[發(fā)明專利]一種無線無源聲表面波應變傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710329670.1
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN107014325B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發(fā)明（設計）人: 王文;王毅堅;薛蓄峰;梁勇
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01B17/04
• 分類號: G01B17/04
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所(普通合伙) 11309
• 代理人: 陳霽

本發(fā)明涉及一種無線無源聲表面波應變傳感器，包括：聲表面波反射型延遲線器件、第一匹配網絡、第二匹配網絡、參考應變片和感知應變片；其中，聲表面波反射型延遲線器件作為無線傳感系統(tǒng)的應答器，采用雙通道反射器型結構，其中參考通道通過第一匹配網絡與參考應變片連接，傳感通道通過第二匹配網絡與感知應變片連接。本發(fā)明采用外接應變片負載式感知應變量，解決了聲表面波器件由于直接應變而產生的力溫耦合問題，比直接用聲表面波器件測量應變更加的穩(wěn)定可靠。此外，聲表面波反射型延遲線器件采用雙通道反射器結構通過差分的方法解決在應變測量過程中的溫度干擾問題。

技術領域

本發(fā)明涉及聲學技術中的一種聲表面波傳感器，尤其是涉及一種應用于測量應變量的無線無源聲表面波傳感器。

背景技術

應變傳感器作為工業(yè)流程控制的關鍵部件，廣泛應用于航天航空、石油石化、電力、機動車以及鐵路等領域中。例如，直升機機翼運行的健康狀況的實時監(jiān)測應用。

傳統(tǒng)的應變傳感器一般基于電阻應變效應。其原理是當金屬導體或者半導體受到外力作用時所產生的相應應變會導致其電阻值也會發(fā)生相應的變化。該類應變傳感器應用較為普遍，但存在如下一些亟待解決的問題：電阻式應變傳感器力阻靈敏度低，所以必須要采用電橋放大信號導致線路復雜；其二，電阻式應變傳感器分辨力較低，動態(tài)響應較差，電阻值變化受溫度影響較大；其三，該應變傳感器采用電池供電的有源檢測方式，難以適應于高溫高壓及無人值守等極端環(huán)境。因此，高靈敏度、高可靠性、穩(wěn)定性且無線無源的新型應變傳感器是其發(fā)展方向。

聲表面波傳感器以其獨特優(yōu)點如高精度，高靈敏度，體積小，重量輕，功耗低，具有良好的穩(wěn)定性，能夠快速響應，制作成本低，而且可實現(xiàn)無線無源測量方式，特別適合于高溫高壓及無人值守等極端應用環(huán)境，極具應用前景。無線無源聲表面波傳感技術原理是由射頻收發(fā)模塊(雷達)發(fā)射與聲表面波傳感器件同頻的電磁波信號，通過天線由聲表面波傳感器件的叉指換能器接收并轉換成沿壓電晶體表面?zhèn)鞑サ穆暠砻娌ǎ暠砻娌ㄔ趥鞑ミ^程中被反射器反射并被叉指換能器重新轉換成電磁波信號，再經由天線被收發(fā)模塊接收。在聲表面波傳播過程中如受到力、磁、溫度等影響，即會直接影響聲傳播速度及幅度。通過解調接收信號即可獲得相應傳感信息。本發(fā)明即是設計一種外接負載式的新型無線無源聲表面波應變傳感器，以差分傳感結構提升傳感器溫度穩(wěn)定性，以外接應變片負載提取相位信號方式來改善傳感器分辨率，借助于雷達信號收發(fā)模塊，由此實現(xiàn)無線無源的應變檢測方式。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的，是為了克服現(xiàn)有技術的傳感器存在的上述技術問題，提供了一種無線無源聲表面波應變傳感器。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種無線無源聲表面波應變傳感器。該傳感器包括：聲表面波反射型延遲線器件、第一匹配網絡、第二匹配網絡、參考應變片和感知應變片；

其中，聲表面波反射型延遲線器件通過第一匹配網絡與參考應變片連接；聲表面波反射型延遲線器件通過第二匹配網絡與感知應變片連接。

優(yōu)選的，聲表面波反射型延遲線器件包括：第一吸聲膠、第二吸聲膠、壓電晶體、叉指換能器和第一至第六雙通道反射器；其中，第一吸聲膠和第二吸聲膠分別涂覆在壓電晶體兩端；叉指換能器和第一至第六雙通道反射器利用半導體光刻工藝制作于壓電晶體之上；第三雙通道反射器通過匹配網絡連接參考應變片；第六雙通道反射器通過匹配網絡連接感知應變片；第一至第六雙通道反射器中的第一至第三雙通道反射器構成參考通道；第四至第六雙通道反射器構成傳感通道。

優(yōu)選的，第三通道反射器與叉指換能器之間的時域間隔，小于第四雙通道反射器與叉指換能器之間的時域間隔；第一雙通道反射器與叉指換能器之間的時域間隔為1.1～1.3μs。

優(yōu)選的，第一匹配網絡與第二匹配網絡分別由匹配電感與匹配電容構成的LC電路組成；聲表面波反射型延遲線器件通過LC電路與參考應變片連接；聲表面波反射型延遲線器件通過LC電路與感知應變片連接。