一種基於聲表面波敏感元件的分布式參量感測方法與流程
2023-10-20 03:50:32
本發明涉及傳感技術領域，尤其涉及一種基於聲表面波敏感元件的分布式參量感測方法。
背景技術：
聲表面波器件是一種高頻信號處理器件，主要由壓電基片和製作在壓電基片上的輸入換能器和輸出換能器構成，輸入換能器和輸出換能器由叉指狀電極構成，叉指狀電極的幾何參數決定所激發和傳播的聲表面波的特性參數，也決定了聲表面波器件最終輸出的高頻信號的特性參數。
當聲表面波器件所處環境的特定參量如溫度、壓力等，或所在位置處的特定參量如結構表面應力/應變等的狀態發生變化，會導致壓電基片的材料特性參數和製作於其上的叉指狀電極結構參數發生變化，進而導致其激發和傳播的聲表面波的傳播特性發生變化，最終使聲表面波器件輸出的高頻信號的特性參數發生變化，因此聲表面波器件可以作為敏感元件應用於傳感技術中，通過測量分析作為敏感元件的聲表面波器件所處理的高頻信號特定參數的分布與變化情況，可以對應分析其所處環境或所在位置處分布式參量系統特定參量的分布與變化情況。
現有基於聲表面波敏感元件的傳感應用大多為單個器件的獨立運用，不適合於對分布式參量系統中特定參量分布狀況及變化情況的感測。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術中的不足，提供了一種基於聲表面波敏感元件的分布式參量感測方法。
本發明的目的是這樣實現的，一種基於聲表面波敏感元件的分布式參量感測方法，其特徵在於，包括如下感測步驟：
1）在待感測分布式參量系統中選定若干個感測點，所述感測點的位置和數目根據待感測分布式參量系統的特點和分布參量的感測要求確定；
2）在所選定的感測點設置傳感單元，所述傳感單元由聲表面波敏感元件與數選高頻開關電路串聯組成；
3）並聯連接各個傳感單元，各個傳感單元的輸入端匯集至高頻信號輸入埠，各個傳感單元的輸出端匯集至高頻信號輸出埠，所述高頻信號輸入埠接高頻信號源，所述高頻信號輸出埠接高頻信號特性測量儀，各個傳感單元的數選高頻開關電路選通端匯集至傳感單元識別碼解碼電路的解碼輸出端，
4）從傳感單元識別碼解碼電路的識別碼輸入端依次輸入各個傳感單元識別碼，經傳感單元識別碼解碼電路解碼，通過選通相應的數選高頻開關電路而選通各個傳感單元；
5）由高頻信號源從高頻信號輸入埠向所選通的傳感單元施加高頻信號；
6）由高頻信號特性測量儀從高頻信號輸出埠測量所選通傳感單元輸出的高頻信號的參數及其變化量；
7）由測量所得各個傳感單元輸出的高頻信號的參數值及其變化量確定所感測的分布式參量系統的參量值及其分布狀況和變化情況。
所述聲表面波敏感元件包括聲表面波濾波器、聲表面波延遲線、聲表面波諧振器以及由聲表面波延遲線或者聲表面波諧振器構成的聲表面波振蕩器。
所述數選高頻開關電路由多級高頻開關元件串聯組成，數字電平選通。
所述分布式參量包括溫度、壓力、結構表面應力/應變、溼度、氣體濃度。
所述高頻信號參數包括中心頻率、時延、相移、諧振頻率、振蕩頻率。
所述高頻信號源包括單一頻率信號源和頻率掃描信號源。
所述高頻信號特性測量儀包括網絡分析儀、掃頻儀、示波器、相位計、頻率計。
本發明方法先進科學，通過本發明，包括設置於待感測分布式參量系統中適當位置處的若干個傳感單元；傳感單元由聲表面波敏感元件、數選高頻開關電路和傳感單元識別碼解碼電路組成；各個傳感單元並聯相接，聲表面波敏感元件用作對所在位置處的分布式參量進行感應，傳感單元識別碼解碼電路和數選高頻開關電路用作對各個傳感單元進行選通與切換；從被選通的傳感單元輸入埠輸入適當的高頻信號，經聲表面波敏感元件，從傳感單元輸出埠輸出，再由高頻信號特性測量儀器測量輸出高頻信號的參數；依據傳感單元輸出高頻信號的參數與待感測分布式參量系統中聲表面波敏感元件所在位置處參量之間的相關關係，分析所感測的分布式參量系統中參量的分布狀態及變化規律，具體步驟如下：
1）選定若干個感測點，所選感測點的位置和數目由所感測的分布式參量系統的特點和感測要求而定；2）在所選定的感測點設置傳感單元；3）並聯連接各個傳感單元，各個傳感單元的輸入端匯集為高頻信號輸入埠，各個傳感單元的輸出端匯集為高頻信號輸出埠，高頻信號輸入埠接高頻信號源，高頻信號輸出埠接高頻信號特性測量儀器，各個傳感單元中數選高頻開關電路的選通端匯集至傳感單元識別碼解碼電路的解碼輸出端；4）從傳感單元識別碼解碼電路的識別碼輸入端依次輸入各個傳感單元的識別碼，通過傳感單元識別碼解碼電路和數選高頻開關電路逐一選通各個傳感單元；5）由高頻信號源從高頻信號輸入埠向所選通的傳感單元施加適當的高頻信號；6）由高頻信號特性測量儀器從高頻信號輸出埠測量經過所選通傳感單元中聲表面波敏感元件處理的輸出高頻信號的參數；7）由測量所得高頻信號的參數值及變化量確定所感測的分布式參量系統的參量值及其分布狀態和變化情況。
