波延迟线后输出高频信号相对于输入高频信号的时延；

（9）由测量所得高频信号时延分析所感测的分布式压力系统中各个感测点的压力值及其分布和变化情况；

（3）进一步地，为了减小温度变化引起的附加时延，采用双敏感结构，即在同一基片表面制作相同结构的另一个声表面波延迟线11，其输入换能器和输出换能器之间传输区的基片背面不制作空腔结构，其时延作为温度变化的附加因素予以抵除。

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，但是可在不背离本实用新型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，不能用于限制本实用新型。

Claims (3)

1. 一种声表面波延迟线型分布式压力感测结构，其特征在于：包括声表面波延迟线（11）、数字电平选通高频开关（12）、单元码译码电路（5），单元码译码电路（5）上设有单元码输入端（51）、译码输出端（52）；所述声表面波延迟线（11）与数字电平选通高频开关（12）串联构成压力感测单元（1），声表面波延迟线（11）用作压力感应元件；或声表面波延迟线（11）作为稳频元件的声表面波延迟线型振荡器与数字电平选通高频开关（12）串联构成压力感测单元（1），声表面波延迟线（11）作为压力感应元件，声表面波延迟线型振荡器包括声表面波延迟线（11）、反馈放大电路（13）、移相匹配电路（14），声表面波延迟线（11）、反馈放大电路（13）、移相匹配电路（14）经高频信号线（4）连接； 若干个压力感测单元（1）并联相接，且各个压力感测单元（1）的高频信号输入端（21）汇集至高频信号输入端口（2），外接高频信号源，各个压力感测单元（1）的高频信号输出端（31）汇集至高频信号输出端口（3），外接示波器，或者外接频率计，各个数字电平选通高频开关（12）的选通端接至单元码译码电路（5）的译码输出端（52）。

2.根据权利要求1所述的一种声表面波延迟线型分布式压力感测结构，其特征在于：所述单元码译码电路（5）的译码输出端（52）由数字电平选通高频开关选通线（121）与数字电平选通高频开关（12）的选通端相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种声表面波延迟线型分布式压力感测结构，其特征在于：各个压力感测单元(1)所包含的声表面波延迟线（11）的标称时延特性一致，相应的各个声表面波延迟线型振荡器的标称频率特性一致。