專利名稱：提高延遲線型聲表面波傳感器檢測精度的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種SAW傳感器檢測方法及系統(tǒng)，特別涉及一種提高延遲線型聲表面波傳感器檢測精度的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，由于聲表面波傳感器結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、穩(wěn)定性好、無線連接、無須電源驅(qū)動并且敏感度高，可用于多種復(fù)雜惡劣環(huán)境中，自上個世紀(jì)八十年代，美、德、日等國家廣泛開展對聲表面波無線無源傳感器的研究，在已經(jīng)發(fā)表的專利和技術(shù)文獻中，報道了采用聲表面波器件實現(xiàn)無線無源傳感器的各種方法。聲表面波傳感器采用表面聲波傳感技術(shù)，直接從射頻信號中獲取工作能量，無需集成電源驅(qū)動電路，所需能量由外界獲得，并且產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理算法和測量方法。SAff傳感器因其檢測精度較高和無線無源的優(yōu)點得到了廣泛的研究。該種傳感器可用在移動物體的許多參量如溫度、壓力、扭矩等的高精度測量，尤其是危險環(huán)境中這些參量的實時檢測。SAW傳感器的信號可采用頻率解調(diào)、時延解調(diào)和相位解調(diào)三種不同的方法。其中， 相位解調(diào)可獲得比較高的精度。但是，相位解調(diào)容易引起相位模糊問題，也就是如果一個
的相位變化不會涵蓋整個測量范圍時，一個相位就會對應(yīng)被測溫度的多個值。因此，當(dāng)使用相位求被測溫度時，很難確定被測溫度的實際值。對于相位解調(diào)問題，Jan H. Kuypers等人給出了使用相位差之差來解調(diào)被測量的變化的方法。雖然這種方法可以通過降低相位差的靈敏度來避免產(chǎn)生相位模糊問題，但是這樣卻增加了相位解調(diào)的誤差，同時計算量也會相應(yīng)的增加。X. Q. Bao等人給出了相位解調(diào)的算法，但卻沒有討論相位模糊的問題。杜鋒等人也只是提了相位解調(diào)的相位偏移問題，并未對相位模糊做出討論。因此急需一種提高延遲線型聲表面波傳感器檢測精度的方法及系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種提高延遲線型聲表面波傳感器檢測精度的方法及系統(tǒng)。本發(fā)明的目的之一是提出一種提高延遲線型聲表面波傳感器檢測精度的方法；本發(fā)明的目的之二是提出一種提高延遲線型聲表面波傳感器檢測精度的系統(tǒng)。本發(fā)明的目的之一是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的本發(fā)明提供的提高延遲線型聲表面波傳感器檢測精度的方法，包括以下步驟步驟1 確定時延和位相隨被測溫度的變化對應(yīng)關(guān)系，所述延遲線型聲表面波傳感器的時延與被測溫度T之間的關(guān)系，通過以下公式來表達ττ= ττο[1+α · (T-T0)]
其中，τ TO為初始溫度為Ttl時兩個反射柵之間的時延差，α為基底材料的溫度敏感系數(shù)，τΤ表示溫度為T時反射柵間的時延差，τ 21(|表示溫度為Ttl時反射柵之間的時延差，τ 21為溫度為T時反射柵之間的時延差；所述延遲線型聲表面波傳感器的時延和位相隨被測溫度的變化對應(yīng)關(guān)系，通過以下公式來表達
權(quán)利要求
1.提高延遲線型聲表面波傳感器檢測精度的方法及系統(tǒng)，其特征在于包括以下步驟步驟1 確定時延和位相隨被測溫度的變化對應(yīng)關(guān)系；所述延遲線型聲表面波傳感器的時延與被測溫度T之間的關(guān)系，通過以下公式來表達 其中，τ 1(|表示初始溫度為Ttl時兩個反射柵之間的時延差，α為基底材料的溫度敏感系數(shù)，τΤ表示溫度為T時反射柵間的時延差，τ ■表示溫度為Ttl時反射柵之間的時延差， τ 21表示溫度為T時反射柵之間的時延差；所述延遲線型聲表面波傳感器的時延和位相隨被測溫度的變化對應(yīng)關(guān)系，通過以下公式來表達 其中，Φ21表示溫度為T時反射柵之間的相位差，f為信號頻率，τ 210表示溫度為Ttl時反射柵之間的時延差，T0表示初始溫度，T表示被測溫度； 步驟2 建立時延差和相位差與被測溫度間的對應(yīng)關(guān)系； 所述時延差隨被測溫度變化所產(chǎn)生的變化量通過以下公式來確定 Δ T 21 = - T 210° · (T-T0)所述相位差隨被測溫度變化所產(chǎn)生的變化量通過以下公式來確定 其中，Δ τ21為時延差隨被測溫度變化所產(chǎn)生的變化量，Δ φ21為相位差隨被測溫度變化所產(chǎn)生的變化量；步驟3 確定相位差與被測溫度間的對應(yīng)關(guān)系； 所述實際被測溫度通過以下公式來計算 T = \+η · ΔΤ,其中，T1表示表示被測溫度值，Δ T表示被測溫度變化量，η表示相位變化的周期數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高延遲線型聲表面波傳感器檢測精度的方法，其特征在于所述步驟1中的初始溫度為Ttl時和被測溫度為T時的時延差通過以下公式來表達 其中，τ 21表示被測溫度為T時反射柵之間的時延差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高延遲線型聲表面波傳感器檢測精度的方法，其特征在于所述T1通過以下公式來計算
