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无源无线声表面波温度传感器及应用方案设计

作 者: 卢小荣
导 师: 刘文
学 校: 武汉邮电科学研究院
专 业: 通信与信息系统
关键词: 物联网 声表面波传感器 叉指换能器 旁瓣抑制
分类号: TP212.9
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 33次
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内容摘要


随着物联网概念的提出、智能电网的建设和发展,传感器和传感技术的研究也越来越受到人们的重视。声表面波技术是声学和电子学相互交融的一门新兴的边缘学科。基于声表面波原理的声表面波传感器,由于具有无源无线、抗干扰能力强、微型化等特点,使其在高温高压、易燃易爆、强电强磁、高速运动等特殊场合的应用,有着无可比拟的优势。叉指换能器是声表面波器件的核心部件,对声表面波无源无线温度传感器的研究工作主要集中于对叉指换能器性能的改善,即如何提高换能器的Q值增加储能能力、抑制频率响应的旁瓣提高传感器的可靠性等;作为影响传感器性能的重要因素之一,基片材料的选择直接关系到声表面波传感器的灵敏度、测量精度、稳定性等各项性能。针对以上情况,本论文做了以下一些相关的工作:(1)研究分析了声表面波技术和声表面波温度传感器的发展历史与现状、传感原理和在各领域应用的可能性等。(2)理论研究了声表面波温度传感器的核心部件—叉指换能器的几何结构对其工作性能的影响,仿真分析了各种加权函数对提高叉指换能器Q值和抑制频率响应旁瓣的作用。(3)在分析了压电材料的特性参数对声表面波的传播特性的影响的基础上,选取了一种Y切的石英晶体作为本论文中声表面波温度传感器的基片材料。(4)在理论研究和仿真分析的基础上,设计并制作了基于Hamming函数对叉指换能器的指长进行变迹加权的声表面波温度传感器,利用网络分析仪、温度循环试验箱等仪器测试了传感器的相关性能。(5)搭建无源无线测温硬件和软件环境,测试了所设计的声表面波温度传感器的工作性能,根据测试结果提出了传感器及其系统在电力系统温度状态检测中应用的可能。(6)无源无线温度传感器应用方案设计。结合智能电网温度状态在线监测的需要,以高压开关柜为例,给出了传感器的应用方案设计。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-12
  1.1 声表面波传感技术的研究历史与发展现状  8-9
  1.2 声表面波传感器的特点及应用  9-10
  1.3 研究意义、内容及创新点  10-12
第2章 声表面波传感技术理论基础  12-24
  2.1 叉指换能器  12-17
    2.1.1 IDT 结构及特性  12-15
    2.1.2 声反射栅  15-16
    2.1.3 单端口谐振器  16-17
  2.2 压电材料和压电效应  17-20
    2.2.1 压电效应  17-18
    2.2.2 压电材料  18-20
  2.3 声表面波传感原理  20-24
    2.3.1 压电材料中的声表面波  20-23
    2.3.2 声表面波传感器及其传感原理  23-24
第3章 声表面波温度传感器设计  24-40
  3.1 IDT 的仿真分析  24-29
    3.1.1 理论分析模型  24-26
    3.1.2 IDT 的计算机仿真  26-29
  3.2 传感器设计  29-33
    3.2.1 选择压电基片  29-31
    3.2.2 IDT 制作  31-32
    3.2.3 IDT 工艺简介  32-33
  3.3 测试结果及分析  33-40
    3.3.1 网络分析仪测试  33-35
    3.3.2 温度-频率特性试验  35-37
    3.3.3 信号测试  37
    3.3.4 误差分析  37-40
第4章 无源无线声表面波传感器应用方案设计  40-47
  4.1 物联网和智能电网  40-42
    4.1.1 物联网简介  40-41
    4.1.2 智能电网简介  41
    4.1.3 智能电网中的物联网应用  41-42
  4.2 声表面波温度传感器应用方案设计  42-47
    4.2.1 声表面波温度传感器在智能电网测温中的优势  43-44
    4.2.2 测温方案设计  44-47
第5章 总结与展望  47-49
  5.1 总结  47-48
  5.2 展望  48-49
参考文献  49-51
致谢  51-52
附录 1 攻读硕士学位期间发表的专利论文  52-53
附录 2 主要英文缩写语对照表  53

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器(变换器)、传感器 > 传感器的应用
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