基于谐振型无源SAW传感器的制造系统 热监测通信特性实验研究

为研究声表面波SAW(Surface Acoustic Wave)传感器在制造系统中的通信特性,基于SAW技术,应用单端口谐振器,构建了制造系统中常见的两种情形,金属环境和旋转结构的温度测量装置。首先,分析了谐振型无源SAW传感器的温度测量原理,使用功率指标表示信号强度,以接收功率的对数来表达;其次,使用CST NWS仿真软件进行了金属板对无线信号通信特性影响的仿真实验,基于上述仿真模型在实际环境中使用金属板来验证仿真结果;最后,使用模拟主轴进行了旋转条件下的传输特性实验。实验结果表明,为保持SAW传感器的测量和数据传输性能,在制造系统中SAW传感器的最佳位置应考虑天线角度、方向、主轴转速、金属板位置和质询器天线与SAW传感器天线间隔距离等因素。研究结果将指导制造系统监测中SAW传感器的应用,并提供SAW传感器性能优化的理论依据。     

声表面波阵列传感器研究进展

声表面波(SAW)阵列传感器具有许多独特的优点,目前已成为检测化学毒剂的重要手段之一:近年来,随着以SAW阵列传感器为主要技术的电子鼻的发展,使得SAW阵列传感器在食品检测、环境治理等领域得到了广泛应用.对SAW阵列传感器的发展及其应用进行了综述.     

基于RSS室内定位中极化敏感圆形阵列研究

针对当前DOA估计中基站布设复杂和阵元间距受限的问题,提出了一种极化敏感圆形阵列单基站定位方法。通过对圆形天线阵列布设进行分析,根据信道传播模型得到阵列接收信号,进而利用深度学习模型实现定位。在考虑电磁波极化特性的基础上,经过对圆形天线的数目以及基站的规模大小进行分析研究,最后给出一种比较理想的基站布设方式。仿真结果表明,上述圆形阵列定位模型实现了较为精确定位,对阵元间距降低了要求,增强了可行性和实用性。     

一种声表面波无线传感器的小型化微带天线

声表面波(SAW)无源无线传感器常用于检测复杂环境下的物理参数。本文针对SAW无线无源传感器天线对低轮廓、小尺寸天线的要求,同时采用短路加载技术和贴片开槽技术,设计了一款小型化的低轮廓微带天线,天线贴片尺寸仅为21.4*21.3mm2,高度仅1mm。测试结果表明,天线,在小型化、低轮廓与增益之间取得良好折中。利用制作的天线,实现了SAW无源无线传感器的检测。     

声表面波技术在化学战剂检测中的研究及发展

该文通过对目前世界各国SAW技术检测化学战剂研究发展状况的回顾,系统介绍了SAW传感器中膜材料的选择、灵敏度和温湿度、干扰气体、气体流速等因素对检测的影响,以及阵列式SAW传感器的检测方法,尤其是联合化学战剂检测器JCAD在化学战剂检测中的实际应用,并对今后声表面波技术检测化学战剂的研究发展前景提出了初步看法.     

基于声表面波传感器阵列的气体鉴别算法研究

声表面波(SAW)传感器阵列具有体积小、功耗低、反应灵敏等优点,在食品检测、环境治理、气体鉴别等领域有广泛的应用前景。结合声表面波传感器阵列的原理及特点,建立和优化了声表面波传感器阵列的数学模型,并对数据进行预处理、主成分分析（PCA）以及BP神经网络分析处理,实现了对气体的鉴别分类,取得了好的实验结果。     

电磁矢量传感器EVS对MIMO多天线系统影响研究

为提高多输入多输出(MIMO)无线通信系统的性能,建立了基于标量传感器的均匀矩形天线阵列(URA),并将电磁矢量传感器信号处理方式与MIMO信号处理方式有机结合,建立了基于电磁矢量传感器的天线阵列。推导了各天线阵列的空间衰落相关性公式,分析了方位角和仰角的平均到达及角度扩展等参数变化对于相关性的影响。确立了MIMO系统发射和接收两端的相关性协方差矩阵,分析了不同天线阵列的信道容量大小。通过仿真模拟,证明了电磁矢量传感器阵列具有优异的性能和良好的应用前景。     

配电变压器油温油位一体化无源无线监测系统

针对配电变压器油位和油温监测方法(或手段)缺乏这一现状,提出了基于声表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)无源无线传感技术的配电变压器油位和油温一体化监测方法。系统通过SAW传感技术的无源无线特性保证了传感器安装后设备免维护以及足够的电气安全。为保证传感器温度监测工作的可靠性,设计了差动结构传感器,并采用有限元/边界元方法优化了传感器温度敏感特性;创新地性采用磁控开关切换天线连接,以低成本实现了变压器油位状态的少油报警监视;通过设计新型环形平面倒F抗金属天线,实现了温度监测传感器和变压器原有油位计的一体化设计;实现了基于声表面波技术的配电变压器油温、油位在线监测系统。通过实验室以及现场实际测试,证实该系统能够实时、准确地测量变压器油顶层温度变化以及油位、温升和温升速率等监测量。     

