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声表面波气体传感器电路优化设计

作　者: 杨桃均
导　师: 杜晓松
学　校: 电子科技大学
专　业: 电子信息材料与元器件
关键词: 声表面波 气体传感器 SAW振荡器 频率跳变 测试盲区 预偏置
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 232次
引　用: 4次
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内容摘要


声表面波（SAW）气体传感器作为一种新型传感器,由于其独特的优势已经引起了人们的关注。而其检测电路直接关系到传感检测的精度和稳定度,对其进行优化设计的研究有着极其重要的意义。本论文介绍了SAW传感器件的结构、原理和SAW传感检测的原理,并且对目前已经出现的各种SAW传感检测电路进行了分析。在此基础上,本文选用了中心频率为433.92MHz的单端谐振型SAW器件,根据频率检测和相位检测两种方法分别设计了SAW气体传感器检测电路。由于环境温度对SAW传感器性能影响显著,所以本论文在两种检测方法中都采用两路SAW信号,一路为参考信号,另一路为测量信号,这样可以补偿环境温度的影响。在频率检测方法中,两路信号被送入混频器SA602A,然后采用SS7200频率计数器直接得到反应敏感薄膜气敏特性的频率信号。本论文分析了如何解决SAW振荡器的停振问题以及混频检测下的测试盲区等问题,而且提出了一种预偏置技术以避免该检测方法中存在的频率跳变问题。在相位检测方法中,两路信号由鉴相器AD8302求出相位差,然后采用UP8035数字面板表读取该相位差相应的电压值,达到气敏特性检测功能。本论文还仔细分析了在该检测方法中如何确定检测的动态范围。由于电路的稳定性在很大程度决定了传感器的探测极限,本论文分别对设计电路进行了稳定性的测试。SAW振荡器的稳定度约为8×10-8/s,达到国内文献所报道的水平(10-8量级)。频率检测电路的频率稳定度约为7×10-6/s。相位检测电路在12小时内的电压漂移不超过2mV（0.2°）。本论文在SAW传感器件上旋涂不同的敏感薄膜以吸附相应气体来验证了所设计检测电路的精确性。测试结果表明,频率检测电路的精度在30Hz左右,其灵敏度和线性度方面都要优于相位检测电路。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-15
  1.1 SAW 气体传感器发展概况  10-12
  1.2 SAW 气体传感器的特点  12-13
  1.3 课题的提出  13-14
  1.4 论文主要内容  14-15
第二章 SAW 气体传感器的原理  15-24
  2.1 SAW 器件的原理  15
  2.2 SAW 器件的结构  15-20
    2.2.1 压电基底  16-17
    2.2.2 叉指电极  17-19
    2.2.3 声表面波  19-20
  2.3 SAW 气体传感器的检测原理  20-21
  2.4 SAW 气体传感器的检测手段  21-23
  2.5 本章小结  23-24
第三章 SAW 气体传感器检测电路优化设计  24-47
  3.1 检测电路的总体构建  24-26
    3.1.1 传感器件的选择  24-26
    3.1.2 检测手段的选择  26
  3.2 频率检测电路中存在的问题  26-31
    3.2.1 振荡器停振  26-27
    3.2.2 频率跳变  27-30
    3.2.3 测试盲区  30-31
  3.3 频率检测电路的优化设计  31-40
    3.3.1 振荡电路  32-35
    3.3.2 混频电路  35-39
    3.3.3 数据采集  39
    3.3.4 电源管理  39-40
  3.4 相位检测电路中存在的问题  40-41
  3.5 相位检测电路的优化设计  41-44
  3.6 PCB 的制作  44-46
  3.7 本章小结  46-47
第四章 电路调试与系统测试  47-60
  4.1 电路调试  47-50
  4.2 电路稳定性测试  50-52
  4.3 SAW 气体传感器检测电路测试  52-59
    4.3.1 两种检测电路的对比  52-54
    4.3.2 基于频率检测电路的SAW 传感器气敏特性测试  54-59
      4.3.2.1 频率跳变下的相应测试  55-57
      4.3.2.2 重复性实验  57
      4.3.2.3 不同敏感薄膜的不同浓度测试  57-59
  4.4 本章小结  59-60
第五章 课题总结与展望  60-61
  5.1 课题的总结  60
  5.2 课题的展望  60-61
致谢  61-62
参考文献  62-65
攻读硕士学位期间的研究成果  65-66
附录一 谐振器型单端 SAW 传感器频率检测电路原理图  66-67
附录二 谐振器型单端 SAW 传感器相位检测电路原理图  67-68

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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
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