用声表面波器件实现小波变换的方法

根据声表面波SAW (SurfaceAcousticWave)传播的非线性特性 ,将变换信号用的小波作为声表面波器件的脉冲响应 ,从而提出了一种用声表面波模拟硬件实现小波变换的方法 ,并成功地用特种模拟器件实现了连续二进小波的快速变换 .由于实现方法简单 ,避免了复杂的算法和昂贵的制作过程 ,对于开发小波变换的优越性和小波变换的应用有重要的价值 .同时 ,还给出了小波变换在检测信号和信号滤波方面的应用例子 。

声表面波式小波变换及重构器件的实现研究

利用声表面波器件构造了小波变换及重构器件 ,为小波变换及重构器件开辟了一种新的制造途径 .本文主要论述声表面波式小波变换及重构器件的工作原理 ,并对信号源内阻对声表面波器件的影响和声电再生问题提出了解决方法 .

新型声表面波式小波变换器件插入损耗的研究

小波式叉指换能器使用机电耦合系数比较大的基片(如YZ-L iNbO3基片)时,其频率特性曲线不光滑,但插入损耗小;小波式叉指换能器使用机电耦合系数比较小的基片(如X 112°Y-L iTaO3基片)时,其频率特性曲线光滑,但插入损耗大.声表面波器件的指条对数N越少,其带宽Δf/f越大,插入损耗越大,所以,指条对数N要取的合适,不宜过少.在声表面波式小波变换器件中,发射叉指换能器的条对数N取57,接收叉指换能器的指条对数是57的四分之一到三分之一之间.

柔性声表面波器件的波模式分析

用反应磁控溅射法在柔性聚酰亚胺衬底上沉积了ZnO压电薄膜,并制备了基于ZnO压电薄膜的柔性声表面波(SAW)器件。制备的柔性SAW器件显示了良好的谐振性能,而且展现出两个波模式:模式0和模式1。当波长为32μm,ZnO厚度为4μm时,SAW器件的模式0和模式1的谐振频率分别为34.4MHz和158.5MHz,对应声速为1 100.8m/s和5 072m/s。模式0为已知的瑞利波,模式1为新的高频模式。沉积了不同厚度的ZnO薄膜制备柔性SAW器件,进一步分析了薄膜厚度对SAW器件和模式1的影响。分析认为该高频模式不是传统硬质衬底上SAW器件产生的Sezawa波,而是S_0兰姆波,并且是有衬底情况下的S_0兰姆波。文中还采用Comsol仿真分析了新的高频模式1的粒子振动位移,结果和S_0兰姆波粒子振动位移一致,从而验证了其为广义兰姆波的正确性。

用声表面波器件实现小波变换

根据声表面波器件的卷积特性 ,对声表面波器件实现小波变换进行了理论推导 ,说明了用声表面波器件实现小波变换具有的可行性和优越性。根据这些理论设计的实例和模拟结果表明 ,用声表面波器件实现小波变换的方法具有快速、实用和与数字处理系统 (借助 A/D和 D/A变换器 )相兼容等优点 ,对小波变换的应用有重要价值。

声表面波式小波变换阵列器件频带连续性的研究

针对声表面波式小波变换阵列器件频带不连续或重叠的问题 ,在尺度二进离散基础上 ,对基波中心频率和基波频宽半径在不同关系下对频带覆盖因子的影响进行了研究 ,提出基波中心频率等于 3倍基波频宽半径 ,声表面波式小波变换阵列器件实现频带连续且频带覆盖因子等于 10 0 %的设计方案 .根据这种方案设计的声表面波式小波变换阵列器件 ,不仅在 - 3dB处实现了频带的完全连续 ,解决了选择基波中心频率大于或小于 3倍基波频宽半径时频带不连续而造成分析信号漏检和必须使用大量器件来实现不必要重叠频带的问题 ,而且使阵列器件的变换尺度、中心频率。

基于多条耦合器声表面波器件的小波重构

提出了一种基于多条耦合器声表面波器件实现小波重构的新方案.利用基于多条耦合器声表面波器件的传递函数等于输入与输出加权换能器传递函数之积的关系,对输入、输出叉指换能器分别进行小波和重构小波加权,在单块器件上实现了小波重构功能,避免了二次插入损耗的产生.利用多条耦合器和双声路对称结构,将沿晶体表面传播的体声波进行了分离和消除,抑制了三次渡越信号,降低了接收损耗,使器件的响应特性得到了改善.实验结果表明,用新方案实现的小波重构器件比用早期方案实现的小波重构器件在插入损耗、体声波抑制、通带波纹和接收损耗方面均有明显的改善.

