RU2629892C1 - Способ измерения физических величин с помощью датчиков на поверхностных акустических волнах - Google Patents
Способ измерения физических величин с помощью датчиков на поверхностных акустических волнах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2629892C1 RU2629892C1 RU2016138650A RU2016138650A RU2629892C1 RU 2629892 C1 RU2629892 C1 RU 2629892C1 RU 2016138650 A RU2016138650 A RU 2016138650A RU 2016138650 A RU2016138650 A RU 2016138650A RU 2629892 C1 RU2629892 C1 RU 2629892C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- saw
- reflected
- idt
- reflective
- sensor
- Prior art date
Links
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 title claims abstract description 62
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 15
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 40
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- 230000001934 delay Effects 0.000 claims description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 14
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 abstract description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006098 acoustic absorber Substances 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 239000002772 conduction electron Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- DLINORNFHVEIFE-UHFFFAOYSA-N hydrogen peroxide;zinc Chemical compound [Zn].OO DLINORNFHVEIFE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного беспроводного измерения различных физических величин, в частности температуры, давления, перемещения, магнитной индукции, ультрафиолетового излучения, концентрации газов и др., с помощью датчиков на поверхностных акустических волнах (ПАВ) при их облучении радиоимпульсами. Вторично отраженные от ВШП ПАВ, которые возникают из-за отражений ПАВ от приемопередающего ВШП и вторично от них отражаются, затем вместе с первично отраженными ПАВ через приемопередающую антенну попадают на считыватель. Производят Фурье-преобразование частотной зависимости комплексного коэффициента отражения антенны считывателя и получают импульсный отклик датчика ПАВ, содержащий вторичные пики отражения от опорного отражательного ВШП, отражательного ВШП, нагруженного на импеданс, величина которого зависит от измеряемой физической величины, или этот ВШП не нагружен, но перед ним может быть расположена пленка, параметры которой зависят от измеряемой физической величины, далее определяют временное положение полученных пиков и отношение амплитуд этих пиков, которые пропорциональны квадрату коэффициента отражения ПАВ от ВШП, а также удвоенному затуханию ПАВ под пленкой, если она расположена перед отражательным ВШП, а расстояние между вторично отраженными ПАВ импульсами удваивается. Технический результат заключается в повышении точности измерения физических величин за счет учета вторичных отражений ПАВ. 1 з.п. ф-лы, 14 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного беспроводного измерения различных физических величин, в частности температуры, давления, перемещения, магнитной индукции, ультрафиолетового излучения, концентрации газов и др., с помощью датчиков на поверхностных акустических волнах (ПАВ) при их облучения радиоимпульсами.
Из уровня техники следует, что измерение физических величин производится с помощью считывателя, который посылает опросный радиоимпульс на датчик на ПАВ (RU 2296950, 6МПК G01D 5/00, опубл. 27.02.2006 [1], RU 2387051, 6МПК H01L 41/107, G01D 5/12, опубл. 20.04.2010 [2], RU 2550697, МПК-2006.01 G01D 5/00, B82B 1/00, опубл. 10.05.2015 [3], RU 2581570, МПК-2006.01 Н03Н 9/25, опубл. 20.04.2016 [4], RU 2585487, МПК-2006.01 G01K 11/24, H01L 41/08, опубл. 27.05.2016 [5]).
