核心技术之声表面波及传感技术

 

 

 

 

 

 

声表面波测温装置基于SAW声表面传感原理，利用声表面波传感器谐振频率跟温度的相关性设计而成。装置由SAW传感器、读取天线和基于脉冲雷达原理的温度读写器三部分组成，系统原理示意图如下图所示。

声表面波测温装置可以实现无源、无线温度测量，传感器内部无电源装置或取能器件。其工作能量来源于压电陶瓷材料的压电效应和逆压电效应两个物理过程。

系统工作过程如下：

1. 温度读写器通过上位机软件控制发出定向扫频电磁能量波信号，信号通过读取天线辐射到周围空间；
2. SAW传感器接收到电磁能量信号并由传感器内部的叉指换能器转换成其内部工作的声表面波信号（逆压电效应）；
3. 声表面波沿内部压电基片传播、在反射腔内反射并产生谐振，其谐振频率与所处温度呈相关性；
4. 谐振信号再由叉指换能器转换成电磁信号（压电效应），信号通过读取天线接收并返回到读取器；
5. 读写器提取传感器返回的电磁能量波信号频率和幅值特征，并重复上述1~4步骤，最终获取传感器的频谱特性曲线，通过频谱特性曲线波形分析锁定传感器的谐振频率点，经过换算即可得到温度信息，频率-温度关系和频谱曲线如下：

                   频率-温度关系曲线                                     频谱曲线

从上述工作过程可知，跟无线通信原理不同，声表面波传感器和采集器之间传递的是电磁能量波信号，该信号没有经过调制和解调过程，不携带有信息，不涉及通信数据或者协议的安全性。