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焦点技術

SAW聲外貌波技術

聲外貌波技術是六十年代末期才發展起來的一門新興科學技術,它是聲學和電子學相結合的一門邊緣學科。由于聲外貌波的傳播速度比電磁波慢十萬倍,而且在它的傳播路徑上容易取樣和進行處理,因此,用聲外貌波去模擬電子學的各種功效,能使電子器件實現超小型化和多功效化。

公司开发乐成的无源无线温度传感系统接纳了声外貌波传感技術。其传感器具有完全无源、可无线读取的优点,尤其适合电力、化工、采矿、冶金等特殊情况。该産品从声外貌波温敏器件、无线读取器到信号处置软件都具有完全自主知识产权,填补了海内空白,可替代进口同类産品。目前该産品已经通过了中国电力科学研究院的检测认证,并在电力、化工、冶炼等行业获得广泛的应用。

聲外貌波技術的特點

第一,聲外貌波具有極低的傳播速度和極短的波長,它們各自比相應的電磁波的傳播速度的波長小十萬倍。在VHF和UHF繩段內,電磁波器件的尺寸是與波長相比擬的。同理,作爲電磁器件的聲學模擬聲外貌波器件,它的尺寸也是和信號的聲波波長相比擬的。因此,在同一頻段上,聲外貌波器件的尺寸比相應電磁波器件的尺寸減小了许多,重量也隨之大爲減輕。

例如,用一公裏長的微波傳愉線所能获得的延遲,只需用傳輸路徑爲1。m的聲外貌波延遲線即可完成。這表聲外貌波技術能實現電子器件的超小型化。

第二,由于聲外貌波系沿固體外貌傳播,加上傳播速度極慢,這使得時變信號在給定瞬時可以完全呈現在晶體基片外貌上。于是當信號在器件的輸入和輸出端之間行進時,就容易對信號進行取樣和變換。這就給聲外貌波器件以極大的靈活性,使它能以很是簡單的方式去.完成其它技術難以完成或完成起來過于繁重的各種功效。

好比脈沖信號的壓縮和展寬,編碼和譯碼以及信號的相關和卷積。一個實際例子是1976年報道的一個長爲一英寸的聲外貌波卷積器,它具有使兩個任意模擬信號進行卷積的功效,而它所適應的帶寬可達100MHz,時帶寬積可達一萬。這樣一個卷積器可以取代由幾個快速傅裏葉變換(FFT)鏈作成的數字卷積器,即實際上可以取代一台專用卷積計算機。

此外,在许多情況下,聲外貌波器件的性能還遠遠超過了最好的電磁波器件所能達到的水平。好比,用聲外貌波可以作成時間-帶寬乘積大于五千的脈沖壓縮濾波器,在UHF頻段內可以作成Q 值超過五萬的諧振腔,以及可以作成帶外抑制達70dB 、頻率達1 低Hz 的帶通濾波器。

第三,由于聲外貌波器件是在單晶质料上用半導體平面工藝制作的,所以它具有很好的一致性和重複性,易于大量生産,而且當使用某些單晶质料或複合质料時,聲外貌波器件具有極高的溫度穩定性。 

第四,聲外貌波器件的抗輻射能力強,動態範圍很大,可達100dB。這是因爲它利用的是晶體外貌的彈性波而不涉及電子的遷移過程。


  • 聲外貌波是一種能量集中在外貌傳播的彈性波

  • 聲外貌波的波速約爲3000m/s
  • 聲外貌波對溫度、電流、磁場等多種物理量、化學量敏感
  • 可通過選擇合適的基片质料及切向可以制成多種類型的傳感器

通過RFID射頻識別技術,解析出傳感器的諧振頻率,即可計算出溫度


技術産品

聲外貌波傳感器的應用

 

1、聲外貌波傳感器在智能變電站中的應用

为了克服智能变电站温度检测情况庞大、非接触、精度低、成本高等的缺点,研究人员开发了一种可应用于智能变电站中的无源无线声外貌波智能温度传感器,并研究了温度传感器的检测机理以及传感器收发系统; 同时基于开发的无源无线声外貌波传感器构建了智能变电站温度检测系统。实验结果讲明: 该无源无线声外貌波温度传感器可彻底解决电缆接头、开关柜、隔离开关等电力设备测温的安装不方便、强电磁滋扰、事情情况温度高和信号传输等难题。

