声表面波气体传感器发展概况

声表面波气体传感器包括采用敏感膜和结合气相色谱两种方式.比较而言,采用敏感膜的声表面波气体传感器体积小、功耗低,但可检测的气体种类少、灵敏度低、存在交叉干扰问题;声表面波与气相色谱联用的气体分析仪灵敏度高、可检测气体种类多、很好地解决交叉干扰问题,特别适合于复杂大气背景条件下的气体成分分析.文中介绍了两类声表面波气体传感器的发展概况.     

声表面波的衰减与声表面波传感技术

首先研究声表面波器件沉各积有机薄膜时引起的表现波衰减，从理论上分析了声表面波器件性能变化问题，然后研究了采用ＳＡＷ谐振器对有机气体进行检测时，膜层引起的衰减对传感器性能的影响，目的是研究如何合理地利用表面波器件检测化学器。     

直接冷凝式声表面波气体传感器检测下限分析

声表面波气体传感器有采用选择性敏感膜进行气体吸附和气体直接冷凝在声表面波器件表面(与气相色谱系统结合)进行检测两种方式.文中首先从分层介质理论出发,分别对涂敷敏感膜和直接冷凝这两种方式下声表面波器件表面质量负载改变引起的频率变化进行理论分析,比较了两种方式在吸附同样气体条件下的灵敏度;然后计算了在500 MHz工作频率、考虑冷凝液膜轻度粘滞性时,直接冷凝方式的气体检测下限为ppb量级;最后将计算结果与实验结果进行比较并得到验证.     

DDS系统在SAW传感器中的应用

基于声表面波的传感器具有很高的灵敏度、良好的线性，有望在气体传感器中得到广泛的应用．通常情况下，测量电路是由放大器与SAW器件构成SAW振荡器、在SAW器件的表面上的扰动，如气体分子在传感器表面的沉积等因素的影响，使SAW振荡器的振荡频率发生了变化可通过测量频率的变化而求出所要的物理量。讨论了用频率直接数字合成器(DDS)构成的SAW测量电路。     

神经网络在SnO_2气敏元件浓度测量中的应用

气体传感器属于传感器技术领域,在传感器行业中占有重要的地位.然而气体传感器阵列的交叉敏感性严重影响气体传感器对混合气体的测量.基于Matlab平台的神经网络工具箱,分别构建BP神经网络和RBF(径向基)神经网络,对由涂敷不同敏感材料的声表面波振荡器组成的阵列在4种混合气体灵敏度响应数据进行定量识别研究,结果表明RBF神经网络在气体定量识别方面更具优势.     

新型驻波模式的声表面波MEMS-IDT陀螺仪

文中提出了一种新型基于驻波模式的声表面波(SAW)MEMS-IDT陀螺仪,包括一个谐振腔内驻波反节点位置分布金属点阵的两端SAW谐振器和一组平行于谐振器设置的双延迟线型SAW振荡器.SAW谐振器形成稳定的驻波,由于旋转利用分布的金属点阵产生Coriolis力并激发垂直于旋转方向的二次SAW,并与SAW延迟线上传播的SAW产生相干效应,以此改变声波速度,从而导致延迟线型振荡器的频率输出发生变化.双延迟线振荡器结构有效地降低由于外围温度等干扰的影响.单相单向换能器(SPUDT)以及梳状换能器结构用于构建SAW延迟线,以改善振荡器的频率稳定性.所研制的用于构建陀螺仪的80 MHz两端谐振器以及延迟线器件的测试结果表现出低损耗等特点.利用旋转台对所研制的SAW陀螺仪进行性能评价,在0～1 000 deg/s范围内表现出良好的灵敏度(119 Hz/(deg·s))以及线性度性能.     

便携高精度大气折射率测试仪的设计

准确测量蒸发波导的关键是对大气折射率的精确测量.根据空腔谐振器的谐振频率随充入气体介质不同而变化的原理,设计了一种由谐振腔传感器、高精度标准频率振荡器、混频器、数据处理等单元组成的便携高精度大气折射率测试仪.在开放性大气环境下,通过检测谐振传感器的谐振频率变化,得到流过谐振器气体的折射率.实验证明:该仪器的误差小于常规气象仪器测量误差,并且具有测量速度快、精度高、便于携带等优点.该设备已成功应用于大气折射率精细结构的实际测量,从而为利用蒸发波导实现舰船雷达、通信系统的超视距传播奠定了基础.     

