基于六端口反射计的体声波传感器读出电路

由于体声波传感器具有灵敏度高,准数字量输出,便于集成和工作频率高等特点,使其近几年迅速发展,且因为体声波传感器具有工作频率高的特点,导致其读出电路部分复杂,不易集成,致使体声波传感器的实用性不高。为推进体声波传感器的实用化,该文提出一种基于六端口反射计的体声波传感器读出电路代替使用矢量网络分析仪的原创性设想。采用Agilent公司的射频仿真软件Advanced Design System初步验证了基于六端口反射计的体声波传感器读出电路的可行性,并给出了满足薄膜体声波谐振器的射频输出信号检测要求的六端口网络的电路设计。     

基于六端口反射计的体声波传感器读出电路

由于体声波传感器具有灵敏度高,准数字量输出,便于集成和工作频率高等特点,使其近几年迅速发展,且因为体声波传感器具有工作频率高的特点,导致其读出电路部分复杂,不易集成,致使体声波传感器的实用性不高。为推进体声波传感器的实用化,该文提出一种基于六端口反射计的体声波传感器读出电路代替使用矢量网络分析仪的原创性设想。采用Agilent公司的射频仿真软件Advanced Design System初步验证了基于六端口反射计的体声波传感器读出电路的可行性,并给出了满足薄膜体声波谐振器的射频输出信号检测要求的六端口网络的电路设计。     

一种基于薄膜体声波谐振器的高灵敏度质量传感器

介绍了一种针对于生物传感应用的薄膜体声波谐振(thin film bulk acoustic resonator,FBAR)质量传感器.薄膜体声波谐振器谐振频率非常高(能够达到几兆赫兹),同时具有较大的品质因数,基于这种器件的质量传感器具有非常高的质量灵敏度.首次提出了三对全金属的A1-W层作为布拉格声学反射层的FBAR,制备出了固态装配型的FBAR传感器.通过淀积不同厚度Al层顶电极分析了器件的质量灵敏度,仿真得到的质量传感器串联谐振频率在2.8 GHz附近,质量响应度达到5×10-4 ng/Hz//cm2,可以实现分子量级的质量传感.     

一种基于复合金属薄膜的EFPI型光纤声波传感器

采用非本征法布里-珀罗干涉(EFPI)方案,设计了一种基于铬金复合金属薄膜的声波传感器,采用基于快速傅里叶变换的相位解调方法解调光纤端面和换能薄膜之间的白光干涉,提高了相位灵敏度。实验结果表明,传感器在声波频率5~1000 Hz内,灵敏度保持在-119.98~-120.99 dB re 1 rad/μPa范围内,灵敏度变化小于1.01 dB,具有较宽的响应平坦区间;在频率150 Hz,声压0.18~5.30 Pa的范围内工作稳定,且声压和相位之间具有良好的线性关系。     

基于薄膜体声波谐振器的高灵敏度质量传感器

提出了一种针对于生物传感应用的薄膜体声波谐振(Thin film bulk acoustic resonator,FBAR)质量传感器。薄膜体声波谐振器谐振频率非常高(GHz数量级),同时具有很高的品质因数,因此基于这种器件的质量传感器具有非常高的质量灵敏度。提出了三对全金属Al-W层作为布拉格声学反射层的FBAR,采用AlN作为压电层,制备出了固态装配型FBAR传感器。通过淀积不同厚度Al层顶电极,对器件的质量灵敏度进行了分析,得到质量传感器串联谐振频率在2.8GHz附近,质量响应度达到5×10-4ng/Hz/cm2,可以实现分子量级的质量传感。     

基于微流体技术的FBAR微质量传感器

基于微机电系统(MEMS)技术的薄膜体声波谐振器(FBAR)在无线通讯领域取得了巨大的成功后,由于其具备厚度薄,体积小,与IC兼容及谐振频率和灵敏度都远高于传统的微质量传感器(如石英晶体微天平)等优势,逐渐在微生物分子检测方面崭露头角.由于微生物分子大都生存于液体环境,而纵波模式下FBAR微质量传感器在液体环境中声波损耗大,其品质因数Q值只有3.53.因此,该文在分析了纵波模式下FBAR微质量传感器在气相和液相环境中的特性后,针对液相环境中传感器Q值较低问题,设计了一种具有微通道的FBAR微质量传感器,使其Q值达到30.85,增加了近9倍,从而提升了纵波模式下FBAR微质量传感器对液体中微生物分子检测的性能.     

