[发明专利]一种无线无源声表面波应变传感器

说明书

本发明涉及一种无线无源声表面波应变传感器，包括：声表面波反射型延迟线器件、第一匹配网络、第二匹配网络、参考应变片和感知应变片；其中，声表面波反射型延迟线器件作为无线传感系统的应答器，采用双通道反射器型结构，其中参考通道通过第一匹配网络与参考应变片连接，传感通道通过第二匹配网络与感知应变片连接。本发明采用外接应变片负载式感知应变量，解决了声表面波器件由于直接应变而产生的力温耦合问题，比直接用声表面波器件测量应变更加的稳定可靠。此外，声表面波反射型延迟线器件采用双通道反射器结构通过差分的方法解决在应变测量过程中的温度干扰问题。

技术领域

本发明涉及声学技术中的一种声表面波传感器，尤其是涉及一种应用于测量应变量的无线无源声表面波传感器。

背景技术

应变传感器作为工业流程控制的关键部件，广泛应用于航天航空、石油石化、电力、机动车以及铁路等领域中。例如，直升机机翼运行的健康状况的实时监测应用。

传统的应变传感器一般基于电阻应变效应。其原理是当金属导体或者半导体受到外力作用时所产生的相应应变会导致其电阻值也会发生相应的变化。该类应变传感器应用较为普遍，但存在如下一些亟待解决的问题：电阻式应变传感器力阻灵敏度低，所以必须要采用电桥放大信号导致线路复杂；其二，电阻式应变传感器分辨力较低，动态响应较差，电阻值变化受温度影响较大；其三，该应变传感器采用电池供电的有源检测方式，难以适应于高温高压及无人值守等极端环境。因此，高灵敏度、高可靠性、稳定性且无线无源的新型应变传感器是其发展方向。

声表面波传感器以其独特优点如高精度，高灵敏度，体积小，重量轻，功耗低，具有良好的稳定性，能够快速响应，制作成本低，而且可实现无线无源测量方式，特别适合于高温高压及无人值守等极端应用环境，极具应用前景。无线无源声表面波传感技术原理是由射频收发模块(雷达)发射与声表面波传感器件同频的电磁波信号，通过天线由声表面波传感器件的叉指换能器接收并转换成沿压电晶体表面传播的声表面波，声表面波在传播过程中被反射器反射并被叉指换能器重新转换成电磁波信号，再经由天线被收发模块接收。在声表面波传播过程中如受到力、磁、温度等影响，即会直接影响声传播速度及幅度。通过解调接收信号即可获得相应传感信息。本发明即是设计一种外接负载式的新型无线无源声表面波应变传感器，以差分传感结构提升传感器温度稳定性，以外接应变片负载提取相位信号方式来改善传感器分辨率，借助于雷达信号收发模块，由此实现无线无源的应变检测方式。

发明内容

本发明的目的，是为了克服现有技术的传感器存在的上述技术问题，提供了一种无线无源声表面波应变传感器。

为了实现上述目的，本发明提供了一种无线无源声表面波应变传感器。该传感器包括：声表面波反射型延迟线器件、第一匹配网络、第二匹配网络、参考应变片和感知应变片；

其中，声表面波反射型延迟线器件通过第一匹配网络与参考应变片连接；声表面波反射型延迟线器件通过第二匹配网络与感知应变片连接。

优选的，声表面波反射型延迟线器件包括：第一吸声胶、第二吸声胶、压电晶体、叉指换能器和第一至第六双通道反射器；其中，第一吸声胶和第二吸声胶分别涂覆在压电晶体两端；叉指换能器和第一至第六双通道反射器利用半导体光刻工艺制作于压电晶体之上；第三双通道反射器通过匹配网络连接参考应变片；第六双通道反射器通过匹配网络连接感知应变片；第一至第六双通道反射器中的第一至第三双通道反射器构成参考通道；第四至第六双通道反射器构成传感通道。

优选的，第三通道反射器与叉指换能器之间的时域间隔，小于第四双通道反射器与叉指换能器之间的时域间隔；第一双通道反射器与叉指换能器之间的时域间隔为1.1～1.3μs。

优选的，第一匹配网络与第二匹配网络分别由匹配电感与匹配电容构成的LC电路组成；声表面波反射型延迟线器件通过LC电路与参考应变片连接；声表面波反射型延迟线器件通过LC电路与感知应变片连接。