Радиоимпульс принимается приемо-передающей антенной датчика на ПАВ и попадает приемо-передающий ВШП, расположенный на пьезоэлектрическом звукопроводе, где преобразуется в импульсы ПАВ, которые, распространяясь вдоль звукопровода, отражаются от расположенных на пути распространения ПАВ отражательных ВШП, первый из которых является опорным, а последний может быть соединен с импедансом, величина которого зависит от измеряемой физической величины. При изменении импеданса изменяется коэффициент отражения ПАВ от этого отражательного ВШП, что приводит к изменению амплитуды и фазы, отраженных от него ПАВ. Отраженные от него и от другого ВШП импульсы ПАВ приходят на приемопередающий ВШП, где они преобразуются в электромагнитный сигнал, представляющий последовательность радиоимпульсов, амплитуда и фаза которых пропорциональны амплитуде ПАВ падающих на приемо-передающий ВШП, и попадают на считыватель. Тогда, сравнивая амплитуды отраженных ПАВ от первого и последнего ВШП определяют значение измеряемой физической величины, если последний ВШП нагружен на импеданс или измеряют задержку ПАВ между первым и последним ВШП, если последний не нагружен. Амплитуда и фаза (задержка) отраженных ПАВ также может меняться, если ПАВ проходят под пленкой, расположенной между соседними отражательными ВШП. В этом случае под действием измеряемой физической величины, например, интенсивности электромагнитного излучения в видимой или ультрафиолетовой области (Wenbo Penga, Yongning Heat, Changbao Wenb, Ke Maa, Surface acoustic wave ultraviolet detector based on zinc oxide nanowire sensing layer // Sensors and Actuators A: Physical Volume 184, September 2012, Pages 34-40 [6], US Patent 6914279, МПК7 H01L 29/82 от 05.06.2005 [7], US Patent 7989851, МПК-2006.01 H01L 29/82 от 02.08.2011 [8]). При наличии помех сигналы, отраженные от датчиков, могут быть на их уровне, и сигналы не могут быть обнаружены, так как усреднять принятые импульсы не предоставляется возможным из-за отсутствия синхронизации по частоте заполнения зондирующих импульсов, что является недостатком известных способов.
Указанный недостаток устранен в способе, в котором на приемопередающий ВШП датчика периодически подают зондирующий электромагнитный импульс, в котором частота дискретно меняется по линейному закону, измеряют частотную зависимость комплексного коэффициента отражения S11 этого преобразователя ПАВ и последующее Фурье-преобразование полученной частотной зависимости, по которому определяют амплитуду и задержку отраженных импульсов ПАВ, причем длительность зондирующего электромагнитного импульса выбирается таким образом, что измерения на каждой частоте ведутся некоторое время, за которое ПАВ проходит расстояние большее, чем удвоенное расстояние между ВШП, частота заполнения электромагнитного импульса формируется с помощью цифрового синтезатора частоты (RU 2569039, 6МПК G01N 29/04, опубл. 20.11.2015 [9]), совпадающий с заявляемым изобретением по большинству существенных признаков и принимаемый за прототип.
Согласно способу-прототипу определение значения параметра S11 в каждой частотной точке производится некоторое время, за которое ПАВ проходит расстояние большее, чем удвоенное расстояние между ВШП, это приводит к повышению точности измерений потому, что амплитуды отраженного сигнала измеряются на определенной частоте более одного раза, а также потому, что фазы сигналов помех носят случайный характер и взаимно ослабляются за время измерения. Кроме того, из-за периодичности посылки частотно-модулированных импульсов измерение в каждой частотной точке производится несколько раз и эти измерения могут также суммироваться, что также приводит к уменьшению влияния помех на результаты измерений, а, следовательно, к повышению точности измерений.
Однако при малых относительных изменениях измеряемой физической величины (менее одного процента) коэффициент отражения ПАВ от отражательного ВШП, нагруженного на импеданс или задержка ПАВ будет изменяться незначительно, и изменение амплитуды ПАВ отраженных от отражательного ВШП или задержки ПАВ могут оказаться меньше уровня шумов, что снижает точность измерения при слабых изменениях физической величины.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности способа измерения физических величин за счет учета в импульсном отклике вторичных отражений ПАВ.
Указанный технический результат достигается тем, что способ измерения физических величин с помощью датчиков на поверхностных акустических волнах (ПАВ) характеризуется тем, что посылают от считывателя зондирующий электромагнитный радиоимпульс с линейно-частотной модуляцией через направленную антенну на антенну датчика на ПАВ, принимают отраженные от антенны датчика импульсы, измеряют частотную зависимость комплексного коэффициента отражения S11 антенны считывателя и производят Фурье-преобразование полученной частотной зависимости, представляющее импульсный отклик датчика, по которому измеряют амплитуду и временную задержку отраженных импульсов ПАВ от встречно-штыревого преобразователя (ВШП) датчика, при этом длительность зондирующего электромагнитного импульса выбирают таким образом, что измерения на каждой частоте проводят некоторое время, за которое ПАВ проходит расстояние большее, чем удвоенное расстояние между ВШП, частоту заполнения электромагнитного импульса формируют с помощью цифрового синтезатора частоты, входящего в считыватель, с заданной дискретностью перестройки.