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高延遲線型聲表面波傳感器檢測精度的方法，其特征在于所述相位變化的周期數(shù)通過以下公式來計算 其中，Tx表示信號周期，[]表示取整。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高延遲線型聲表面波傳感器檢測精度的方法，其特征在于所述被測溫度變化ΔT時通過以下公式來確定 T
6.提高延遲線型聲表面波傳感器檢測精度的系統(tǒng)，其特征在于包括SAW傳感器、閱讀器，所述閱讀器用于向SAW傳感器發(fā)射射頻信號和接收回波信號，所述SAW傳感器包括基片、陣列叉指換能器和反射柵，所述SAW傳感器以壓電晶體作為傳感器的基底，所述基底上設(shè)置有至少一對并行的陣列叉指換能器，用于負(fù)責(zé)完成信號的電聲轉(zhuǎn)換和聲電轉(zhuǎn)換，每對叉指換能器包括輸入換能器和輸出換能器，所述反射柵用于反射回在基底上傳遞的聲表面波。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的提高延遲線型聲表面波傳感器檢測精度的系統(tǒng)，其特征在于所述閱讀器包括接收機、發(fā)射機和FPGA芯片，所述接收機包括接收天線、自動增益控制單元AGC和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，所述接收天線接收數(shù)字信號，依次通過自動增益控制單元 AGC、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC處理后輸入到FPGA芯片中進行信號處理，所述發(fā)射機包括發(fā)射天線和上變頻芯片，所述上變頻芯片將信號以射頻信號的方式輸出，通過發(fā)射天線發(fā)送基帶脈沖信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的提高延遲線型聲表面波傳感器檢測精度的系統(tǒng)，其特征在于所述接收機還包括ADC采樣單元、數(shù)字控制振蕩器NCO和有限長單位沖激響應(yīng)濾波器 FIR,所述ADC采樣單元進行帶通采樣實現(xiàn)一次下變頻，所述數(shù)字控制振蕩器NCO用于，產(chǎn)生兩路正交的正弦樣本信號和余弦樣本信號，所述正弦樣本信號和余弦樣本信號分別與ADC 采樣信號疊加后依次通過有限長單位沖激響應(yīng)濾波器HR和平方處理后解調(diào)輸出，所述經(jīng)過ADC采樣單元采樣后的數(shù)據(jù)在FPGA中進行二次下變頻后再進行非相干解調(diào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的提高延遲線型聲表面波傳感器檢測精度的系統(tǒng)，其特征在于所述聲表面波傳感器的基底為Π切鈮酸鋰LiNb03晶體或石英晶體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的提高延遲線型聲表面波傳感器檢測精度的系統(tǒng)，其特征在于在基底上制成叉指換能器的方法為半導(dǎo)體集成電路平面工藝，所述ADC采樣芯片采用 AD9254。
全文摘要
本發(fā)明公開了提高延遲線型聲表面波傳感器檢測精度的方法及系統(tǒng)，涉及一種SAW傳感器檢測方法及系統(tǒng)，包括以下步驟步驟1首先尋找時延和位相隨被測溫度的變化對應(yīng)關(guān)系；步驟2然后建立起時延差和相位差與被測溫度間的對應(yīng)關(guān)系；步驟3最后得到相位差與被測溫度間的對應(yīng)關(guān)系；本發(fā)明采用結(jié)合時延測量和相位測量的解調(diào)，實質(zhì)利用了相位的精確解調(diào)優(yōu)勢，解調(diào)過程計算量很小，便于在FPGA中實現(xiàn)，提高了解調(diào)精度，解決了延遲線型(SAW)波傳感器相位解調(diào)過程中相位模糊問題；利用該方法實現(xiàn)溫度檢測精度可達0.05℃，檢測范圍至少在0℃～50℃范圍，說明結(jié)合時延和相位測量進行解調(diào)的確可克服相位模糊問題。
文檔編號G01K11/22GK102313614SQ20111019749
公開日2012年1月11日 申請日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者馮文江, 劉丹平, 劉亞, 劉曉明, 印勇, 曾孝平, 汪夢柔, 胡學(xué)斌, 蔣陽 申請人:重慶大學(xué)