SAW傳感�即表�聲波傳感�,它是基于聲表面波(Surface Acoustic Wave)技�(shù)的一��(yīng)變傳感器。它能夠檢測出EPS操控與動力系�(yīng)用中的扭矩和溫度,以及TPM系統(tǒng)中的壓力和溫�。尤其適合于檢測旋轉(zhuǎn)部件或者那些接觸起來很難活很危險的部件�
1、高精度,高靈敏�。將被測量轉(zhuǎn)換成頻率�(jìn)行測量,頻率測量精度很高,有效檢測范圍線性好,抗干擾能力�(qiáng),適合于�(yuǎn)距離傳輸�
2、數(shù)字化頻率信號易于傳輸,處理,與計算機(jī)接口�
3、制作與集成電路技�(shù)兼容,易集成�,智能化,重�(fù)性和可靠性好,適于批量生�(chǎn)�
4、體積小,重量輕,功耗低,可獲得良好的熱性能和機(jī)械性能�
SAW傳感器在�(shè)計時�(yīng)注意以下因素�
1)面對一般干擾環(huán)境因��
2)面對的惡意干擾�(huán)境因��
3)人�(jī)界面接口�
4)參�(shù)的自我收斂性能�
5)內(nèi)、外各類信息、能量的交流新能��
SAW傳感器的基本原理是:利用被鍘量對sAW元件作用� 改變sAw的傳播速度,于是波長也相應(yīng)變化,�(jìn)而改變了通過延遲線的相位變化� φ=2πL/�(L為延遲線長度),破壞了振蕩器的相位平衡條件;由于IDT有一定的迎頻�,所以改變振蕩頻�,重新達(dá)到相位平衡條�� 振蕩頻率變化和SAW 傳播速度變化�(yīng)滿足下列�(guān)系:
因為延遲線上相位變化要保持不�� �
SAW傳感器由于是利用振茴頻率變化測出傳播速度的變�,所以它的靈敏度很高(百萬分之一)。同�,它同數(shù)�?jǐn)?shù)�(jù)系統(tǒng)相適�(yīng),對放大器的要求也不高�
SAW傳感器的測量方法有多�,主要有四種如下圖所示:
(a)�(wǎng)�(luò)分析儀測量頻譜變化�(b)矢量電壓表測定相位變��(C)諧振回路測定頻移,以�(d)為消除環(huán)境變�(如溫度變�)引起的誤�,采用雙通道差分方法測定頻移,測量更�(zhǔn)�、方便。在實際測量�,可根據(jù)具體條件選擇適當(dāng)?shù)姆椒ā?/FONT>
石英晶體微量天平(quartz crystal microbalance,QCM)和表面聲波器件(surface acoustic wave,SAW)。它們具有結(jié)�(gòu)簡單、體積小、成本低、響�(yīng)時間�、靈敏度高、可靠性好等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于分析化學(xué)、環(huán)境監(jiān)測以及現(xiàn)場氣體檢測等方面�
隨著微制造技�(shù)的發(fā)展,集成�、批量化生產(chǎn)的工藝的逐漸成熟,微型SAW傳感器在�(zhàn)地環(huán)境檢測方面發(fā)揮著重要作用�
QCM � SAW 都屬于壓電型傳感器,由壓電性產(chǎn)生聲波信�,通過測量聲波參數(shù)(振�、頻�、波速等)變化而獲得被分析U檢測物的信息。QCM屬于體聲波(bulk acoustic wave,BAW)一般也稱為厚度剪切模式(thickness shear mode,TSM)因聲波從石英晶體或其它壓電材料的一�?zhèn)鬟f到另一�,在晶體�(nèi)部傳播而命�。而SAW器件是聲波在晶體表面上傳�,從一位置傳遞到另一位置。在傳遞過程�,當(dāng)基片或基片上所覆蓋的特殊材料薄膜與被分析的物質(zhì)相互作用�,聲波的參數(shù)將發(fā)生變�,測量變化量即可得到被分析物的(�(zhì)量和濃度等)相關(guān)信息�
如圖1所�,安裝了SAW諧振器的石英管芯通常采用片狀不銹鋼封裝,直徑約為11mm,厚度約�2mm,重�<2gm�
對于胎壓檢測�(yīng)�,該管芯位于兩個突出部分,受上表面隔膜通過中心氣針的頂壓而變�。詢問和反向散射信號通過一個普通的鞭狀天線被廣播出��
對于扭矩檢測�(yīng)�(如圖2所示),該管芯粘貼在片狀外殼的底�,整個器件再與待測扭矩的組件相連。詢問和返回信號通過非接觸式平面耦合器向外發(fā)��
在TPMS和扭矩檢測管芯中,三個SAW諧振器產(chǎn)生兩個頻率差�,一個正比于壓力或扭�,其他的正比于溫�。這種方法能夠檢測出帶溫度�(bǔ)�?shù)膲毫团�?,也可以單獨用作溫度�(jiān)��
對于TPMS,SAW傳感器的安裝也有多種方式,可以采用粘貼式橡膠塊安裝在輪胎�,或者安裝在氣門�(橡膠和金屬材�(zhì)),或者在低壓安全胎上固定在車輪中。用戶可以調(diào)整靈敏度,以滿足從氣壓為10巴的卡車到氣壓為2巴的賽車的需�。典型精度為全標(biāo)度的1%�
�1. 石英管芯通常采用片狀不銹鋼封�,直徑約�11mm,厚度約�2mm,重�<2gm�
�2. 對于扭矩檢測,傳感器管芯粘貼在片狀管殼的底部�
對于扭矩測量(如圖3所示),傳感器與傳動軸或圓盤相�,諧振器以�45°的典型方向角檢測剪切�(yīng)變的壓力分量�
�3. 對于TPMS�(yīng)用,SAW傳感器可以通過多種方式安裝在輪胎上,扭矩傳感器與傳動軸或圓盤相連,諧振器以±45°的方向角檢測剪切�(yīng)變的壓力分量
對于50�500之間的微�(yīng)�,測量精度可以達(dá)�1%的級別。目前應(yīng)用包括EPAS�(zhuǎn)向軸、發(fā)動機(jī)flexplates、自動檔輸出軸和傳動軸�
1、高精度高靈敏度:對于傳感器�(yīng)�,高精度與高靈敏度是其基本要�。在一些應(yīng)用領(lǐng)域如角速率、溫濕度以及某些氣體傳感�,SAW傳感器的檢測精度以及靈敏度還不能� 傳統(tǒng)傳感器相�,因此需要采用一些新方法新技�(shù),改善器件性能,提高系�(tǒng)�(wěn)定性�
2、小型化/便攜式:傳感器的�(yīng)用大都不是單一的,多是與其他機(jī)械或者電子系�(tǒng)集成或者共同使�,這樣SAW傳感器系�(tǒng)必須盡可能減小體積,便攜式且低功�,滿足各� �(jī)�、車�、航載等要求,這樣才能相對于其他類型的傳感器具有更大的競爭��
3� 多功能集成化/低成本:單一功能的傳感器逐漸消失于人們的視野,主要是使用單一功能傳感器成本高,系�(tǒng)合成困難且穩(wěn)定性低。這樣多功能集成SAW傳感器就成為 人們的一個興趣熱�,結(jié)�(gòu)簡單、系�(tǒng)體積小且大大降低了系�(tǒng)成本�
4� 智能化與無線傳感�(wǎng)�(luò):許多參量的檢測條件是危險劇毒環(huán)�,有的測試對象本身就是變化的,這樣有源傳感器難以滿足這一檢測需�,而無線傳感網(wǎng)�(luò)則由于其� 源多面特點即可解決這一問題。另�,智能化是當(dāng)今信息化時代的一個顯著特�,結(jié)合自 動化控制等實�(xiàn)傳感器的智能化也是SAW傳感器的一個重要發(fā)展方��
維庫電子�,電子知識,一查百��
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