Согласно изобретению в импульсном отклике датчика на ПАВ измеряют амплитуды импульсов от вторично отраженных ПАВ для датчиков, в которых один из отражательных ВШП является опорным, а другой нагружен на импеданс, значение которого зависит от физической величины, или между ВШП расположена пленка, затухание ПАВ в которой зависит от измеряемой физической величины, а отражательный опорный ВШП и отражательный ВШП не нагружены на импеданс, или временные задержки между импульсами от вторично отраженных ПАВ для датчиков, в которых отражательный опорный ВШП и отражательный ВШП не нагружены на импеданс, а временная задержка отраженных импульсов в пьезоэлектрическом звукопроводе зависит от измеряемой физической величины.
В частном случае выполнения в качестве считывателя использован измеритель комплексных коэффициентов передачи, соединенный с персональным компьютером.
Вторично отраженные от ВШП ПАВ, которые возникают из-за отражений ПАВ от приемо-передающего ВШП, которые вновь попадают на отражательные ВШП и вторично от них отражаются, попадая снова на приемо-передающий ВШП, а далее вместе с первично отраженными ПАВ через приемо-передающую антенну попадают на считыватель, где после Фурье преобразования параметра S11 получают импульсный отклик датчика ПАВ, содержащий вторичные пики отражения от опорного отражательного ВШП, отражательного ВШП, нагруженного на импеданс, величина которого зависит от измеряемой физической величины или этот ВШП не нагружен, но перед ним может быть расположена пленка, параметры которой зависят от измеряемой физической величины, далее определяют временное положение полученных пиков и отношение амплитуд этих пиков, которые пропорциональны квадрату коэффициента отражения ПАВ от ВШП, а также удвоенному затуханию ПАВ под пленкой, если она расположена перед отражательным ВШП, а расстояние между вторично отраженными ПАВ импульсами удваивается.
Измерение вторичных отражений ПАВ для повышения точности измерения физических величин не известно из уровня техники.
Заявляемый способ измерения физических величин с помощью датчиков на поверхностных акустических волнах поясняется чертежами.
Фиг. 1 - схема осуществления способа с помощью датчика на ПАВ, в котором один из отражательных ВШП нагружен на импеданс.
Фиг. 2 - схема осуществления способа с помощью датчика на ПАВ, в котором между ВШП расположена пленка, параметры которой зависят от измеряемой физической величины, а ВШП не нагружен на импеданс.
Фиг. 3 - схема осуществления способа с помощью датчика опроса датчика на ПАВ, в котором между ВШП нет пленки, ВШП не нагружен на импеданс, а задержка ПАВ в пьезоэлектрическом звукопроводе зависит от измеряемой физической величины.
Фиг. 4 - последовательность действий заявляемого способа.
Фиг. 5 - частотная зависимость модуля коэффициента отражения S11.
Фиг. 6 - Фурье-преобразование измеренной частотной зависимости, представляющее импульсный отклик датчика измерения диэлектрической проницаемости жидкости.
Фиг. 7 - Фурье-преобразование измеренной частотной зависимости в увеличенном масштабе по оси Y, представляющее импульсный отклик датчика измерения диэлектрической проницаемости жидкости.
Фиг. 10 - Фурье-преобразование измеренной частотной зависимости, представляющее импульсный отклик датчика измерения интенсивности ультрафиолетового излучения.
Фиг. 11 - Фурье-преобразование измеренной частотной зависимости в увеличенном масштабе по оси Y, представляющей импульсный отклик датчика измерения интенсивности ультрафиолетового излучения.
Фиг. 12 - Фурье-преобразование измеренной частотной зависимости, представляющее импульсный отклик датчика на ПАВ при отсутствии излучения и при интенсивности излучения без ослабления.