声表面波式小波变换器件的三次行程反射信号的研究

本文提出了用同相位法减小三次行程反射信号的方法.当信号频率与叉指换能器中心频率相等,并且主信号的相位等于三次行程反射信号的相位时,从可达到减小三次行程反射信号的影响.并且探讨了双接收叉指换能器并联法,要求双接收叉指换能器要完全对称,否则声表面波式小波变换器件频率特性曲线不光滑.

声表面波式小波器件对奇异性信号的研究

在研究声表面波式Morlet小波器件具有进行小波变换、消除白噪声和奇异性信号识别功能的基础上 ,将该器件用于对奇异性信号的提取和分析。通过某一航空发动机的故障实例说明了这种器件不仅可以对工业环境噪声、传输和中间处理单元造成的干扰信号进行滤波 ,有效地提高分析信号的信噪比 ,而且也实现了对故障信号的连续小波变换 ,最终完成了对奇异性信号的提取和识别。

声表面波型Morlet小波器件的设计与实现

基于Morlet连续小波理论和声表面波器件工作机理,提出了一种用声表面波器件实现Morlet连续小波器件的研究方案。该方案根据Morlet连续小波的包络函数对输入换能器进行加权,利用声表面波器件衬底材料的压电效应,实现了对输入信号的Morlet小波变换。并以128°YX-LiNbO3晶体作为压电衬底材料,设计和制作了一个尺度因子为-8的声表面波型Morlet小波器件,用芯片测试系统对所制作的器件内部结构进行了观测,用射频网络分析仪对器件的频率响应特性进行测量。实验和分析结果表明,尽管由于工艺及测量原因,器件理论插入损耗与实际插入损耗之间存在0.621 dB的误差,但在频率特性曲线形状及变化趋势等方面,实验与理论特性曲线具有较好的一致性,并且实际频率响应曲线的旁瓣抑制效果好于理论曲线。

ZnO薄膜生长及声表面波性能研究

采用传统射频磁控溅射技术,通过引入Si O2缓冲层以及调节工作气压的方法,在Si衬底上制备具有高度(1120)择优取向的Zn O薄膜.采用X射线衍射技术和原子力显微镜分析Zn O薄膜的晶体特性和择优取向.研究发现,引入Si O2缓冲层能显著减小Zn O/Si O2/Si三层结构声表面波器件的温度延迟系数(temperature coefficient of delay,TCD),当Si O2缓冲层厚度为200 nm时,Zn O薄膜同时具有(0002)和(1120)择优取向,且TCD值仅为2×10-6℃-1左右,说明器件温度稳定性佳.当工作气压降低时,Zn O(1120)择优取向增强,相应的声表面波器件的机电耦合系数(K2)也增大.在大机电耦合系数和高温度稳定性的Zn O/Si O2/Si三层结构的基础上,有望制作出高性能的Love波声表面波生物传感器.

用声表面波器件实现小波变换的研究

当声表面波叉指换能器的指条重叠包络按照小波函数的包络设计时,得到的声表面波叉指换能器脉冲响应函数等于小波函数,从而制造出了声表面波式小波变换器件。本文提出了利用两只声表面波式小波变换器件构造小波变换重构器件的新方法。对器件误差的来源作了分析,提出减小误差的方法。

基于声子晶体的声表面波器件研究进展

本文基于研究和发展基于声子晶体的声表面波器件技术,其在电子工程、通信技术等领域有着广泛的应用,通过对国内外基于声子晶体的声表面波器件研究的分析与总结,介绍并讨论了目前基于声子晶体的声表面波器件的理论和实验研究现状及进展。

