[發明專利]一種用于聲表面波磁傳感器的信號采集系統

在審

• 申請號: 202010202234.X
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111257803A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 劉明;胡忠強;王志廣;周子堯;吳金根;杜泳君
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032;G01R33/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 賀小停

一種用于聲表面波磁傳感器的信號采集系統，包括第一振蕩電路、第二振蕩電路、混頻電路、放大整形電路和單片機頻率測量電路；混頻電路的第一輸入端連接第一振蕩電路，混頻電路3的第二輸入端連接第二振蕩電路；放大整形電路與混頻電路的信號輸出端IF相連接；頻率測量電路主連接放大整形電路的信號輸出端；第一振蕩電路和第二振蕩電路均用于輸出SAW傳感器測量頻率信號。本發明采用Pierce型振蕩電路，SAW傳感器易自激振蕩輸出特定頻率的正弦信號。進一步通過單一差值即測量支路信號頻率的改變可以測出磁場強度大小。精度高，檢測范圍寬，無測試盲區。

技術領域

本發明屬于信號采集系統技術領域，特別涉及一種用于聲表面波磁傳感器的信號采集系統。

背景技術

聲表面波(Surface Acoustic Wave，簡稱SAW)是沿固體表面傳播的一種彈性波。通過叉指換能器結構，聲表面波可以在壓電材料表面被激勵和檢測。將磁致伸縮薄膜(FeCo、NiFe、Metglas等)引入叉指換能器中，在外磁場作用下，磁致伸縮材料的楊氏模量發生變化，聲表面波波速也隨之改變，從而達到檢測微弱磁場的目的。已報道的高Q值SAW諧振器磁場靈敏度可達150Hz/μT以上，探測極限可達nT/Hz^1/2量級。與其它磁場傳感器相比，SAW傳感器可以直接輸出特定頻率信號，無需模數轉換，方便信息處理。同時，其具有無源、易起振、易集成、可量產等優點，在地磁導航、生物磁信號檢測、智能電網等領域具有潛在應用價值。

外界環境誘導SAW波速的變化可反映為傳感器輸出信號(頻率、相位、幅度)的變化，獲取這些信息的變化需要與之匹配的信號采集系統。將SAW傳感器直接接入矢量網絡分析儀，通過分析SAW的S參數，很容易實現檢測目的。但由于儀器功耗大、不便攜，所以該方法僅限于實驗室使用。為減小測試系統功耗和體積，可通過信號發生器與鑒相器/幅度比較器組成開環檢測系統。實現SAW傳感器相位/幅度檢測。在相位檢測法中，利用接近SAW傳感器中心頻率的信號激勵器件輸出反饋信號。鑒相器比較激勵信號與反饋信號相位，并以電壓信號的形式表征兩路信號相位差。該方法必須保證激勵信號與反饋信號頻率一致，否則雙通道相位差無法穩定。幅度檢測法(DDS檢測法)與矢量網絡分析儀檢測類似，DDS產生掃頻信號激勵SAW傳感器，幅度比較器獲取反饋信號的幅度，幅度衰減最小處對應的頻率即為傳感器諧振頻率。這種方法中，由于DDS激勵信號頻率存在波動，SAW諧振頻率的微小變化有時難以被檢出，即存在傳感信號檢測盲區。相位/幅度檢測法雖不涉及頻率測量，但由于信號發生器的輸出頻率范圍有限，使得高頻SAW器件難以起振，檢測信號的范圍有限。并且該方法電路結構復雜，不利于傳感陣列檢測，實際應用較難。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于聲表面波磁傳感器的信號采集系統，以解決上述問題。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種用于聲表面波磁傳感器的信號采集系統，包括第一振蕩電路、第二振蕩電路、混頻電路、放大整形電路和單片機頻率測量電路；混頻電路的第一輸入端連接第一振蕩電路，混頻電路3的第二輸入端連接第二振蕩電路；放大整形電路與混頻電路的信號輸出端IF相連接；頻率測量電路主連接放大整形電路的信號輸出端；第一振蕩電路和第二振蕩電路均用于輸出SAW傳感器測量頻率信號。