声表面波(SAW)传感器信号检测电路的设计与研究

摘要

声表面波技术(Surface Acoustic Wave Technology, SAWT)是结合声学、电子学、光学、微细工艺和半导体平面工艺所产生的一种新兴的科学技术。当前声表面波及声表面波器件的研究渗透到了声学、力学、电子学等各个学科，声表面波技术逐步在雷达、通信、电子战、导航、制导、遥控、遥测、广播、电视、石油勘探和无损检测等各个领域得到广泛的应用，本文对声表面波传感器信号检测系统进行了设计与研究，该检测系统用于对生化战剂的现场检测，解决生化战剂难以在现场快速准确检测的问题，该成果将对当前世界的反恐问题提供有效的方法。
　　SAW传感器的检测主要通过对相位、频率和幅度的变化的测量来达到对环境变化的测量。本文主要通过对SAW传感器的频率变化的检测来设计相应的信号检测电路，本文主要做了以下工作:
　　1.对SAW传感器的工作原理及其变送电路原理进行了分析与研究;
　　2.以中心频率为250MHz的SAW传感器为研究对象，采用对检测通道覆膜和参考通道未覆膜的双通道结构，设计了包括振荡电路、混频电路、整形电路、滤波电路在内的信号处理电路;
　　3.针对信号处理电路设计了相应的频率计数电路，用于对信号进行计频以确定待测气体的种类;
　　4.设计了针对SAW传感器的温度控制电路，用于对SAW传感器的温度进行稳定，以达到更高的稳定度;
　　针对中心频率为250MHz的SAW传感器，本文设计了三路混频结构，来检测三种不同气体，分别对三个SAW传感器涂不同的敏感膜来作为三路检测通道，分别与未涂膜的参考通道的SAW传感器进行混频，将得到的差频信号进行滤波，整形，并采用PID算法对温度进行控制以实现电路的稳定，最后频率计数电路实现检测信号频率的功能，并把结果送到LCD模块进行显示。目前该系统现已研制成功，交付生产。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 SAW传感器的研究背景与意义

1．3 SAW传感器的种类概述

1．3．1 声表面波气体传感器

1．3．2 声表面波压力传感器

1．3．3 声表面波加速度传感器

1．3．4 其他类型声表面波传感器

1．4 声表面波传感器的应用背景

1．5 国内外研究现状及进展

1．6 本论文研究的主要内容

2 声表面波传感器及其检测原理简介

2．1 SAW器件的原理

2．2 声表面波传感器结构

2．3 SAW器件要素

2．3．1 声表面波

2．3．2 压电基底

2．3．3 叉指换能器

2．4 SAW传感器检测原理

2．5 SAW传感器检测手段

2．6 声表面波传感器电路设计方案

3 SAW传感器信号检测电路的设计

3．1 振荡电路的设计

3．1．1 振荡电路的原理

3．1．2 SAW传感器振荡电路的设计与制作

3．2 信号变送电路模块的设计

3．2．1 混频及滤波电路

3．2．2 整形电路

3．2．3 电源管理电路

3．3 封闭气室的设计制作

3．4 声表面波频率检测电路的设计

3．4．1 频率检测的原理

3．4．2 频率计数模块的硬件设计

3．4．3 频率计数模块的软件设计

3．4．4 计频器的调试与测试

3．5 温度控制电路的设计

3．5．1 温度控制模块的硬件设计

3．5．2 控制主程序(PID算法)

3．5．3 软件部分设计

3．5．4 温控电路调试与测试

3．6 PCB板的设计与制作

4 SAW传感器信号变送电路性能测试及实验分析

4．1 SAW传感器信号检测电路性能测试及分析

4．1．1 SAW传感器信号检测电路振荡电路的测试

4．1．2 整形电路测试

4．2 SAW传感器稳定性实验

5 课题总结与展望

5．1 课题总结

5．2 课题的展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间申请的专利及获奖