体声波谐振式日盲紫外光传感器研究北大核心

提出了一种并联体声波谐振器(BAWR)与Ga_(2)O_(3)基MSM紫外传感器的新型高灵敏度传感器结构,即体声波谐振式日盲紫外光传感器(BAWR-UV Sensor)。设计并制备了MSM Ga_(2)O_(3)紫外传感器和BAWR传感器,将实测的光、暗S参数在仿真软件中封装为S1P数据模型代替MSM等效电路,用MBVD模型代替BAWR等效电路,通过并联两种结构建立了BAWR-UV仿真模型;采用ADS软件仿真了BAWR核心参数对BAWR-UV传感器灵敏度的影响,研究了提高灵敏度的设计方案。仿真结果表明,在0.5~4.5 GHz频率范围内,BAWR-UV的并联Q值越大,阻抗灵敏度越高,同时阻抗灵敏度随频率降低而增大,在并联谐振频率f_(p)=0.533 GHz时获得最佳阻抗灵敏度为100 kΩ/(μW/mm^(2));频率灵敏度随频率的升高而增大,在f_(p)=4.5 GHz时获得最佳频率灵敏度为1.4 MHz/(μW/mm^(2))。最后,开展了高灵敏度日盲紫外传感器的探索。     

基于0-3型压电复合材料的声发射传感器的研制

基于0-3型PZT/P(VDF-TFE)压电复合薄膜材料研制出了面积为4.0 cm?1.2 cm的声发射传感器,利用美国精量电子公司的压电薄膜实验室放大器对其进行了断铅声发射实验测试,测试结果表明:所设计的声发射传感器对断铅信号具有较宽的频带响应及较高的灵敏度,传感器所获得的信号正峰值电压达到1.48 V,其对声波的衰减具有较好的分辨率。     

横向场激励的BT-切石英传感器研究

研究了BT-切石英横向场激励(LFE)的耦合特性、声波相速度及其传感器在液体中的敏感性能.理论计算表明,当横向场方向与晶轴x方向垂直时,b模式的LFE耦合系数达到最大值6.68%,a和c模式的LFE耦合系数为0,此时激发的声波相速度也达到最大值5 079 m/s.实验发现,器件在液体中,具有较高的机械及电特性灵敏度.结果表明,在b-模式LFE耦合系数为0的方向上,器件实际上工作在伪横向场激励模式.     

采用弱反射光纤布拉格光栅的声波方向检测

提出一种用于声波方向检测的弱反射光纤布拉格光栅(WFBG)分布式传感器,并进行了实验验证。将两个相邻WFBG间的分布式传感光纤用于检测声波振动信号。两段传感光纤解调的信号相位差对应于声波到达的时间差,再由时间差计算得到声波方向。一段长50 m的传感光纤环放置于振动液柱内,测得其平均声压灵敏度为-155.10 dB(re rad/μPa);两段50 m的传感光纤分布放置在木地板上用于接收正弦声波,探测方向的均方根误差为1.35°。理论推导和实验结果表明,这种分布式传感器能够实现对声波方向的检测,与传统基底缠绕光纤结构相比尺寸超细,有望搭载在水下无人航行器上,实现对水下发声目标的探测。     

Doppler effect-based fiber-optic sensor and its application in ultrasonic detection

Based on the Doppler effect of light wave transmission in optical fiber, Doppler effect-based fiber-optic (FOD) sensor possesses outstanding advantages in acquiring vibration/acoustic waves with high sensitivity. Furthermore, when shape of the FOD sensor was properly selected, its sensitivity was bonding direction-independent, namely non-directionality. In this paper, characteristics of the FOD sensor were investigated for the purpose of ultrasonic detection. A piezoelectric wafer was applied as an actuator to excite Lamb waves, a kind of ultrasonic wave, in an aluminum-alloy plate. Features of the ultrasonic wave signals, collected using a number of spiral FOD sensors with various inner diameters and outer diameters, were compared to investigate characteristics of FOD sensor. Amplitude curves of the FOD sensors were hereby obtained for the future applications in ultrasonic acquisition. The results demonstrated that sensitivity of the spiral FOD sensor with longer optical fiber length was higher than that with shorter fiber length.     