基于声表面波谐振器和延迟线的编码型无源无线阵列传感器

提出了一种新型延迟编码式谐振声表面波无源无线传感系统。该传感单元由单端口谐振器和延迟线组成，激励信号采用间歇正弦脉冲串信号。响应为一变化的振荡波形，该信号的频率与声表面波器件固有频率相等。该传感阵列系统利用不同延迟线构成编码器不仅有谐振式无源无线传感器距离远的优点，而且，还具有延迟型大规模编码的优势。该方法提高了传感系统遥感测量的距离、灵敏度和信噪化，也为该声表面波阵列传感器的广泛应用提供了保证。     

基于声表面波原理的切削力测量智能刀具研究

切削力的测量对于监测加工过程以及获得高精度的零部件具有重要作用,为实现自适应加工提供切削状态参数。研究了一种基于声表面波原理的切削力测量智能刀具。能在切削加工中实现主切削力的实时测量,并具有无线、无源的测量优势,能够适应复杂的加工环境。建立了切削力与声表面波谐振器石英基片应变的关系模型,分析了声表面波谐振器谐振频率,得到了切削力与声表面波谐振频率偏移量的关系。实验结果表明,基于声表面波原理的切削力测量智能刀具能够实现切削力的实时测量。     

基于嵌入式传感器TSA G115的塑料模型内部温度测量系统研究

论文学习了内部温度检测的文献,分析了声表面波谐振器的工作原理,建立了基于嵌入式声表面波传感器TSA G115的谐振型无源无线实体塑料模型内部温度测量系统。该系统由传感器、信号源、混频器、放大器、收发开关、单片机等硬件模块组成;软件系统包括激励发送、回波接收、谐振分析和频率温度计算等功能。最后,对所设计软硬件系统进行了温度实验测试,结果显示了测量系统的可行性及良好的应用发展前景。     

Parylene增强型声表面波传感器及其温度响应

针对声表面波(SAW)传感器对品质因数、寿命和成本的要求,研制了Parylene增强型SAW传感器。根据金属剥离工艺要求,利用LOR剥离胶和AZ5214光刻胶双层胶旋涂工艺制作了梯形结构;在传统光学光刻条件下制作了2μm的超细叉指电极。传感器制作过程利用了MEMS工艺,不仅实现了传感器的微型化,还可以批量化生产,得到的以石英为基底的传感器谐振频率达到249.077 953 MHz。最后在传感器的表面镀制Parylene聚合物薄膜以提高基底温度灵敏度。实验对比了未增强型(未镀Parylene)和增强型SAW传感器(镀Parylene)的温度灵敏度。结果显示:未增强型SAW传感器温度灵敏度为2.048kHz/℃,Parylene增强型SAW传感器温度灵敏度为2.855kHz/℃,比前者提高了0.807kHz/℃,且镀Parylene之后谐振频率变化量与温度具有较好的线性度,线性相关系数达到0.996 15。实验证明,Parlene增强型SAW传感器的性能优于未增强的SAW传感器。     

混合气体检测中纳米多孔膜晶振传感器的应用

就混合气体中某些成份含量的定性与定量检测问题,设计了纳米多孔膜晶振传感器与神经网络相结合的智能气体检测分析系统。该系统以纳米材料多孔膜附于石英晶振之上作为感应元件,传感器对不同气体产生不同的振荡频率,表现出较好的选择性,同时亦存在交叉敏感性问题。为此采用了具有GA—BP处理算法的神经网络,通过训练建立起最佳结构,解决混合气体检测中的交叉敏感难题,进而获得比较精确的辨识输出结果。实验结果表明,这是一种可行的混合气体测试分析方法。     

采用富集方法提高气敏元件对甲醛的响应

用纳米SnO_2制作了旁热式甲醛气敏元件,测试了气敏元件对甲醛的响应,为了提高气敏元件对低浓度甲醛的响应,组装了一套富集装置.甲醛气体通过测试腔之前,先通过富集腔对其浓缩富集一段时间,然后加热活性炭使甲醛解吸出来,送入测试腔进行测试.测试了活性炭的最佳解吸温度为160 ℃.比较了富集前后气敏元件对甲醛的响应,富集前后气敏元件对20 ppm(1 ppm=10-6)甲醛的响应为分别为1.2和13.6.结果表明:富集后气敏元件对甲醛的响应明显提高.     

声表面波谐振器型无源无线温度传感器

介绍了一种新型的单端口声表面波谐振器构成的无源无线温度传感器。分析了间歇正弦信号无线激励的单端口声表面波谐振器的响应特性。该响应为幅度衰减的振荡信号，振荡的中心频率为声表面波器件固有频率。设计并构造了高效、快速、较远距离自动无线遥测温度的实验系统，实验系统验证了测量原理的正确性。     

非共振光声红外气体传感器结构参量分析

非共振光声红外气体传感器在气体检测领域有很好的应用前景。对基于MEMS红外光源的非共振光声红外气体传感器进行了一维模拟,分析了光声腔及红外吸收光路结构对传感器性能的影响;计算了吸收腔气体压强变化量与吸收腔长度及调制频率的关系,研究了光路内壁反射率、样品气室长度对样品气体红外吸收效率的影响。简化的理论分析和计算结果,可以为非共振光声红外气体传感器的结构设计提供参考。