论文部分内容阅读
磁电声表面波(MESAW)传感器以其巨大的实用价值越来越受到人们的重视,在科研、生产、军事等领域将会发挥越来越重要的作用。磁电声表面波传感器通过磁敏感薄膜(或衬底)改变SAW的谐振频率,具有灵敏度高、体积小、易批量生产等优点。本论文主要开展了以下三方面的工作:首先,设计并制作了一种单端口谐振型的磁电声表面波传感器。该传感器主要由四部分组成,分别是声表面波谐振器、绝缘层、磁敏感层和保护层,其中磁敏感层采用具有巨杨氏模量效应的FeCoSiB薄膜。通过优化FeCoSiB/SiO2薄膜的软磁性能与厚度,成功使磁敏传感器的灵敏度(△f/H)提升了2个数量级,达到41900 Hz/Oe(419 Hz/μT),最终制得的磁电声表面波传感器的谐振频率为289.37 MHz,Q值为1205.71。其次,设计了一种具有高速、高精度、低功耗特性,适应阵列化传感器需求的信号检测系统用于检测MESAW传感器的谐振频率。该系统由五部分组成:起振电路、滤波器、分频部分、整形器和数据处理部分。系统包含两支信号通路:测量通路与参考通路,这两支信号通路中除起振电路中的SAW传感器外,其余各部分均相同。最终通过数据处理部分得到两通路的信号频率差值以获得外界磁场强度。为了降低系统功耗,减小系统复杂度,分频部分与整形器均采用可休眠的集成芯片。在频率测量方面,本文采用时差同步测量法。该方法将频率测量与时间测量相结合,速度比等精度频率测量法至少提高2个数量级,精确度提高3个数量级(δ的数量级为10-11)。最后,通过ADS等EDA软件,成功进行了系统硬件电路的设计与PCB电路制作,经过各器件参数调整,实现了设计的各项功能。同时,基于FPGA技术,通过Verilog HDL语言以及Vivado?软件编写了频率测量模块的相关代码及构建其内部子模块的连接以实现频率的测量。