声表面波传感器测试电路研究

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声表面波传感器是一种新型传感器,对多种被测对象敏感,并且符合信号系统数字化、微机控制化和集成化、高精度化的发展趋势,有着广阔的应用前景,但现有的测试手段无法体现其传感优势。论文根据延迟线型和谐振器型两种声表面波传感器的结构特点研究了有源传感器和无源传感器两种测试电路,旨在实现在线测量。论文阐述了与声表面波传感器测试电路有关的理论,包括:延迟线型声表面波传感器结构、特性以及测量方法;谐振器型声表面波传感器结构和回波特性;直接式数字频率合成器(DDS)原理和谐波分析;锁相环(PLL)电路结构;混频器原理和混频器干扰来源;阻抗匹配理论和史密斯圆图。针对延迟线型声表面波传感器的结构特点,论文研究了相位差和幅频特性两种有源传感器测试电路。芯片AD8302可以同时把两路信号的相位差和幅频特性转换为模拟电压输出,使得该测试电路可以集成到一起。信号源采用DDS加PLL结构,能够实现固定频率和扫频输出。DDS采用芯片AD9850实现,PLL采用芯片LTC6946实现。设计滤波器对DDS和PLL输出信号进行了滤波处理。用测试电路对延线型声表面波传感器进行了测量,测量结果与网络分析仪测量结果相吻合。针对谐振器型声表面波传感器的结构特点,论文研究了无源传感器测试电路,包括:发射电路、接收电路以及收发隔离电路。发射电路通过DDS和PLL上混频产生载波信号,经射频开关调制后,由天线发射出去。传感器将返回一个回波信号,该信号中包含传感信息。由接收电路对回波信号进行放大、下变频处理得到传感信息。射频开关实现收发隔离和发射信号调制。天线的转换效率直接关系到无源传感器测试电路的性能,采用ADS软件作为仿真工具,网络分析仪作为测量工具,论文对天线进行阻抗匹配。测试电路对谐振器型声表面波温度传感器进行测量,测量结果证明了测试电路的有效性。论文最后对主要研究工作进行了总结和归纳,针对不足之处进行了展望。
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