Фиг. 13 - Фурье-преобразование измеренной частотной зависимости, представляющее импульсный отклик датчика на ПАВ датчика температуры на ПАВ.
Фиг. 14 - Фурье-преобразование измеренной частотной зависимости, представляющее импульсный отклик датчика на ПАВ датчика температуры на ПАВ в увеличенном масштабе по оси Y.
Каждая схема для реализации заявляемого способа содержит считыватель 1, антенну 2, антенну датчика 3, пьезоэлектрический звукопровод 4 и расположенные на нем приемо-предающий ВШП 5, отражательные ВШП 6 и ВШП 7 в одном акустическом канале. На краях пьезоэлектрического звукопровода 5 расположены акустические поглотители 8, пьезоэлектрический звукопровод 5 вместе с ВШП 6 и ВШП 7 помещены в герметичный корпус 9. Отражательный ВШП 6 не подсоединен к импедансу и является опорным, а отражательный ВШП 7, подсоединен к импедансу 10 (Z), величина которого зависит от измеряемой физической величины (фиг. 1) или перед ним находится пленка 11, параметры которой зависят от измеряемой физической величины (фиг. 2), а ВШП 7 остается ненагруженным. ВШП 7 также остается ненагруженным, если задержка ПАВ в пьезоэлектрическом звукопроводе 4 зависит от изменяемой физической величины (фиг. 3) и между ВШП нет пленки. К считывателю 1 подсоединен компьютер 12. (фиг. 1, 2, 3).
Операции способа измерения физических величин в соответствии с фиг. 4 состоят в следующем.
Считыватель 1 через антенну 2 посылает на антенну датчика длинный радиоимпульс с линейно-изменяющейся частотой I, который попадает на приемо-предающий ВШП 5, возбуждающий ПАВ (фиг. 2-4). Причем длительность зондирующего электромагнитного импульса выбирается таким образом, что измерения на каждой частоте проводят некоторое время, за которое ПАВ проходит расстояние большее, чем удвоенное расстояние между преобразователем и дефектом, частота заполнения электромагнитного импульса формируется с помощью цифрового синтезатора частоты с дискретностью перестройки в 1 Гц для повышения точности измерения [5]. ВШП5 и отражательные ВШП 6 и 7 расположены на одном пьезоэлектрическом звукопроводе 4 в одном акустическом канале. На краях звукопровода 4 расположены акустические поглотители 8, и пьезоподложка вместе с ВШП помещена в герметичный корпус 11. Отражательный ВШП 6 не подсоединен к импедансу и является опорным, а отражательный ВШП 7, подсоединен к импедансу 10 (Z) (фиг. 1), величина которого зависит от измеряемой физической величины или перед ним находится пленка 11, параметры которой зависят от измеряемой физической величины, а ВШП 7 остается ненагруженным (фиг. 2). ВШП 7 также остается ненагруженным, если задержка ПАВ в звукопроводе зависит от изменяемой физической величины (фиг. 3). ПАВ отражаются от отражательных ВШП 6 и 7 попадают на приемо-передающий ВШП 5, где частично преобразуются в электромагнитный импульс и через антенну 3 датчика попадают на антенну считывателя 2, а далее в считыватель 1, соединенный с компьютером 12. Другая часть ПАВ вновь отражается от ВШП 5 попадают вновь на отражательные ВШП 6 и 7 и далее вторично отраженные ПАВ снова попадают на приемо-передающий ВШП 5 и через антенну 3 на антенну считывателя 2 посылается отраженный от датчика импульс II, который через антенну 2 попадает на считыватель 1, где производится измерение частотной зависимости параметра S11. Электромагнитный сигнал от датчика начинает интерферировать с электромагнитным сигналом, который отражается непосредственно от электрического входа (выхода) антенны 2 считывателя, что приводит к изрезанности (появлению множества максимумов и минимумов) зависимости параметра S11 от частоты (см. фиг. 5), Далее данные попадают на компьютер 12, где производится Фурье-преобразование полученной частотной зависимости параметра S11. Поскольку длительность радиоимпульса значительно больше задержки ПАВ между преобразователями, то полученная частотная