SAW傳感�即表�聲波傳感�,它是基于聲表面波(Surface Acoustic Wave)技�(shù)的一��(yīng)變傳感器。它能夠檢測(cè)出EPS操控與動(dòng)力系�(yīng)用中的扭矩和溫度,以及TPM系統(tǒng)中的壓力和溫�。尤其適合于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)部件或者那些接觸起�(lái)很難活很危險(xiǎn)的部��
1、高精度,高靈敏�。將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成頻率�(jìn)行測(cè)量,頻率�(cè)量精度很�,有效檢�(cè)范圍線性好,抗干擾能力�(qiáng),適合于�(yuǎn)距離傳輸�
2、數(shù)字化頻率信號(hào)易于傳輸,處�,與�(jì)算機(jī)接口�
3、制作與集成電路技�(shù)兼容,易集成�,智能化,重�(fù)性和可靠性好,適于批量生�(chǎn)�
4、體積小,重量輕,功耗低,可獲得良好的熱性能和機(jī)械性能�
SAW傳感器在�(shè)�(jì)�(shí)�(yīng)注意以下因素�
1)面�(duì)一般干擾環(huán)境因素;
2)面�(duì)的惡意干擾環(huán)境因��
3)人�(jī)界面接口�
4)參�(shù)的自我收斂性能�
5)內(nèi)、外各類信息、能量的交流新能��
SAW傳感器的基本原理是:利用被鍘量對(duì)sAW元件作用� 改變sAw的傳播速度,于是波�(zhǎng)也相�(yīng)變化,�(jìn)而改變了通過(guò)延遲線的相位變化� φ=2πL/�(L為延遲線�(zhǎng)�),破壞了振蕩器的相位平衡條件;由于IDT有一定的迎頻�,所以改變振蕩頻�,重新達(dá)到相位平衡條�� 振蕩頻率變化和SAW 傳播速度變化�(yīng)滿足下列�(guān)系:
�?yàn)檠舆t線上相位變化要保持不�� �
SAW傳感器由于是利用振茴頻率變化�(cè)出傳播速度的變�,所以它的靈敏度很高(百萬(wàn)分之一)。同�(shí),它同數(shù)�?jǐn)?shù)�(jù)系統(tǒng)相適�(yīng),對(duì)放大器的要求也不��
SAW傳感器的�(cè)量方法有多種,主要有四種如下圖所示:
(a)�(wǎng)�(luò)分析儀�(cè)量頻譜變化,(b)矢量電壓表測(cè)定相位變��(C)諧振回路�(cè)定頻移,以及(d)為消除環(huán)境變�(如溫度變�)引起的誤�,采用雙通道差分方法�(cè)定頻移,�(cè)量更�(zhǔn)�、方�。在�(shí)際測(cè)量中,可根據(jù)具體條件選擇適當(dāng)?shù)姆椒ā?/FONT>
石英晶體微量天平(quartz crystal microbalance,QCM)和表面聲波器件(surface acoustic wave,SAW�。它們具有結(jié)�(gòu)�(jiǎn)�、體積小、成本低、響�(yīng)�(shí)間短、靈敏度高、可靠性好等優(yōu)�(diǎn)而廣泛應(yīng)用于分析化學(xué)、環(huán)境監(jiān)�(cè)以及�(xiàn)�(chǎng)氣體檢測(cè)等方��
隨著微制造技�(shù)的發(fā)�,集成化、批量化生產(chǎn)的工藝的逐漸成熟,微型SAW傳感器在�(zhàn)地環(huán)境檢�(cè)方面�(fā)揮著重要作用�
QCM � SAW 都屬于壓電型傳感器,由壓電性產(chǎn)生聲波信�(hào),通過(guò)�(cè)量聲波參�(shù)(振�、頻率、波速等)變化而獲得被分析U檢測(cè)物的信息。QCM屬于體聲波(bulk acoustic wave,BAW)一般也稱為厚度剪切模式(thickness shear mode,TSM)因聲波從石英晶體或其它壓電材料的一�?zhèn)鬟f到另一�,在晶體�(nèi)部傳播而命名。而SAW器件是聲波在晶體表面上傳�,從一位置傳遞到另一位置。在傳遞�(guò)程中,當(dāng)基片或基片上所覆蓋的特殊材料薄膜與被分析的物質(zhì)相互作用�(shí),聲波的參數(shù)將發(fā)生變�,測(cè)量變化量即可得到被分析物的(�(zhì)量和濃度等)相關(guān)信息�
如圖1所�,安裝了SAW諧振器的石英管芯通常采用片狀不銹鋼封�,直徑約�11mm,厚度約�2mm,重�<2gm�
�(duì)于胎壓檢�(cè)�(yīng)用,該管芯位于兩�(gè)突出部分,受上表面隔膜通過(guò)中心氣針的頂壓而變�。詢�(wèn)和反向散射信�(hào)通過(guò)一�(gè)普通的鞭狀天線被廣播出��
�(duì)于扭矩檢�(cè)�(yīng)�(如圖2所示),該管芯粘貼在片狀外殼的底部,整�(gè)器件再與待測(cè)扭矩的組件相�。詢�(wèn)和返回信�(hào)通過(guò)非接觸式平面耦合器向外發(fā)��
在TPMS和扭矩檢�(cè)管芯�,三�(gè)SAW諧振器產(chǎn)生兩�(gè)頻率差�,一�(gè)正比于壓力或扭矩,其他的正比于溫�。這種方法能夠檢測(cè)出帶溫度�(bǔ)�?shù)膲毫团�?,也可以�?dú)用作溫度�(jiān)�(cè)�
�(duì)于TPMS,SAW傳感器的安裝也有多種方式,可以采用粘貼式橡膠塊安裝在輪胎�,或者安裝在氣門(mén)�(橡膠和金屬材�(zhì)),或者在低壓安全胎上固定在車輪中。用戶可以調(diào)整靈敏度,以滿足從氣壓為10巴的卡車到氣壓為2巴的賽車的需�。典型精度為全標(biāo)度的1��
�1. 石英管芯通常采用片狀不銹鋼封�,直徑約�11mm,厚度約�2mm,重�<2gm�
�2. �(duì)于扭矩檢�(cè),傳感器管芯粘貼在片狀管殼的底��
�(duì)于扭矩測(cè)�(如圖3所示),傳感器與傳�(dòng)軸或圓盤(pán)相�,諧振器以�45°的典型方向角檢測(cè)剪切�(yīng)變的壓力分量�
�3. �(duì)于TPMS�(yīng)�,SAW傳感器可以通過(guò)多種方式安裝在輪胎上,扭矩傳感器與傳�(dòng)軸或圓盤(pán)相連,諧振器以±45°的方向角檢測(cè)剪切�(yīng)變的壓力分量
�(duì)�50�500之間的微�(yīng)�,測(cè)量精度可以達(dá)�1%的�(jí)�。目前應(yīng)用包括EPAS�(zhuǎn)向軸、發(fā)�(dòng)�(jī)flexplates、自�(dòng)檔輸出軸和傳�(dòng)��
1、高精度高靈敏度:對(duì)于傳感器�(yīng)�,高精度與高靈敏度是其基本要�。在一些應(yīng)用領(lǐng)域如角速率、溫濕度以及某些氣體傳感�,SAW傳感器的檢測(cè)精度以及靈敏度還不能� 傳統(tǒng)傳感器相�,因此需要采用一些新方法新技�(shù),改善器件性能,提高系�(tǒng)�(wěn)定性�
2、小型化/便攜式:傳感器的�(yīng)用大都不是單一�,多是與其他�(jī)械或者電子系�(tǒng)集成或者共同使�,這樣SAW傳感器系�(tǒng)必須盡可能減小體�,便攜式且低功�,滿足各� �(jī)載、車�、航載等要求,這樣才能相對(duì)于其他類型的傳感器具有更大的�(jìng)�(zhēng)��
3� 多功能集成化/低成本:?jiǎn)我还δ艿膫鞲衅髦饾u消失于人們的視野,主要是使用單一功能傳感器成本高,系�(tǒng)合成困難且穩(wěn)定性低。這樣多功能集成SAW傳感器就成為 人們的一�(gè)興趣熱點(diǎn),結(jié)�(gòu)�(jiǎn)單、系�(tǒng)體積小且大大降低了系�(tǒng)成本�
4� 智能化與�(wú)線傳感網(wǎng)�(luò):許多參量的檢測(cè)條件是危�(xiǎn)劇毒�(huán)�,有的測(cè)試對(duì)象本身就是變化的,這樣有源傳感器難以滿足這一檢測(cè)需求,而無(wú)線傳感網(wǎng)�(luò)則由于其�(wú) 源多面特�(diǎn)即可解決這一�(wèn)�。另�,智能化是當(dāng)今信息化�(shí)代的一�(gè)顯著特征,結(jié)合自 �(dòng)化控制等�(shí)�(xiàn)傳感器的智能化也是SAW傳感器的一�(gè)重要�(fā)展方��