声表面波压力传感器温度误差及补偿方法研究

要提高声表面波压力传感器的测量精确度，温度补偿是主要难题。尽管目前有许多补偿方法，但其效果不佳。采用软件方法进行温度补偿的研究在国内外已成热点，但选用神经网络对SAW压力传感器进行温度补偿尚罕见报道。本文以CSF-10型SAW压力传感器为研究对象，通过理论分析和实验，得到了SAW压力传感器的温度特性曲线，又经现场实际操作，BP神经网络对SAW压力传感器温度补偿的效果良好，充分表明了应用神经网络在提高声表面波测量精度方面是行之有效的方法。     

声表面波压力传感器的温度补偿

基于声表面波传感器(SAW)理论基础,研究了SAW压力传感器的输入-输出特性。并对影响其性能的主要因素———温度进行了理论和实验分析,得到了SAW压力传感器的温度特性曲线。在非线性补偿方法的基础上,采用反向传播(BP)神经网络对其进行温度补偿,达到了减小误差、提高测量准确度的目的。     

结合金属膜的YZ-LiNbO3压电基片上声表面波陀螺效应分析

在声表面波陀螺效应作用过程中,由于哥氏力的作用比较微弱,导致现有的声表面波陀螺仪的检测灵敏度极低。为了改善哥氏力作用,在声表面波传播路径上分布金属点阵以增加质量负载,将有可能获得良好的灵敏度性能。本文结合研究层状介质中声波传输特性的方法对YZ-LiNbO3压电基片上的金属膜层对陀螺效应的影响做了理论计算。对比分析有无金属膜层的压电基片中陀螺效应的大小,以及不同金属材料对陀螺效应的影响作用,验证了用布置重金属点阵的方法来提高行波模式声表面波陀螺仪检测灵敏度的可行性,从而为高性能行波模式声表面波陀螺仪的研制奠定理论基础。     

Solvation,transduction and independent component analysis for pattern recognition in SAW electronic nose

This paper revisits the fundamental basis for signal generation in polymer coated SAW vapor sensors and applies the independent component analysis (ICA) for feature extraction from the SAW sensor array data to explore whether the independent components could represent analyte-specific solvation parameters and whether they could form the feature vector for reliable pattern classification. Thermodynamic partitioning of analytes between vapor and polymer phases is treated as independent contributions from different solvation mechanisms, each associated with characteristic ‘environment swap’ energy. The overall equilibrium partition coefficient of an analyte is modeled as product of partial partition coefficients associated with different solvation mechanisms. The polymer films on SAW devices are treated to be acoustically thin. The theory of signal generation accounts for effects from both the mass as well as the viscoelastic loadings. It explains the signal amplification factor due to viscoelastic effects, and models the sensor signal to be proportional to the equilibrium partition coefficient. Thus, the logarithmic signal becomes a linear combination of the partial free energies associated with various solvation mechanisms. A linear-solvation-energy relationship (LSER) like factorization is assumed for the partial free energies where the latter are expressed as product of analyte and complimentary polymer associated solvation parameters. The problem of sensor array signal analysis is then treated as a blind source separation problem with the analyte solvation parameters being the independent sources, the polymer solvation parameters being the mixing weights and the log(signals) being the measured variables. The FastICA algorithm with Gram-Schmidt orthogonalization is applied to determine independent components. The principal component analysis (PCA) is done as pre-processing step for ICA. An experimental SAW sensor array data available in the literature [Rose-Pehrsson et al., Anal. Chem. 60 (1988) 2801–2811] is used to seek validation for our approach, and to examine the role of ICA in SAW sensor array signal processing. In brief, the paper establishes a direct relationship between the independent components and the analyte solvation parameters, and presents ICA as an effective method for feature extraction for pattern recognition in SAW electronic noses.     

声表面波传感器Q值改善的理论分析与实验结果

报道了带变迹叉指换能器（IDT）和倾斜金属反射栅的高Q值Y型声表面波（SAW）质量沉积传感器。用P矩阵方法分析了三种不同传感器的通带纹波。分别在振荡和非振荡模式下比较了这些传感器的通带纹波和Q值。分析了获得高Q值的原因。理论和实验结果表明：均匀孔径无反射栅的传感器旁瓣抑制为10dB，振荡模式下其Q值为5289；通过孔径变迹设计，传感器的旁瓣抑制和Q值分别改善到25dB和8689；而对孔径变迹并加入倾斜反射栅的传感器，这两个参数提高到25dB和12477。非振荡模式下带反射栅的传感器比没有反射栅器件的通带纹波约低2dB。因此，变迹IDT和金属反射栅的应用是SAW质量传感器Q值的改善的两个重要因素。由于Q值改善，质量沉积灵敏度达到5.24GHz?cm2/g     

声表面波气体探测器控制电路设计与优化

声表面波气体探测器包括声表面波传感器阵列、富集器、气泵、温度控制器等部件。基于8051单片机为探测器设计了一套控制电路并编写了控制程序,通过调节控制电路改变探测器的工作参数,分别测试了采样气泵流速、富集器的吸附时间与解吸附时间对声表面波气体探测器性能的影响,为优化探测器性能提供了实验依据。     

