声表面波式小波变换器件的研究

摘要

声表面波技术是六十年代末期才发展起来的一门新兴科学技术领域,它是声学和电子学相结合的一门边缘学科。由于声表面波的传播速度比电磁波慢十万倍,故在它的传播路径上容易取样和进行处理;用声表面波去模拟电子学的各种功能,能使电子器件实现超小型化和多功能化;同时,声表面波器件可以在甚高频和超高频波段内以十分简单的方式提供了用其它方法不易得到的信号处理功能,它还具有尺寸小、重量轻、抗辐射能力强、价格便宜、加工重复性好等优点;因此,声表面波器件发展非常迅速,被广泛的应用于电视机、手机、雷达、通讯等。小波变换的概念是由法国从事石油信号处理的工程师J.Morlet在1974年首先提出的,其理论是近年来发展成为新的数学分支。相比于Fourier变换和视窗Fourier变换,小波变换是一个时间和频率的局部变换,因而能有效的从信号中提取资讯,通过伸缩和平移等运算功能对信号进行多尺度分析,解决了Fourier变换不能解决的许多困难问题。特别适应于探测正常信号中夹杂的瞬态反常现象,并可展开其成分,从而小波变换被誉为“数学显微镜”。小波分析的应用与其理论研究紧密结合,已经使它在科技信息产业领域取得了令人瞩目的成就。小波变换在信号检测、信号处理、图像处理等方面具有广阔的应用前景,并有进一步向其它领域迅速扩散的趋势,小波变换的研究已经成为许多领域研究的热点。现在主要用计算机编程来实现小波变换,工作量大,其算法也很复杂。硬件实现信号的小波变换的研究近几年才开始。本文把声表面波技术与小波变换技术相结合制作出小波变换器件,从而使小波变换器件化,为用户使用带来方便。本文的主要内容如下:1.介绍了声表面波技术的发展状况及特点,详细论述了国内外的研究现状和声表面波器件的发展趋势。2.论述了声表面波产生的原理和叉指换能器的工作原理。叉指换能器是由沉淀在压电材料基片上形如人的手指交叉图案所构成,它可以产生声表面波。叉指换能器具有设计灵活并且容易制作,因而得到了广泛应用。3.介绍了声表面波理论和小波变换理论。分析二进小波变换实质上是一个卷积运算,从卷积运算出发,阐述小波变化器件及其工作原理。最后可得出利用声表面波器件可以实现小波变换。4.论述了叉指换能器脉冲响应与换能器几何结构的关系。阐述了指条相等重叠、均匀周期叉指换能器的脉冲响应的数学模型,从该模型出发,又详细阐述了小波式叉指换能器脉冲响应的数学模型。最后阐述了接收叉指换能器脉冲响应的数学模型。5.我们把声表面波技术与小波变换技术相结合制作出小波变换器件,从而使小波变换器件化,为用户使用带来方便。6.对该小波变换器件进行测试,其测试结果表明:用声表面波器件能实现小波变换,但该器件存在一定的误差,通过对误差产生的来源进行分析,可以减小误差。

目录

摘要

ABSTRACT

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 声表面波技术的发展状况

1.3 声表面波技术的特点

1.4 国内外研究现状和发展趋势

1.5 本文的研究内容及安排

第二章 声表面波及叉指换能器

2.1 引言

2.2 声表面波

2.3 声表面波的产生与接收原理

2.4 叉指换能器的工作原理和基本特性

2.5 本章小结

第三章 声表面波实现小波变换理论分析

3.1 引言

3.2 声表面波理论

3.3 小波变换理论

3.4 声表面波实现小波变换

3.5 二进小波特性分析

3.6 二进小波变换器件的工作原理

3.7 本章小结

第四章 小波式叉指换能器脉冲响应数学模型

4.1 引言

4.2 叉指换能器脉冲响应的数学模型

4.3 小波式叉指换能器的脉冲响应数学模型

4.4 接收叉指换能器脉冲响应的数学模型

4.5 本章小结

第五章 声表面波式小波变换器件的制作

5.1 引言

5.2 声表面波器件采用的压电材料

5.2.1 压电陶瓷材料

5.2.2 压电单晶材料

5.2.3 压电薄膜材料

5.3 声表面波制作方案及其制作

5.4 本章小结

第六章 器件测试及其误差的分析

6.1 引言

6.2 声表面波式小波变换器件的测试及结果分析

6.3 声表面波式小波变换器件的误差分析

6.3.1 信号源内阻误差分析

6.3.2 二阶效应产生误差分析

6.3.3 制作工艺误差分析

6.4 本章小结

参考文献

攻读硕士学位期间录用和发表论文

致谢