[發(fā)明專利]基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110247482.7
• 申請(qǐng)日: 2011-08-24
• 公開（公告）號(hào): CN102305827A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳智軍;夏前亮;盧旭;陳濤;黃鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N29/036
• 分類號(hào): G01N29/036
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及一種樂甫波傳感器，尤其涉及一種基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測(cè)試系統(tǒng)及其測(cè)試方法，屬于新型傳感器領(lǐng)域。

背景技術(shù)

諧振是系統(tǒng)的一種特性，在諧振頻率點(diǎn)上，系統(tǒng)以最低的損耗維持輸入能量，系統(tǒng)響應(yīng)得到顯著增強(qiáng)。諧振式傳感器基于被測(cè)物理、化學(xué)參量對(duì)諧振器的諧振特性參數(shù)進(jìn)行調(diào)制，通過測(cè)量諧振器的諧振參數(shù)變化來實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)對(duì)象的檢測(cè)。

聲波傳感器是一種新型諧振式傳感器。聲波傳感器以壓電材料作為敏感器件，利用壓電效應(yīng)，通過換能器在壓電基片上激發(fā)出彈性波，主要根據(jù)聲波的諧振頻率隨被測(cè)對(duì)象變化來實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能。通常來說，聲波傳感器可分為聲表面波傳感器、蘭姆波傳感器、樂甫波傳感器三種類型。其中，樂甫波傳感器最適于液相檢測(cè)，同時(shí)也適合氣體檢測(cè)。

迄今為止，樂甫波傳感器的實(shí)用化程度還不是很高，大部分的研究尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，主要的測(cè)量?jī)x器為網(wǎng)絡(luò)分析儀。如果設(shè)計(jì)出的傳感器測(cè)試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析儀的掃頻功能，可使樂甫波傳感器突破實(shí)驗(yàn)室使用局限，實(shí)現(xiàn)工業(yè)在線應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測(cè)試系統(tǒng)及其測(cè)試方法，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析儀的掃頻功能，使樂甫波傳感器突破實(shí)驗(yàn)室使用局限，實(shí)現(xiàn)工業(yè)在線應(yīng)用。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

一種基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測(cè)試系統(tǒng)，包括信號(hào)源模塊、樂甫波傳感器、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)采集模塊、微控制器模塊、顯示模塊；其中：信號(hào)源模塊的輸出端分別連接樂甫波傳感器的輸入端和信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的第一輸入端，樂甫波傳感器的輸出端連接信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的第二輸入端，信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接信號(hào)采集模塊的輸入端，信號(hào)采集模塊的輸出端連接微控制器模塊的輸入端，微控制器模塊的輸出端連接信號(hào)源模塊的輸入端和顯示模塊的輸入端。

進(jìn)一步的，本發(fā)明的基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測(cè)試系統(tǒng)，所述樂甫波傳感器包括壓電基片、輸入叉指換能器、輸出叉指換能器、非壓電薄膜，其中輸入叉指換能器和輸出叉指換能器沉積在壓電基片表面上，分左右兩側(cè)對(duì)稱排布，非壓電薄膜濺射或旋涂在壓電基片表面并且覆蓋輸入叉指換能器和輸出叉指換能器。

進(jìn)一步的，本發(fā)明的基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測(cè)試系統(tǒng)，所述信號(hào)源模塊采用美國(guó)ADI公司的AD9912芯片。

進(jìn)一步的，本發(fā)明的基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測(cè)試系統(tǒng)，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊采用美國(guó)ADI公司的AD8302芯片。

進(jìn)一步的，本發(fā)明的基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測(cè)試系統(tǒng)，所述信號(hào)采集模塊采用微處理器內(nèi)部集成的A/D轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步的，本發(fā)明的基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測(cè)試系統(tǒng)，所述微控制器模塊采用基于ARM內(nèi)核的STM32。

本發(fā)明還提供一種基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試方法，包括如下步驟：

步驟A，當(dāng)樂甫波傳感器處于參考狀態(tài)，即不負(fù)載被測(cè)對(duì)象時(shí)，采用微控制器模塊控制信號(hào)源以一定頻率間隔掃頻輸出激勵(lì)信號(hào)；其中，掃頻范圍以樂甫波傳感器的理論諧振頻率為中心，所述頻率的上下限以樂甫波傳感器的參數(shù)及被測(cè)對(duì)象來確定；

步驟B，將步驟A所述的激勵(lì)信號(hào)傳輸至樂甫波傳感器后輸出響應(yīng)信號(hào)；?

步驟C，將步驟A所述激勵(lì)信號(hào)與步驟B所述響應(yīng)信號(hào)的幅值比轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)，然后通過A/D轉(zhuǎn)換將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再送入微控制器模塊；

步驟D，?重復(fù)步驟B至步驟C，直至獲得關(guān)于掃頻范圍內(nèi)所有頻率點(diǎn)的樂甫波傳感器輸入激勵(lì)信號(hào)與輸出響應(yīng)信號(hào)的幅值比的數(shù)字信號(hào)，然后采用微控制器模塊對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，獲得樂甫波傳感器的幅頻特性曲線，并得到樂甫波傳感器處于參考狀態(tài)時(shí)的諧振頻率；

步驟E，當(dāng)樂甫波傳感器處于測(cè)量狀態(tài)，即負(fù)載被測(cè)對(duì)象時(shí)，重復(fù)步驟A至步驟D，得到樂甫波傳感器處于測(cè)量狀態(tài)時(shí)的諧振頻率，并與參考狀態(tài)時(shí)的諧振頻率相比較獲得諧振頻率的偏移；

步驟F，通過步驟E得到的諧振頻率偏移獲得被測(cè)對(duì)象的相應(yīng)特征參數(shù)，通過顯示模塊顯示出被測(cè)對(duì)象的特征參數(shù)以提供給用戶。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

1.?與聲表面波傳感器和蘭姆波傳感器相比，樂甫波傳感器最適于液相檢測(cè)，同時(shí)也適合氣體檢測(cè)。

2.?本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析儀的掃頻功能，從而使樂甫波傳感器突破實(shí)驗(yàn)室使用局限，實(shí)現(xiàn)工業(yè)在線應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)模塊框圖。

圖2是本發(fā)明的樂甫波傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的測(cè)試電路模塊框圖。