зависимость параметра S11 содержит информацию не только о первично отраженных от отражательных ВШП ПАВ, но и об вторично отраженных от них ПАВ. Далее по отношению амплитуд отраженных импульсов от опорного отражательного ВШП 7 и отражательного ВШП 8, нагруженного на импеданс, величина которого зависит от измеряемой физической величины, в компьютере определяется значение физической величины, поскольку коэффициент отражения от этого ВШП зависит от величины импеданса. Также можно определить и временную задержку принятых импульсов относительно опорного импульса. Так как амплитуда импульса, отраженного от ВШП пропорциональна коэффициенту отражения ПАВ от ВШП, то амплитуда вторично отраженного импульса будет пропорциональна квадрату коэффициента отражения от ВШП, отношение амплитуд вторично отраженных импульсов ПАВ будет пропорционально отношению коэффициентов отражения ПАВ от ВШП в квадрате. Поскольку вторично отраженные ПАВ проходят вдвое большее расстояние, чем первично отраженные, задержка между опорным импульсом и вторично отраженным импульсом от ВШП 7 увеличится в два раза, вне зависимости от того, подсоединен импеданс в ВШП 7 или нет, что увеличит точность измерения физической величины, если от нее зависит задержка ПАВ в пьезоэлектрическом звукопроводе. Кроме того, в датчиках, в которых имеется между ВШП 5 и 7 пленка, скорость и затухание ПАВ в которой зависит, например, от интенсивности электромагнитного излучения в видимой или в ультрафиолетовой области [8-10], чувствительность к изменению амплитуды и задержки отраженных сигналов от интенсивности излучения существенно возрастает из-за того, что ПАВ проходит под пленкой не два, а четыре раза. Это эквивалентно увеличению длины взаимодействия ПАВ с пленкой в два раза, что позволяет увеличить чувствительность измерения затухания и задержки ПАВ в зависимости от интенсивности излучения. В датчике коэффициент отражения от ненагруженного ВШП выбирается максимальным, поэтому отношение амплитуд отраженных импульсов всегда меньше 1, а относительная амплитуда импульса, отраженного от опорного ВШП 6, принимается равной 1. Если это отношение возвести в квадрат, то оно еще больше уменьшится. Это и позволяет увеличить точность определения измеряемой физической величины за счет того, что при слабом ее изменении коэффициент отражения будет также слабо меняться, и отношение амплитуд от опорного ВШП 6 и ВШП 7 будут мало отличаться для различных значений импеданса. Но будучи возведенные в квадрат эти отношения будут отличаться сильнее. Предположим, что отношение амплитуд при одном значении физической величины равно А<1, а при другом значении - А(1-α), где α<<1. Тогда для вторично отраженных импульсов, считая относительную амплитуду вторично отраженной ПАВ от опорного ВШП единичной эти отношения соответственно равны А2 и [А2⋅(1-2α+α2)]≈(1-2α)⋅А2. Нетрудно видеть из этого, что разница отношений, поделенная на величину отношения, увеличивается вдвое 
,
что и повышает точность измерений.
Примеры выполнения.
В качестве считывателя использовался измеритель комплексных коэффициентов передачи (ИККП) «Обзор-103», который обеспечивает передачу и прием радиоимпульсов с линейно-частотной модуляцией длительностью 0,3-10 секунд с точностью установки частоты 1 Гц. импульсы периодически поступают на датчик на ПАВ, конструкция которого описана в патентах [1], [2] для определения диэлектрической проницаемости, в котором в качестве импеданса, нагруженного на отражательный ВШП 8 (фиг. 1) использовались последовательно соединенные индуктивность и емкость, представляющая собой две параллельные пластины размером 10×15 мм из гетинакса, фольгированные с внутренних сторон, с зазором между ними 1 мм. Жидкость заполняла зазор и изменяла емкость конденсатора, что приводило к изменению импеданса, а, следовательно, и к изменению коэффициента отражения ПАВ.