2、聲外貌波傳感器在電力設備中的應用

由于电力设备是事情在高电压、强负荷且恒久不停电状态下,对于测温装置的要求自然更高。运行中高压电力设备周围漫衍有强电场,其温度检测传感器必须具备无源或者自取能功效,才气保证电力设备的宁静性。另外,电力设备间要求保持特定宁静距离,故检测装置体积应尽可能小。对于种种型号的电力设备均适应安装,以及设备维护周期应尽量长,以保障电力设备恒久不停电运行。研究人员研究了射频能量收集技術在监控电力系统温度变化的可能性,同时还开发了一种基于射频能源动力的声外貌波温度传感器。该系统主要由一个双通道的阅读器和许多传感器节点组成,传感器的节点通过从阅读器输送的能量中获得能量,而传输的射频能量作为打开传感器从而制止数据冲突的叫醒信息。凭据作者的分析,射频能量收集技術是一种很是适用于电力设备的声外貌波传感器技術。

3、聲外貌波傳感器在列車中的應用

列车运行速度快导致牵引功率增大,增加了车轮与铁轨间的摩擦攻击、车轴的振动幅度和动力效应。随着列车车轴的磨损,车轴会增加发烧量,增大振动幅度,从而加速车轴缺陷的扩张,影响列车正常运行。一般通过对车轴轴温和振动的监测直观反映列车车轴的运行状况,声外貌波温度传感器是一种可以反映列车车轴状态的检测装置。一般地,声外貌波温度传感器检测系统主要由3 部门组成:声外貌波温度传感芯片、信号读写器及无线中继、后台监控系统。由于声外貌波温度传感芯片为无源无线,因此,需要特别供电。声外貌波温度传感器可以安装于需要测温的列车车轴上,准确地跟踪发烧点的温度变化。声外貌波温度传感器应用于列车的优势主要体现在: 其测温芯片可以通过天线和信号读写器进行无线通信,每个信号读写装置对应多个探测点,即插即用,便于扩大规模和系统升级; 信号读写器将温度信号处置成数字信号通过光纤传输至后台监控系统,从而实现长距离无中继传输; 后台监控器接纳时分复用或频分复用等方式同时控制1 —— 100 个信号读写器,而每个信号读写器可同时对应多个声外貌温度传感器。

4、聲外貌波傳感器及其在濕度檢測中的應用

濕度檢測在倉儲、糧食及食品防黴、溫室種植、環境監測、儀表電器、交通運輸、氣象、軍事等方面均起著越來越重要的作用。由于在常規的環境中,濕度是一個很難准確測量的參數。因此,濕度測量需要具有高靈敏度、快速響應速度高等性能。研究課題組通過對聲外貌波傳感器擾動理論模型及其質量負載效應、聲電禍合效應等響應機理進行了深入剖析,從基础上爲聲外貌波傳感器的結構設計、濕敏质料選擇提供了理論依據和參考。同時,還使用精密光刻工藝制備出了高頻聲外貌波單端諧振器作爲濕敏傳感器的基本換能元件,並開發了具有高性能的聲外貌波高頻振蕩電路及整套的檢測系統以及提出了新型的叉指電極串聯式聲外貌波傳感器結構,爲高頻聲外貌波傳感器的設計提供了新的思路,滿足了其在濕度檢測中的應用。

5、聲外貌波傳感器在複雜多變環境中的應用

恒久以来,传统的温度传感器存在许多无法克服的缺陷,不能满足实际多变的丈量需求。有课题组以YZ 切铌酸锂( LiNbO3 ) ,128°YX 切LiNbO3,ST 切石英和YX 切石英4 种差异压电敏感质料为基底,设计和制作了单端口谐振型声外貌波温度传感器。研究结果讲明: LiNbO3 声外貌波温度传感器较石英传感器具有较大的频率温度系数; 在0 — 80 ℃ 规模内,YZ 切LiNbO3,128°YX切LiNbO3 和YX 切石英较ST 切石英的温度传感器具有线性的温度频率特性; 石英声外貌波温度传感器较LiNbO3 传感器具有较大的品质因数和较强的回波信号;在相同的测试条件下,当无线传输距离小于10 cm 时,YZ切LiNbO3 温度传感器的丈量精度较高; 当距离凌驾10 cm后,YX 切石英传感器具有较高的丈量精度。该研究结果对于单端口谐振型声外貌波温度传感器的设计和制作具有普遍的意义,为制备在庞大多变情况中的声外貌波传感器提供了重要的指导作用。


为了适应未来多变的情况、快速以及智能化的生活模式,未来声外貌波传感器应向微型化、灵活化、智能化以及高精度高可靠性等偏向生长。具体的研究如: 1新型器件敏感质料的开发和制备,提高声外貌波传感器的性能及可靠性; 2增强声外貌波传感器的理论设计,为声外貌波传感器的智能化、微型化提供有力的理论指导; 3生长声外貌波传感器的集成工艺,使声外貌波传感器可与多种设备相互兼容。