本文關(guān)鍵詞：基于SAW傳感器的無源無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

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【摘要】：面對開關(guān)柜內(nèi)高壓、強電磁場、空間狹小等苛刻環(huán)境,傳統(tǒng)的高壓開關(guān)柜溫度測量方法都各自存在不同的缺點。為此,本文設(shè)計了一套基于聲表面波(Surface Acoustic Wave, SAW)傳感器的無源無線溫度監(jiān)測系統(tǒng),系統(tǒng)主要由諧振型無源無線溫度傳感器和基于雷達原理工作的高頻詢問器組成。本系統(tǒng)主要設(shè)計思路為：由詢問器產(chǎn)生高頻可調(diào)信號來激勵傳感器的叉指換能器(Interdigital transducers, IDT)產(chǎn)生SAW, SAW將在傳感器的諧振腔內(nèi)發(fā)生疊加。當(dāng)激勵信號停止時,疊加后的SAW又將被IDT轉(zhuǎn)換成電信號,又通過傳感器天線輻射出來,詢問器接收并采樣該回波信號,得到此頻率下回波信號的幅值。接著,詢問器會改變激勵信號的頻率,重復(fù)以上步驟,保證溫度引起的傳感器諧振頻率變化范圍在激勵信號變化的范圍內(nèi)。由于當(dāng)激勵信號頻率與傳感器諧振頻率一致時,傳感器將發(fā)生諧振,傳感器的回波信號最強,一個掃頻周期下來,詢問器便能得到該溫度下傳感器的諧振頻率,又因為傳感器的諧振頻率與溫度有著線性關(guān)系,詢問器便可得出節(jié)點的溫度。論文的主要研究內(nèi)容以及取得成果如下：(1)通過推導(dǎo)SAW在壓電材料上的傳播方程,得到SAW的傳播特性,為各種SAW器件的制備提供依據(jù)。利用Matlab對IDT的頻率響應(yīng)、IDT的阻抗特性以及諧振器的頻率響應(yīng)進行了仿真,驗證了傳感器芯片設(shè)計的正確性。采用Smith圓圖工具設(shè)計了傳感器的阻抗匹配電路(該方法同樣適合詢問的阻抗匹配電路設(shè)計)。(2)先借助ADS2008和ADIsimPLL進行電路分析設(shè)計,然后使用EDA軟件Altium Designer進行了電路的繪制,最后使用Keil uVision4和QUARTUS Ⅱ進行程序設(shè)計,開發(fā)了高頻詢問器,詢問器能夠產(chǎn)生頻率434-436MHz,步長為16KHz的高頻正弦信號。(3)分析了系統(tǒng)干擾的來源及其對系統(tǒng)的影響,從軟硬件兩個方面提出了有效的抗干擾措施。利用示波器測試了詢問器的發(fā)射回路的性能,并借助信號源產(chǎn)生10MHz的正弦信號和Arb信號模擬傳感器的回波信號的包絡(luò)信號,測試詢問器接收回路的性能,測試結(jié)果表明：詢問器設(shè)計達到了預(yù)期效果。
【關(guān)鍵詞】：無源無線 溫度監(jiān)測 聲表面波傳感器 高頻詢問器
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM591
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 研究背景及意義11-13
• 1.2 無源無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)研究現(xiàn)狀13-18
• 1.2.1 SAW簡介14
• 1.2.2 SAW傳感器研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 高頻詢問器研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3 本文溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計思路18
• 1.4 論文主要研究內(nèi)容18-20
• 第2章 SAW溫度傳感器的研究與設(shè)計20-48
• 2.1 SAW在彈性介質(zhì)上的激發(fā)與傳播20-23
• 2.2 SAW溫度傳感器原理23-25
• 2.3 SAW傳感芯片設(shè)計基礎(chǔ)25-31
• 2.3.1 IDT設(shè)計25-26
• 2.3.2 反射柵設(shè)計26-28
• 2.3.3 反射柵與IDT的間距設(shè)計28
• 2.3.4 壓電材料的選擇28-31
• 2.4 SAW傳感芯片模擬仿真31-39
• 2.4.1 IDT頻率響應(yīng)31-34
• 2.4.2 IDT阻抗特性34-36
• 2.4.3 諧振器模擬36-39
• 2.5 SAW傳感芯片制備工藝與流程39-40
• 2.6 SAW傳感芯片性能測試方法40-42
• 2.7 傳感器阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)42-47
• 2.7.1 阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)43
• 2.7.2 阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計43-47
• 2.8 本章小結(jié)47-48
• 第3章 詢問器整體設(shè)計與應(yīng)用開發(fā)48-70
• 3.1 詢問器硬件電路設(shè)計48-66
• 3.1.1 DDS電路設(shè)計48-52
• 3.1.2 PLL電路設(shè)計52-53
• 3.1.3 射頻開關(guān)電路設(shè)計53-56
• 3.1.4 帶通濾波電路設(shè)計56-58
• 3.1.5 RF功率放大電路設(shè)計58-59
• 3.1.6 低噪聲放大器電路設(shè)計59-60
• 3.1.7 包絡(luò)檢波電路設(shè)計60-61
• 3.1.8 AD采樣電路設(shè)計61-62
• 3.1.9 高速數(shù)據(jù)緩存電路設(shè)計62-64
• 3.1.10 MCU核心板設(shè)計64-65
• 3.1.11 GSM模塊電路設(shè)計65-66
• 3.2 詢問器軟件程序設(shè)計66-69
• 3.2.1 軟件編程平臺66-67
• 3.2.2 軟件流程設(shè)計67-69
• 3.3 本章小結(jié)69-70
• 第4章 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計與電路測試70-79
• 4.1 抗干擾設(shè)計70-72
• 4.1.1 干擾的來源與形式70
• 4.1.2 干擾的影響70-71
• 4.1.3 硬件抗干擾措施71
• 4.1.4 軟件抗干擾措施71-72
• 4.2 電路測試分析72-78
• 4.2.1 DDS電路測試73-74
• 4.2.2 PLL電路測試74-75
• 4.2.3 濾波電路測試75
• 4.2.4 功率放大電路測試75-76
• 4.2.5 AD采樣模塊測試76-78
• 4.2.6 通信模塊測試78
• 4.3 本章小結(jié)78-79
• 結(jié)論與展望79-81
• 參考文獻81-85
• 致謝85-86
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間取得研究成果86-87
• 附錄B 攻讀學(xué)位期間參與的科研項目87

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本文編號：541377