具體而言，所述聲表面波敏感元件包括聲表面波濾波器、聲表面波延遲線、聲表面波諧振器以及由聲表面波延遲線或者聲表面波諧振器構成的聲表面波振蕩器；數選高頻開關電路由多級高頻開關元件串聯組成，數字電平選通；所感測的分布式參量包括溫度、壓力、結構表面應力/應變、溼度、氣體濃度；所測量的高頻信號參數包括中心頻率、諧振頻率、時延、相移、振蕩頻率；高頻信號源包括單一頻率信號源和頻率掃描信號源；高頻信號特性測量儀包括頻率計、相位計、示波器、掃頻儀、網絡分析儀。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
本發明通過在分布式參量系統中設置若干基於聲表面波敏感元件的傳感單元，利用傳感單元識別碼解碼電路和數選高頻開關電路依次選通各個傳感單元，測量各個傳感單元所包含的聲表面波敏感元件參數的分布狀態及變化規律，依據傳感單元所輸出的高頻信號的參數與待感測分布式系統中聲表面波敏感元件所在位置處的參量之間的相關關係，分析所感測的分布式參量系統中參量的分布狀態及變化規律，可以實現對分布式參量系統中參量的測量與分析。
由聲表面波諧振器或者聲表面波延遲線構成的聲表面波振蕩器作為溫度敏感元件的感測系統，感測結果直接以頻率輸出，易於實現數位化。
附圖說明
圖1是本發明的系統總體結構示意圖；
圖2是本發明的感測裝置結構示意圖；
圖3是本發明的採用聲表面波濾波器作為敏感元件的傳感單元結構示意圖。
圖中：1傳感單元、2 高頻信號輸入埠、3 高頻信號輸出埠、4 高頻信號線、5 傳感單元識別碼解碼電路、6高頻信號源、7 高頻信號特性測量儀、8 傳感單元識別碼、11 敏感元件、12 數選高頻開關電路、51識別碼輸入端、52解碼輸出端、121 數選高頻開關電路選通端。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細的說明。
具體實施例：
如圖1、圖2和圖3所示的一種基於聲表面波濾波器的分布溫度感測方法，其具體實施步驟為：
1）在待感測分布式參量系統中選定若干個感測點，所述感測點的位置和數目根據待感測分布式參量系統的特點和分布參量的感測要求確定；
2）在所選定的感測點設置傳感單元1，所述傳感單元1由聲表面波敏感元件11與數選高頻開關電路12串聯組成；採用6‰的窄帶聲表面波濾波器作為聲表面波敏感元件11，其中壓電基片選用溫度係數較大的128︒Y-X鈮酸鋰單晶片，叉指換能器為兩級橫向串聯的縱向耦合諧振濾波器結構；採用多級串聯高頻低損耗PIN開關管構成數選高頻開關電路12，低電平選通有效；
1個窄帶聲表面波濾波器與1個數選高頻開關電路串聯構成1個傳感單元1，設置於1個感測點上，所感測的分布式溫度系統中設置的感測點位置和數目由系統特點和感測要求而定；
3）並聯連接各個傳感單元1，各個傳感單元1的輸入端匯集為高頻信號輸入埠2，外接頻率掃描信號源；各個傳感單元1的輸出端匯集為高頻信號輸出埠3，外接掃頻儀或網絡分析儀；各個傳感單元1中的數選高頻開關電路選通端121匯集至傳感單元識別碼解碼電路5的解碼輸出端52；
4）將各個傳感單元1的傳感單元識別碼8逐一輸入傳感單元識別碼解碼電路5，選通對應的數選高頻開關電路12，從而依次選通各個傳感單元1；
5）用頻率掃描信號源對所選通的傳感單元1在適當的頻率範圍內進行頻率掃描；
7）由掃頻儀或者網絡分析儀測量各個傳感單元1輸出信號的中心頻率，並計算其相對於傳感單元1中所包含的聲表面波濾波器標稱中心頻率的偏離量；
（8）計算和分析所感測的分布式溫度系統中各個感測點的溫度值及其分布和變化情況。
高頻信號源、高頻信號特性測量儀、數字解碼電路都是統稱，落實到實施例中，具體為頻率掃描信號源、掃頻儀或網絡分析儀、傳感單元識別碼解碼電路。
熟知本領域的人士將理解，雖然這裡為了便於解釋已描述了具體實施例，但是可在不背離本發明精神和範圍的情況下做出各種改變。因此，除了所附權利要求之外，不能用於限制本發明。