На фиг. 5 показана частотная зависимость параметра S11 антенны считывателя. Видно, что частотная зависимость представляет изрезанную кривую, что обусловлено отражениями считывающего импульса от датчика. На фиг. 6, 7 показано Фурье-преобразование этой зависимости, представляющей импульсный отклик датчика. На фиг. 6 на импульсном отклике хорошо видно, что расстояние между импульсами первичного отражения 13 и 14 вдвое меньше, чем расстояние между импульсами 15 и 15 от вторично отраженных ПАВ. Относительные амплитуды импульсов 13 и 14 равны 1,0 и 0,98 соответственно и слабо отличаются друг от друга. В то же время, как видно из фиг. 7, отношение амплитуды вторично отраженных импульсов 15 и 16 равно 0,12 и 0,115. При другом соотношении в смеси бензина со спиртом меняется диэлектрическая проницаемость и, следовательно, емкость конденсатора, представляющего импеданс Z, что и приводит к изменению коэффициента отражения ПАВ от отражательного ВШП 8, нагруженного на импеданс. На фиг. 8 показан импульсный отклик, соответствующий этому случаю. Видно, что амплитуда импульса 18, отраженного от отражательного ВШП 8, уменьшилась по сравнению с амплитудой импульса 17, отраженного от опорного ВШП 7, и стала равна 0,96. В то же время, как видно из фиг. 9, амплитуда вторично отраженного импульса 20 также уменьшилась и равна 0,111. Тогда отношение первично отраженных импульсов 18 и 14 при различных соотношениях бензина и спирта равно 0.98, а отношение вторично отраженных импульсов 20 и 16 равно 0,965. Тогда разница отношений для первично отраженных ПАВ при различных отношениях в смеси бензина и спирта равна 0,02 и 0,035, т.е. разница отношений увеличилась почти в 2 раза.
Для датчика интенсивности ультрафиолетового излучения, где между ВШП 5 и 8 (фиг. 2) расположена пленка двуокиси цинка, затухание ПАВ зависит от интенсивности ультрафиолетового излучения из-за увеличения акустоэлектронного взаимодействия между ПАВ и электронами проводимости, концентрация которых зависит от интенсивности излучения [6-8]. Вторично отраженные ПАВ проходят под пленкой расстояние в 2 раза больше, чем первично отраженные, и испытываю значительно большее затухание. Это особенно хорошо видно, когда сравниваются первично и вторично отраженные импульсы при отсутствии ультрафиолетового излучения (фиг. 12). На этом рисунке хорошо видно, что, если амплитуды первично отраженных ПАВ 23 при отсутствии излучения и при его присутствии 24 отличаются более чем в 2 раза, амплитуды вторично отраженных ПАВ уже отличаются значительно. Из фиг. 10 и 11 видно, что при ослаблении излучения в 100 раз отношение амплитуд первично отраженных ПАВ, прошедших под пленкой 22 и 23, равно 0,431/0,447=0,964, то отношение вторично отраженных ПАВ равно 0,084/0,109=0,84, что значительно легче обнаружить.
Для датчика температуры при 20°С (фиг. 3) задержка импульсов от опорного ВШП 6 имеет определенное известное значение, но при другой температуре задержка меняется. На фиг. 13 показана часть импульсного отклика для первично отраженных ПАВ датчика температуры ПАВ [10, 11] при температуре 20 и 60°С. Видно, что из-за изменения температуры задержка немного увеличилась. На фиг. 14 показаны вторично отраженные импульсы. Из-за того, что для них задержка в 2 раза больше, импульсы разошлись также на удвоенное расстояние по сравнению с расстоянием между импульсами для первично отраженных ПАВ, что позволяет более точно измерить температуру.
Источники информации
1. RU 2296950, МПК-2006.01 D5/00, дата публ. 27.02.2006.
2. RU 2387051, МПК-2006.01 H01L 41/107, G01D 5/12, дата публ. 20.04.2010.
3. RU 2550697, МПК-2006.01 G01D 5/00, В82В 1/00, дата публ. 10.05.2015.
4. RU 2581570, МПК-2006.01 Н03Н 9/25, дата публ. 20.04.2016.
5. RU 2585487, МПК-2006.01 G01K 11/24, H01L 41/08, от 27.05.2016 – прототип.
6. Wenbo Penga, Yongning Неа, Changbao Wenb, Ke Maa, Surface acoustic wave ultraviolet detector based on zinc oxide nanowire sensing layer // Sensors and Actuators A: Physical Volume 184, September 2012, Pages 34-40.