基于多条耦合器的双声路声表面波气体传感器

针对目前声表面波气体传感器在消除外界因素干扰及抑制体声波中存在的问题,提出一种基于多条耦合器的双声路声表面波气体传感器结构。由于该传感器中的双声路结构关于输入小波换能器左右对称,且具有相同的设计参数,所以该传感器可以消除由于外界测量条件改变而引起的扰动量。同时,由于将具有体声波抑制功能的多条耦合器应用到传感器中,所以能够对造成假响应信号的体声波进行有效地抑制。此外,该传感器中的输入换能器采用了小波函数包络进行加权,所以与传统等指长、等周期的均匀换能器相比提高了对频率响应曲线中旁瓣的抑制效果。中心频率为101.764 MHz SO2气体传感器的实现和测量结果表明,该气体传感器在测量范围内,对各种浓度的SO2气体具有好的响应特性:传感器在0.5×10-6到20×10-6浓度范围内,SO2气体浓度与输出频率参量信号之间具有比较理想的线性特性,测量的灵敏度约为6.5 kHz/10-6。

声表面波飞机结冰传感器灵敏度及实验研究

声表面波飞机结冰传感器有望用于飞机结冰预测,其通过Love波的激发和在导波层中的传播变化,来敏感导波层表面冰的厚度及状态变化,而导波层的厚度对声表面波结冰传感器灵敏度具有重要影响。在学者Zimmermann的理论基础上,根据声表面波结冰传感器实际结构,计算得到导波层厚度对灵敏度影响的特性。通过对SiO2导波层及ST90°石英晶体压电材料进行实例计算,得其厚度在9.6μm处灵敏度最高,并通过实验对0.0042 m厚的冰层进行实验,得到冰层中Love波的传播速度,与理论计算吻合。

新型声表面波湿度传感器的研究

乐甫(Love)波其质点振动方向垂直于传播方向,同时又平行于基片表面,在基片法线方向上无振动分量。因此当基于Love波的电子器件在接触液体时Love波能量损耗很少,因而乐甫波声表面波(SAW)传感器主要用于液相检测。在石英上表面及在其上面淀积的SiO2薄膜中激发、传播的乐甫波对SiO2薄膜质量的变化很敏感,因此该文研究了基于乐甫波的湿度传感器感知气体环境的湿度含量。该文乐甫波湿度传感器采用42.75°Y-旋转切割石英基片,传播方向为[0°,132.75°,90°]。吸湿膜采用APCVD制作的多孔SiO2薄膜,此类膜比PECVD制作的SiO2膜疏松,吸湿、脱湿迅速。传感器灵敏度为62kHz/%RH,最大湿滞约3%,测得的湿敏特性、迟滞特性表明,Love波SAW湿度传感器线性度较好,实验验证了该结构具有很好的气体测试前景。

声子晶体对ZnO/41°YX-LiNbO_(3)结构Love波器件性能的影响

利用三维有限元法(3D-FEM)分析了Ni柱型声子晶体对(110)ZnO/41°YX-LiNbO_(3)结构Love波器件声学特性(包括相速度、机电耦合系数和质量灵敏度等)的影响。结果表明,Ni柱的引入对所激发Love波性能的影响较大,Love波1阶模式阈值提前(激发1阶模式Love波所需的导波层厚度减小到0.05),机电耦合系数提高了约8%。同时,Ni柱/(110)ZnO/41°YX-LiNbO_(3)结构Love波器件的质量灵敏度也得到改善,其Love波0阶和1阶模式的质量灵敏度较无Ni柱结构Love波器件分别提高了3倍和4倍。该研究结果为利用声子晶体结构实现高频声表面波器件的研制及其应用领域的拓宽提供了理论依据。

一种宽带声表面波滤波器的设计

基于大机电耦合系数LiNbO_(3)材料,该文设计了一种激发Love波模式的宽带低损耗声表面波滤波器。研究了不同切向下LiNbO_(3)材料的机电耦合系数,以及不同切向、膜厚下15°YX-LiNbO_(3)的瑞利波激发情况。测试结果表明,采用铜电极对谐振器进行切趾加权抑制横向模式,宽带滤波器可实现较小的插入损耗和较好的通带特性。

涂覆聚合物膜的Love波传播特性

该文计算了涂覆聚合物膜的Love波传感器波速和波导层相对膜厚的关系,并进行了实验验证。Love波器件以ST-90°X石英晶体为基片,在基片表面镀一层不同膜厚的聚乙烯醇(PVA)膜作为波导层兼吸湿层。采用网络分析仪测量了相对湿度35%左右器件的工作频率和插入损耗分别随膜厚的变化,算出Love波波速和PVA相对膜厚的关系,当PVA膜厚度从0增大到波长的5%时,Love波速度由约4 992m/s降低到4 840m/s,和理论计算结果一致。