1、無源無線傳感器技術(shù)是現(xiàn)代傳感技術(shù)的重要研究內(nèi)容之一。在易燃、易爆、高溫、低溫、高電壓、強(qiáng)電磁場、強(qiáng)加速度、運(yùn)動物體內(nèi)部和許多其它傳感器無法應(yīng)用的特殊場合，聲表面波無源無線傳感器，具有其它傳感器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。它不僅能構(gòu)成多參量傳感器和陣列傳感器，而且還可同時(shí)實(shí)現(xiàn)編碼器的功能，應(yīng)用于目標(biāo)識別、商品防偽和智能交通系統(tǒng)中，因此，研究無源無線傳感器具有十分重要的學(xué)術(shù)意義和廣泛的工程應(yīng)用前景。 對無源無線傳感器的已有的研究工作主要集中在對

2、延遲型聲表面波傳感器和目標(biāo)識別器的原理和應(yīng)用方面。由于延遲型器件的Q值較低，蓄能性能較差，用作無線查詢的無源傳感器，無線遙測距離短，限制了這類型傳感器的應(yīng)用。本文針對這一問題，以諧振器型和諧振延遲型無源無線聲表面波傳感器為研究對象，對傳感原理、信號處理方法和儀器系統(tǒng)的構(gòu)成實(shí)現(xiàn)，從理論和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面進(jìn)行了深入研究，取得了有價(jià)值的結(jié)果。 本論文主要研究工作如下：1.提出了一種諧振延遲型無源無線聲表面波傳感器，它兼有延遲線和諧振型

3、聲表面波傳感器的優(yōu)勢，能夠在較遠(yuǎn)的距離實(shí)現(xiàn)編碼和傳感的功能，從而避免了延遲線型和諧振型聲表面波傳感器各自的不足，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。推導(dǎo)了諧振延遲線型無源無線聲表面波傳感器對激勵(lì)信號的響應(yīng)特性，建立了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。進(jìn)行了溫度實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了理論分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。 2.推導(dǎo)了單端口聲表面波諧振器的沖激響應(yīng)特性和對間歇正弦激勵(lì)信號的響應(yīng)。并對推導(dǎo)進(jìn)行了仿真和物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比。分析了諧振器的結(jié)構(gòu)和各部分的工作原理，以及諧振器的等效電

4、路和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性。 3.按照軟件無線電的思路，采用虛擬儀器技術(shù)，應(yīng)用個(gè)人計(jì)算機(jī)作儀器平臺，使用盡可能少的硬件、更通用的電路結(jié)構(gòu)和模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了無源無線聲表面波傳感器儀器系統(tǒng)。它能作為諧振型傳感器的無線收發(fā)系統(tǒng)，也可實(shí)現(xiàn)諧振編碼型的無線收發(fā)系統(tǒng)。在該虛擬儀器系統(tǒng)中，完全由軟件產(chǎn)生的DDS(直接數(shù)字合成)信號，實(shí)現(xiàn)高分辨率的、小步長、寬范圍信號頻率調(diào)節(jié)，進(jìn)行傳感查詢。儀器系統(tǒng)自動捕捉傳感器的工作頻帶，跟蹤傳感器的諧振頻率。解決了收

5、發(fā)開關(guān)泄漏對接收信號的非線性影響。在信號處理中，采用自適應(yīng)信號預(yù)處理，防止頻譜混疊，從而有效提高接收信號的信噪比。對短小天線進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試，分析了匹配網(wǎng)絡(luò)的影響。對于標(biāo)準(zhǔn)的偶極子天線實(shí)現(xiàn)了10米以上的測量距離，而15厘米的小天線也達(dá)到了4米以上的測量距離。 4.分析了無源無線聲表面波傳感器信號和各種主要噪聲的特點(diǎn)，針對傳感器無線回波信號強(qiáng)度非常微弱，采取了抑制噪聲和改進(jìn)信噪比的相應(yīng)措施，提出了一種新的提高信噪比的回波中心頻率的自

6、適應(yīng)檢測和估計(jì)方法。該方法已經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 5.提出了利用聲表面波器件將電磁能提供給傳感器和電路工作的“自供電”的概念及一種電磁能聚集、儲存的聲表面波自供電工作原理和結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出一種電磁自供能系統(tǒng)。還根據(jù)正逆壓電效應(yīng)，介紹了機(jī)械能自供電的原理，并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。分析了采用自供電系統(tǒng)對傳感器性能的改善，指出采用自供電系統(tǒng)將大大提高傳感器的傳感距離，從而擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域。此外，針對石英材料與其它結(jié)構(gòu)連接時(shí)存在的熱應(yīng)力，介紹了

7、一種一體化微機(jī)械加工石英的方法，該方法能得到高的寬高比微型立體結(jié)構(gòu)，徹底消除熱應(yīng)力。該方法也為在石英材料上構(gòu)造各種微傳感器提供了一種手段。 6.分析了在各向同性介質(zhì)和各向異性壓電介質(zhì)中聲表面波方程，從而求得瑞利波的質(zhì)點(diǎn)位移和傳播速度。建立了叉指換能器的δ函數(shù)聲輻射模型，分析了它的工作原理及特點(diǎn)。建立了它的交叉場和共線場等效電路模型，根據(jù)此模型分析了叉指換能器的網(wǎng)絡(luò)方程、輸入導(dǎo)納和輻射特性。對聲表面波器件的設(shè)計(jì)和加工工藝特點(diǎn)進(jìn)行了

8、研究。 7.分析了壓力、振動、質(zhì)量負(fù)載及電參量等多種參量在實(shí)際應(yīng)用中對無源無線聲表面波溫度傳感器系統(tǒng)的影響，提出了減小或消除這些參數(shù)影響的措施。對無源無線聲表面波陣列傳感器進(jìn)行研究。分析了頻分復(fù)用和編碼式傳感器陣列原理，構(gòu)造了陣列傳感器的結(jié)構(gòu)。 8.在模塊化、通用化無源無線聲表面波傳感器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上成功研制了NI6115和NI5102兩種數(shù)據(jù)采集模塊的虛擬儀器系統(tǒng)。用兩種虛擬儀器系統(tǒng)進(jìn)行原理研究和溫度傳感實(shí)驗(yàn)分析。分