7. US 6914279, МПК7 H01L 29/82, дата публ. 05.06.2005.
8. US 7989851, МПК-2006.01 H01L 29/82, публ. 02.08.2011.
9. RU 2569039, МПК-2006.01 G01N 29/04, публ. 20.11.2015.
10. RU 2585911, МПК-2006.01 G01D 5/48, дата публ. 10.06.2016.
11. CN 102313614, МПК-2006.01, G01K 11/22, дата публ. 2012.01.11.
Claims (2)
1. Способ измерения физических величин с помощью датчиков на поверхностных акустических волнах (ПАВ), характеризующийся тем, что посылают от считывателя зондирующий электромагнитный радиоимпульс с линейно-частотной модуляцией через направленную антенну на антенну датчика на ПАВ, принимают отраженные от антенны датчика импульсы, измеряют частотную зависимость комплексного коэффициента отражения S11 антенны считывателя и производят Фурье-преобразование полученной частотной зависимости, представляющее импульсный отклик датчика, по которому измеряют амплитуду и временную задержку отраженных импульсов ПАВ от встречно-штыревых преобразователей (ВШП) датчика, при этом длительность зондирующего электромагнитного импульса выбирают таким образом, что измерения на каждой частоте проводят некоторое время, за которое ПАВ проходит расстояние большее, чем удвоенное расстояние между ВШП, частоту заполнения электромагнитного импульса формируют с помощью цифрового синтезатора частоты, входящего в считыватель, с заданной дискретностью перестройки, отличающийся тем, что в импульсном отклике датчика на ПАВ измеряют амплитуды импульсов от вторично отраженных ПАВ для датчиков, в которых один из отражательных ВШП является опорным, а другой нагружен на импеданс, значение которого зависит от физической величины, или между ВШП расположена пленка, затухание ПАВ в которой зависит от измеряемой физической величины, а отражательный опорный ВШП и отражательный ВШП не нагружены на импеданс, или временные задержки между импульсами от вторично отраженных ПАВ для датчиков, в которых отражательный опорный ВШП и отражательный ВШП не нагружены на импеданс, а временная задержка отраженных импульсов в пьезоэлектрическом звукопроводе зависит от измеряемой физической величины.
2. Способ по п. 1. отличающийся тем, что в качестве считывателя используется измеритель комплексных коэффициентов передачи, соединенный с персональным компьютером.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016138650A RU2629892C1 (ru) | 2016-09-29 | 2016-09-29 | Способ измерения физических величин с помощью датчиков на поверхностных акустических волнах |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016138650A RU2629892C1 (ru) | 2016-09-29 | 2016-09-29 | Способ измерения физических величин с помощью датчиков на поверхностных акустических волнах |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2629892C1 true RU2629892C1 (ru) | 2017-09-04 |
Family
ID=59797546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016138650A RU2629892C1 (ru) | 2016-09-29 | 2016-09-29 | Способ измерения физических величин с помощью датчиков на поверхностных акустических волнах |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2629892C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU180995U1 (ru) * | 2017-11-20 | 2018-07-03 | Федеральное государственное унитарное предприятие Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт радио | Датчик давления на поверхностных акустических волнах |
| RU2758341C1 (ru) * | 2018-07-27 | 2021-10-28 | Научно-Технический Центр "Радиотехнических Устройств И Систем" С Ограниченной Ответственностью | Пассивный беспроводный датчик магнитного поля на поверхностных акустических волнах |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7205701B2 (en) * | 2004-09-03 | 2007-04-17 | Honeywell International Inc. | Passive wireless acoustic wave chemical sensor |
| RU2387051C1 (ru) * | 2008-12-01 | 2010-04-20 | Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" | Датчик физической величины на поверхностных акустических волнах |
| UA88694U (ru) * | 2013-11-07 | 2014-03-25 | Микола Федорович Жовнір | Сенсор физической величины на поверхностных акустических волнах |
