專利名稱：基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種樂甫波傳感器，尤其涉及一種基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測試系統(tǒng)，屬于新型傳感器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
諧振是系統(tǒng)的一種特性，在諧振頻率點上，系統(tǒng)以最低的損耗維持輸入能量，系統(tǒng)響應(yīng)得到顯著增強(qiáng)。諧振式傳感器基于被測物理、化學(xué)參量對諧振器的諧振特性參數(shù)進(jìn)行調(diào)制，通過測量諧振器的諧振參數(shù)變化來實現(xiàn)對被測對象的檢測。聲波傳感器是一種新型諧振式傳感器。聲波傳感器以壓電材料作為敏感器件，利用壓電效應(yīng)，通過換能器在壓電基片上激發(fā)出彈性波，主要根據(jù)聲波的諧振頻率隨被測對象變化來實現(xiàn)檢測功能。通常來說，聲波傳感器可分為聲表面波傳感器、蘭姆波傳感器、樂甫波傳感器三種類型。其中，樂甫波傳感器最適于液相檢測，同時也適合氣體檢測。迄今為止，樂甫波傳感器的實用化程度還不是很高，大部分的研究尚處于實驗室階段，主要的測量儀器為網(wǎng)絡(luò)分析儀。如果設(shè)計出的傳感器測試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析儀的掃頻功能，可使樂甫波傳感器突破實驗室使用局限，實現(xiàn)工業(yè)在線應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測試系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析儀的掃頻功能，使樂甫波傳感器突破實驗室使用局限，實現(xiàn)工業(yè)在線應(yīng)用。本實用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案—種基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測試系統(tǒng)，包括信號源模塊、樂甫波傳感器、信號轉(zhuǎn)換模塊、信號采集模塊、微控制器模塊、顯示模塊；其中信號源模塊的輸出端分別連接樂甫波傳感器的輸入端和信號轉(zhuǎn)換模塊的第一輸入端，樂甫波傳感器的輸出端連接信號轉(zhuǎn)換模塊的第二輸入端，信號轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接信號采集模塊的輸入端，信號采集模塊的輸出端連接微控制器模塊的輸入端，微控制器模塊的輸出端連接信號源模塊的輸入端和顯示模塊的輸入端。進(jìn)一步的，本實用新型的基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測試系統(tǒng)，所述樂甫波傳感器包括壓電基片、輸入叉指換能器、輸出叉指換能器、非壓電薄膜，其中輸入叉指換能器和輸出叉指換能器沉積在壓電基片表面上，分左右兩側(cè)對稱排布，非壓電薄膜濺射或旋涂在壓電基片表面并且覆蓋輸入叉指換能器和輸出叉指換能器。進(jìn)一步的，本實用新型的基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測試系統(tǒng)，所述信號源模塊采用美國ADI公司的AD9912芯片。進(jìn)一步的，本實用新型的基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測試系統(tǒng)，所述信號轉(zhuǎn)換模塊采用美國ADI公司的AD8302芯片。進(jìn)一步的，本實用新型的基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測試系統(tǒng)，所述信號采集模塊采用微處理器內(nèi)部集成的A/D轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)。進(jìn)一步的，本實用新型的基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測試系統(tǒng)，所述微控制器模塊采用基于ARM內(nèi)核的STM32。本實用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果1.與聲表面波傳感器和蘭姆波傳感器相比，樂甫波傳感器最適于液相檢測，同時也適合氣體檢測。2.本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析儀的掃頻功能，從而使樂甫波傳感器突破實驗室使用局限，實現(xiàn)工業(yè)在線應(yīng)用。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)模塊框圖。圖2是本實用新型的樂甫波傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實用新型的測試電路模塊框圖。上述圖中的標(biāo)號名稱1-壓電基片，2-輸入叉指換能器，3-輸出叉指換能器，4-非壓電薄膜。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明如圖1所示，一種基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測試系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)包括信號源模塊、樂甫波傳感器、信號轉(zhuǎn)換模塊、信號采集模塊、微控制器模塊、顯示模塊。其中信號源模塊的輸出端連接傳感器模塊的輸入端和信號轉(zhuǎn)換模塊的第一輸入端，傳感器模塊的輸出端連接信號轉(zhuǎn)換模塊的第二輸入端，信號轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接信號采集模塊的輸入端，信號采集模塊的輸出端連接微控制器模塊的輸入端，微控制器模塊的輸出端連接信號源模塊的輸入端和顯示模塊的輸入端。樂甫波傳感器的制作工藝分為基片制作、叉指圖形制作、叉指復(fù)制和薄膜旋涂四個部分，制作完成后對其進(jìn)行封裝。樂甫波傳感器實物比壹圓硬幣還要小，屬于微傳感器范疇，適于微量液體及氣體檢測。如圖2所示，樂甫波傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。包括壓電基片1、輸入叉指換能器2、輸出叉指換能器3、非壓電薄膜4。