极端环境下声表面波压力传感器研究进展

声表面波压力传感器因具有无源无线、高精度可编码、易于多参数传感集成等优点,被广泛应用于各种极端环境下的压力测量。该文首先介绍了声表面波压力传感器的工作原理及其技术优势,然后分别介绍了声表面波压力传感器在高温和高压环境下的发展现状,并讨论了该类器件的设计难点及未来发展趋势。     

无线无源声表面波传感器的天线匹配方法

针对无源无线声表面波传感器无线信号的有效传输,提出了一种无线无源声表面波传感器的天线阻抗匹配方法。该方法根据声表面波传感器的阻抗特性,可直接进行天线设计,并使天线的输入阻抗与声表面波传感器的输出阻抗共轭匹配。实践中,利用声表面波传感器的梅森(Mason)等效电路模型,及由微带传输线和分布式电容构成的匹配网络,在传感器谐振点附近频率段内,对传感器和天线进行共轭匹配及性能优化。对比共轭匹配前、后的仿真结果可知,声表面波传感器得到了最大的功率传输。     

LiNbO/sub 3/ acoustic plate mode sensor for dilute ionic solutions

Experimental studies of ZX-LiNbO/sub 3/ acoustic plate modes as detectors for dilute electrolyte or metal ion solutions are reported which indicate a strong acousto-ionic interaction. The results show an increase in sensitivity and resolution by more than two orders of magnitude compared with previously reported acoustic wave sensors.<>     

压电机敏混凝土原理

将压电元件埋入混凝土构件中，形成敏感网络，可以无源、主动、不间断在线监测混凝土工程结构的动态特性。为了同时实现对结构静特性的监测，用相同的压电元在电激励下产生声振动，声波在结构中传播，结构的静、动态特性都将调制声传播，其他的压电元将声信号转换成电信信号输出。压电机敏混凝土技术，充分利用了压电特性。可以实现结构的在线、不间断、主动及无源监测，解决了土木工程结构监测中空间大范围分布、时效性、能耗的要求。     

新型声表面波神经性毒剂传感器的研究

研制了基于声表面波技术的神经性毒剂传感器,对沙林进行检测研究,并对敏感材料氟化超支化聚合物的合成与表征进行了报道。结果表明,所研制的新型传感器具有响应快,灵敏度高,一致性好,可重复使用等优点,对沙林的检测限可达0.08mg/m3。     

声表面波无线传感系统设计

无线和无源化的声表面波传感器适用于许多特殊场合,其测量系统的设计与基于调制解调的无线传感器相比有许多特殊性,在介绍该类型传感器的测量原理的基础上,结合时域采样的延迟线型声表面波无线传感器,分析了无级信道特征、正交相位解调、本振等要素对无线声表面波传感器测量系统的测量产生的影响,为系统设计提供了依据。     

高频声表面横波谐振器研制

声表面横波具有比瑞利波高1.6倍的波速,声表面横波谐振器具有一阶温度系数(TFC)为0,工作频率高,损耗小,耐功率能力强及振动灵敏度低等特点。该文叙述了声表面横波工作原理,研制出了频率达到1 439MHz、1 989MHz、2 491MHz的声表面横波谐振器。     

基于EMD的激光声表面波仿真分析

激光超声凭借其具有非接触、信号的信噪比高、灵敏度高、频带宽等特点,在材料的检测方面有着独特优势。本文利用有限元软件针对激光激励声表面波过程进行了数值模拟,得到了声表面波的传播特性;对实际检测信号进行了EMD去噪,得到了去噪后的重构信号,将去噪后的信号同仿真信号对比。结果证明激光超声激发的声表面波主要沿着材料表层向四周发散,其在远场区域会有小幅度的衰减,并且经过EMD去噪后的信号具有和仿真信号相同的特征,对今后激光超声的实验具有重要的参考价值。     

Properties of high sensitivity ZnO surface acoustic wave sensors on SiO2/(1 0 0) Si substrates

The properties of ZnO/SiO₂/Si surface acoustic wave (SAW) Love mode sensors were examined and optimized to achieve high mass sensitivity. SAW devices A and B, were designed and fabricated to operate at resonant frequencies around 0.7 and 1.5 GHz. The ZnO films grown by pulsed laser deposition on SiO₂/Si demonstrated c-axis growth and the fabricated devices showed guided shear horizontal surface acoustic wave (or Love mode) propagation. Acoustic phase velocity in the ZnO layer was measured in both devices A and B and theoretical and experimental evaluation of the mass sensitivity showed that the maximum sensitivity is obtained for devices with ZnO guiding layer thicknesses of 340 nm and 160 nm for devices A and B, respectively. The performance of the SAW sensors was validated by measuring the mass of a well-characterized polystyrene–polyacrylic acid diblock copolymer film. For the optimized sensors, maximum mass sensitivity values were as high as 4.309 μm²/pg for device A operating at 0.7477 GHz, and 8.643 μm²/pg for device B operating at 1.5860 GHz. The sensors demonstrated large frequency shifts per applied mass (0.1–4 MHz), excellent linearity, and extended range in the femto-gram region. The large frequency shifts indicated that these sensors have the potential to measure mass two to three orders of magnitude lower in the atto-gram range.