| RU2550697C1 (ru) * | 2013-10-24 | 2015-05-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет | Датчик на поверхностных акустических волнах для измерения концентрации моноокиси углерода |
-
2016
- 2016-09-29 RU RU2016138650A patent/RU2629892C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7205701B2 (en) * | 2004-09-03 | 2007-04-17 | Honeywell International Inc. | Passive wireless acoustic wave chemical sensor |
| RU2387051C1 (ru) * | 2008-12-01 | 2010-04-20 | Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" | Датчик физической величины на поверхностных акустических волнах |
| RU2550697C1 (ru) * | 2013-10-24 | 2015-05-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет | Датчик на поверхностных акустических волнах для измерения концентрации моноокиси углерода |
| UA88694U (ru) * | 2013-11-07 | 2014-03-25 | Микола Федорович Жовнір | Сенсор физической величины на поверхностных акустических волнах |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU180995U1 (ru) * | 2017-11-20 | 2018-07-03 | Федеральное государственное унитарное предприятие Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт радио | Датчик давления на поверхностных акустических волнах |
| RU2758341C1 (ru) * | 2018-07-27 | 2021-10-28 | Научно-Технический Центр "Радиотехнических Устройств И Систем" С Ограниченной Ответственностью | Пассивный беспроводный датчик магнитного поля на поверхностных акустических волнах |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9404890B2 (en) | Method for noninvasive determination of acoustic properties of fluids inside pipes | |
| Prosser et al. | Time-frequency analysis of the dispersion of Lamb modes | |
| US7107851B2 (en) | Processing data, for improved, accuracy, from device for measuring speed of sound in a gas | |
| US11391863B2 (en) | Method of free-field broadband calibration of hydrophone sensitivity based on pink noise | |
| CN102042844B (zh) | 声表面波测量传感器及参数分析方法 | |
| RU2629892C1 (ru) | Способ измерения физических величин с помощью датчиков на поверхностных акустических волнах | |
| RU2390968C1 (ru) | Способ градуировки гидрофона по полю при излучении непрерывного сигнала в измерительном бассейне с отражениями | |
| RU2422769C1 (ru) | Способ ультразвуковой эхо-импульсной толщинометрии | |
| JPS6156450B2 (ru) | ||
| JP2622970B2 (ja) | 欠陥探知方法および装置 | |
| Williamson et al. | Coherent Detection Technique for Variable‐Path‐Length Measurements of Ultrasonic Pulses | |
| RU2695287C1 (ru) | Способ измерения частотной зависимости комплексного коэффициента отражения звука от поверхности с использованием шумового сигнала | |
| Bjorndal et al. | A novel approach to acoustic liquid density measurements using a buffer rod based measuring cell | |
| JP5431687B2 (ja) | 被測定物特性測定装置 | |
| RU2569039C2 (ru) | Способ неразрушающего контроля дефектов с помощью поверхностных акустических волн | |
| RU2039352C1 (ru) | Способ определения диэлектрических проницаемостей и толщин слоев многослойной среды | |
| RU2748391C1 (ru) | Устройство считывания информации с беспроводного датчика на поверхностных акустических волнах | |
| US5369997A (en) | Active doublet method for measuring small changes in physical properties | |
| RU2436050C1 (ru) | Способ определения скорости звука в жидких средах | |
| Hoppe et al. | Optimization of buffer rod geometry for ultrasonic sensors with reference path | |
| RU2354932C2 (ru) | Резонансный способ ультразвуковой толщинометрии | |
| Liu et al. | Acoustic method for obtaining the pressure reflection coefficient using a half-wave layer | |
| Nikitina | On the specifics of measuring attenuation and velocity of ultrasound in media with microstructure | |
| JP4024553B2 (ja) | 音速計測方法および音速計測装置 | |
| Kachanov et al. | The use of complex-modulated signals to increase the accuracy of measurements of the velocity of ultrasound in concrete |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200930 |