其中壓電基片1所用材料為36° 鉭酸鋰；輸入叉指換能器2和輸出叉指換能器3沉積在壓電基片表面上，所用材料為銅，叉指對數(shù)為75對，叉指周期為11. 06 μ m,叉指寬度為2. 875 μ m,叉指間距為2. 875 μ m,叉指厚度為0. 2 μ m,孔徑為 1750 μ m,兩叉指之間的中心距為6160 μ m ；非壓電薄膜4旋涂在壓電基片1表面并且覆蓋輸入叉指換能器和輸出叉指換能器，所用材料為SU-8光刻膠，厚度為0. 28 μ m0 X1方向為樂甫波傳播方向、&方向為水平剪切方向，A方向為基片法線方向。如圖3所示，一種基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測試電路模塊框圖。信號源模塊通過DDS (Direct Digital Synthesizer，直接數(shù)字合成器)電路實現(xiàn)，采用美國ADI公司的 AD9912芯片，該芯片能產(chǎn)生高達(dá)400MHZ的正弦波信號，響應(yīng)速度快，頻率分辨率高；信號轉(zhuǎn)換模塊把傳感器輸入激勵信號與輸出響應(yīng)信號幅值比轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號，采用美國ADI 公司的AD8302芯片；信號采集模塊采用微處理器內(nèi)部集成的A/D轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)；微控制器模塊采用基于ARM內(nèi)核的STM32。本實用新型的基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測試系統(tǒng)在工作時的步驟如下1)當(dāng)樂甫波傳感器處于參考狀態(tài)，即不負(fù)載被測對象時，DDS電路在STM32的控制下以一定頻率間隔掃頻輸出激勵信號，掃頻范圍以樂甫波器件的理論諧振頻率為中心， 頻率上下限視傳感器參數(shù)及被測對象而定；2) DDS電路的輸出分兩路，一路用于激勵輸入叉指換能器，另一路接入AD8302電路的輸入通道B;3)樂甫波傳感器在輸入叉指換能器輸入激勵信號的作用下，輸出叉指換能器輸出響應(yīng)信號，接入AD8302電路的輸入通道A ；4) AD8302電路把輸入通道A和B的幅值比轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號，經(jīng)輸出端送入 A/D轉(zhuǎn)換電路；5) A/D轉(zhuǎn)換電路把模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送入STM32 ；6)在一次完整掃頻中，STM32對A/D轉(zhuǎn)換電路送來的數(shù)字信號進(jìn)行處理，獲得樂甫波傳感器的幅頻特性曲線并得到參考狀態(tài)時的諧振頻率；7)當(dāng)樂甫波傳感器處于測量狀態(tài)，即負(fù)載被測對象時，重復(fù)步驟1)至步驟6)，得到樂甫波傳感器處于測量狀態(tài)時的諧振頻率，并與參考狀態(tài)時的諧振頻率相比較獲得諧振頻率的偏移；8)該諧振頻率偏移與被測對象的特征參數(shù)有對應(yīng)關(guān)系，通過顯示模塊顯示出被測對象的特征參數(shù)以提供給用戶。
權(quán)利要求1.一種基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測試系統(tǒng)，其特征在于包括信號源模塊、樂甫波傳感器、信號轉(zhuǎn)換模塊、信號采集模塊、微控制器模塊、顯示模塊；其中信號源模塊的輸出端分別連接樂甫波傳感器的輸入端和信號轉(zhuǎn)換模塊的第一輸入端，樂甫波傳感器的輸出端連接信號轉(zhuǎn)換模塊的第二輸入端，信號轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接信號采集模塊的輸入端， 信號采集模塊的輸出端連接微控制器模塊的輸入端，微控制器模塊的輸出端連接信號源模塊的輸入端和顯示模塊的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測試系統(tǒng)，其特征在于所述樂甫波傳感器包括壓電基片、輸入叉指換能器、輸出叉指換能器、非壓電薄膜，其中輸入叉指換能器和輸出叉指換能器沉積在壓電基片表面上，分左右兩側(cè)對稱排布，非壓電薄膜濺射或旋涂在壓電基片表面并且覆蓋輸入叉指換能器和輸出叉指換能器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測試系統(tǒng)，其特征在于所述信號源模塊采用美國ADI公司的AD9912芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測試系統(tǒng)，其特征在于所述信號轉(zhuǎn)換模塊采用美國ADI公司的AD8302芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測試系統(tǒng)，其特征在于所述信號采集模塊采用微處理器內(nèi)部集成的A/D轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測試系統(tǒng)，其特征在于所述微控制器模塊采用基于ARM內(nèi)核的STM32。
專利摘要本實用新型公開了一種基于掃頻技術(shù)的樂甫波傳感器測試系統(tǒng)，屬于新型傳感器領(lǐng)域。本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括信號源模塊、樂甫波傳感器、信號轉(zhuǎn)換模塊、信號采集模塊、微控制器模塊、顯示模塊。信號源模塊的輸出端分別連接樂甫波傳感器的輸入端和信號轉(zhuǎn)換模塊的第一輸入端，樂甫波傳感器的輸出端連接信號轉(zhuǎn)換模塊的第二輸入端，信號轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接信號采集模塊的輸入端，信號采集模塊的輸出端連接微控制器模塊的輸入端，微控制器模塊的輸出端連接信號源模塊的輸入端和顯示模塊的輸入端。本實用新型可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析儀的掃頻功能，使樂甫波傳感器突破實驗室使用局限，實現(xiàn)工業(yè)在線應(yīng)用。
文檔編號G01N29/036GK202221424SQ20112031421
公開日2012年5月16日 申請日期2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月24日
發(fā)明者盧旭, 夏前亮, 陳智軍, 陳濤, 黃鑫 申請人:南京航空航天大學(xué)