高灵敏度SAW纱线张力传感器研究

灵敏度是声表面波（ SAW）纱线张力传感器成功检测纱线张力的关键。通过对SAW纱线张力传感器的灵敏度和基片应变率之间关系的研究,提出了通过增加基片应变率来提高传感器灵敏度的理论。以该理论为指导,给出了通过灵活设计基片尺寸来获得最佳基片应变率的设计方案。为了得到最佳基片应变率对应的基片尺寸,建立了基片应变率和基片尺寸之间的数学模型,提出了求解最大基片应变率所对应基片尺寸的线性规划模型,即最佳灵敏度所对应基片尺寸。实验表明：该方法可以有效提高SAW纱线张力传感器的灵敏度,灵敏度达3132.4 Hz/gf。     

Integration of Microfluidics With a Love Wave Sensor for the Fabrication of a Multisample Analytical Microdevice

A novel approach for multisensing has been developed based on the integration of a parallel-channel microfluidic module with a surface acoustic wave (SAW) sensor chip. The microfluidic module was used to compartmentalize the surface of a single SAW sensor into $N$ equal subareas in order to deliver and detect multiple samples on the sensor. The design concerns and fabrication procedure using soft lithography of polydimethylsiloxane are described. Successful demonstration of a four-channel module is reported, along with a sensitivity evaluation and comparison with a standard flow cell used so far. Very promising results were revealed during the tests concerning the system's operation with liquid samples. The reliability and reproducibility of the results in all four subareas render the proposed setup very suitable for biological testing and screening of various biomolecules in an array format.$ hfill$[2008-0031]      

一种采用穴番-A敏感膜的新型声表面波瓦斯传感器的研究

本文利用笼形超分子材料穴番-A对甲烷分子的特异性包合作用,提出了一种能够在室温下工作的采用穴番-A敏感膜的新型声表面波瓦斯传感器。设计研制了中心频率为300 MHz的低损耗、高Q值SAW谐振器,并以所研制的谐振器构成双通道差分振荡器。分别以点涂法和旋涂法在传感通道SAW谐振器表面进行了敏感膜的镀膜。通过实验观察对比了采用两种镀膜方式的SAW瓦斯传感器在常温下对5%甲烷气体的响应。实验结果显示点涂镀膜的传感器响应约为1 kHz,远大于旋涂镀膜方式。AFM表面形貌表征显示了敏感膜表面粗糙度是造成这一差异的主要原因。实验还研究了传感器对不同浓度甲烷气体的响应,结果表明传感器响应随气体浓度降低而减小,两者存在良好的线性关系,测试灵敏度为205 Hz/%,检测下限约为0.2%。     

Coupling coefficient determination based on simulation and experiment for ST-Cut quartz saw delay-line response

This paper used the theoretical calculation to simulate the response of surface acoustic wave (SAW) delay-line on quartz substrate and then compared to the experimental results. The coupling coefficients affected by operation frequency as well as aperture length were built up by experimental data analysis. Based on the experimental values of these two parameters, the device-coupling coefficient was defined. This method is new and we has not found in other document. In addition, it improves the simulation results and helps the analysis process more comprehensive. This study developed ST-cut quartz SAW delay-lines with gold inter-digital transducer (IDT) operating at 39.5 and 78.9 MHz corresponding to 80 and 40 μm of the wavelength. The differences of aperture length in IDT designs were investigated to help understand the effects of this parameter on SAW sensor response. The maximum error of operating frequency is 1%; of insertion loss is 4.25 and 3.13% for bandwidth. The larger of the insertion loss error is expected owing to the result of mathematical approximation and the quality of quartz substrate. The simulation results agree with the experimental results shows that the simulation method can apply to quartz-based SAW delay-line as well as for other material based SAW delay-line applications. The results help understand more about the parameters which effect the insertion loss, operating frequency and bandwidth. It should be very useful for IDT design in specific, SAW sensor and SAW filter design in general.     

声表面波传感器Q值改善的理论与实验分析

用P矩阵方法分析带变迹叉指换能器(IDT)和倾斜金属反射栅的高Q值Y型声表面波(SAW)质量沉积传感器的通带纹波,并分别在振荡和非振荡模式下比较了这些传感器的通带纹波和Q值.分析了获得高Q值的原因.理论和实验结果表明:均匀孔径无反射栅的传感器旁瓣抑制为10dB,振荡模式下其Q值为5 289;通过孔径变迹设计,传感器的旁瓣抑制和Q值分别改善到25dB和8689;而对孔径变迹并加入倾斜反射栅的传感器,这两个参数提高到25dB和12477.非振荡模式下带反射栅的传感器比没有反射栅器件的通带纹波约低2dB.因此,变迹IDT和金属反射栅的应用是SAW质量传感器Q值的改善的两个重要因素.由于Q值改善,质量沉积灵敏度达到5.24 GHz·cm2/g