無源聲表面波傳感器的無線測試系統(tǒng)研究.pdf

1、傳感器作為現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于航空航天、工業(yè)制造和消費(fèi)電子等領(lǐng)域。聲表面波（SAW）傳感器具有高Q值、低成本、無源無線等特點(diǎn)，因此適用于高溫高壓、高速旋轉(zhuǎn)、密閉空間等十分惡劣的環(huán)境中，無線檢測溫度、應(yīng)變、扭矩、壓強(qiáng)等因素的變化情況。無線測試系統(tǒng)是無源SAW傳感器在實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)之一，并向著手持化、高速度、低功耗、遠(yuǎn)距離等方向發(fā)展。因此開展無源SAW傳感器無線測試系統(tǒng)的研究具有十分重要的意義。
　　首先，本文測

2、試分析了315 MHz和433 MHz SAW傳感器的等效電路模型和正弦穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。利用微波信號源、示波器、射頻開關(guān)等儀器搭建了SAW傳感器時(shí)域信號的測試系統(tǒng)，測試并分析了433 MHz SAW傳感器信號的時(shí)域和頻域特性，以及不同發(fā)射時(shí)間、發(fā)射頻率和發(fā)射功率等條件下傳感器的時(shí)域信號特點(diǎn)。根據(jù)傳感器信號的特點(diǎn)，本文研究了SAW傳感器新的測試方法，并利用LABVIEW虛擬儀器、微波信號源和Keithley2182納伏表搭建相關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺對該測試

3、方法進(jìn)行了原理性驗(yàn)證，結(jié)果表明該測試方法能夠準(zhǔn)確地測量SAW傳感器的諧振頻率。
　　其次，本文結(jié)合SAW傳感器的新測試方法設(shè)計(jì)了測試系統(tǒng)的總體方案，并詳細(xì)闡述了系統(tǒng)中各個(gè)模塊的硬/軟件設(shè)計(jì)、制作、測試等過程。系統(tǒng)主要包括微控制單元、發(fā)射單元、接收單元、射頻開關(guān)和天線。發(fā)射單元采用直接數(shù)字式頻率合成器和倍頻放大模塊，在SAW傳感器諧振頻率附近實(shí)現(xiàn)小步進(jìn)掃頻功能。接收單元利用低噪聲放大器、檢波器和程控直流放大器，實(shí)現(xiàn)傳感器信號的放大、

4、檢波等功能。微控制單元采用MSP430單片機(jī)，提供系統(tǒng)所需的控制信號，內(nèi)部的ADC模塊采集傳感器的包絡(luò)信號，LCD模塊顯示傳感器的諧振頻率等信息。為了方便電腦與MSP430單片機(jī)之間實(shí)時(shí)通信，利用MATLAB軟件GUI設(shè)計(jì)了測試系統(tǒng)的圖形化界面。
　　最后，利用基于MSP430單片機(jī)的無源SAW傳感器測試系統(tǒng)，對433 MHz SAW傳感器進(jìn)行有線溫度傳感測試和無線距離測試，結(jié)果表明，該系統(tǒng)發(fā)射功率為5 dBm時(shí)，可在10 mm距