无线无源力/热传感器与测试技术研究现状

针对力热传感器多数采用有线有源的技术方案,难以适用于高温、高压、强振以及机械动力旋转部件等环境下的力热参数原位测试问题,阐述了进行无线无源传感器件研究的重要意义,并对声表面波(surface acoustic wave,简称SAW)传感器、LC谐振互感耦合传感器以及超材料传感器等3类无线无源力热传感器进行了总结及现状分析。首先,描述了无线无源力热传感器的需求情况;其次,介绍了3类传感器的工作原理、传感性能及其在独特场景下的具体应用;最后,讨论了无线无源传感器发展过程中的瓶颈问题,指出了未来可能改善和提升的发展方向。

时域加窗技术改进无源无线SAW传感器测试研究

无源无线声表面波(SAW)传感器能工作在十分恶劣的环境中监控温度、应变、扭矩等因素的变化。利用无线测试传感器的群时延特性能方便地获得SAW传感器的谐振频率。但在一些复杂的环境中无线测试时会遇到环境反射的问题,此时测试的群时延曲线会产生畸变,不利于提取SAW传感器的谐振频率。利用测试群时延特性的方法搭建了测试系统,对测试结果使用了时域加窗技术。结果表明:时域加窗技术能够有效抑制环境反射对群时延的影响,这对于提高无源无线SAW传感器实际应用中的信噪比具有重要的意义。

谐振型SAW无线无源传感器的测试系统研究

采用一种低成本、高效率的电路系统实现对谐振型无线无源声表面波(SAW)传感器的测试。该电路利用直接数字频率合成(DDS)技术产生不同频率的射频信号用以激励SAW传感器。在接收端采用功率探测器检测回波信号的包络,通过包络的变化得到待测物理化学参量的变化。该测试系统产生的激励信号功率最高可达10dBm,测试时间约为0.5s,与矢网测试结果相比,其测试相对误差仅为0.002 4%。实验结果表明,该系统能够稳定、可靠地实现谐振型SAW传感器的快速检测。

无源无线应变传感器中压电材料接触力学模型研究

针对现有无源无线传感器存在稳定性差,抗干扰能力不强,传输距离过短的问题,提出一种新型无源无线应变传感器。该传感器由两个线圈和一个体声波传感器组成,体声波传感器包括传力结构和石英晶片,其可将被测表面的应变转化为可检测的石英谐振频率偏移。首先,建立了半椭圆接触模型,研究接触力、激励电压、接触元件形状对石英的影响,以提高传感器性能;其次,设计了石英加载装置,实现石英表面微力加载研究;最后,搭建了无源无线应变传感系统,传输距离可达5 cm,分辨率约为4.2 Hz/με,应变测量范围为600με,重复性实验显示RSD为5.47%。实验结果表明,该传感系统具有良好性能,在未来将与无人机结合为大型结构应变测量提供有效的解决方案。

无线无源多栅格结构式温压传感器设计与制备

针对高温、高压等恶劣环境下的温度和压力参数测量,基于微波散射原理和高温共烧陶瓷(HTCC)技术设计了一种无线无源多栅格结构式温压传感器,能够实现25~800℃内温度的测量和0~300 kPa内压力的测量。使用高频电磁仿真软件对传感器进行结构设计,使所测参数与传感器回波损耗(S11)具有线性关系,然后通过传感器制备与实验对传感器性能开展验证。测试结果表明,在测量范围内,无线无源多栅格结构式温压传感器具有良好的可靠性和线性度,温度平均灵敏度为423 kHz/℃,压力灵敏度为209 kHz/kPa,温度和压力的最大相对测量误差分别为3.1%和1.13%。

基于SAWR的无源无线混合传感器研究

匹配网络是无源无线声表面波(SAWR)混合传感器的重要组成部分。该文提出了一种改进的低失配网络,即采用2个电抗元件将SAWR匹配成等效RLC串联谐振电路,再用第三个电抗元件灵活改变谐振频率。该方法可保持谐振点为最佳匹配状态,获得稳定的低失配和高品质因数。文中对双谐振器结构的混合传感器进行了研究,对应容性传感元1～10pF的变化范围,谐振器的差频变化为147kHz,驻波比为1～1.02,品质因数与谐振器原值基本一致。

低压600 V系统中无源无线多功能传感器的设计与实现

该文介绍一种应用于低压600 V系统的无源无线多功能传感器。该传感器能够在线监测电缆的带电状态、电流值和温度值,并通过无线通信上传至采集装置,实现无线电流及温度的监测和分析,捕捉设备运行异常状态。该传感器无需任何外部电源供电,只需要将被测电流线穿入传感器的穿线孔中,通过电缆周围感应电磁能量供电,适用于高电压、大电流、强磁场的特殊环境,保证监测数据的准确性。

无源无线多功能传感器在低压600 V系统中的应用研究

该文提出了一种无源无线多功能传感器,能够利用电缆周围的电磁能量和热能进行供电,同时测量电缆的温度值和电流值,根据电缆的带电状态进行判断和报警。详细介绍该传感器的原理、结构、技术细节和工作流程,并以特高压换流站伴热带为例,展示该传感器的应用方案和效果。实验结果表明,该传感器能够实现对电缆的实时监测和分析,提高电缆运行的安全性和可靠性,节约能源和成本,简化安装和维护,适用于各种环境,具有较高的创新性和实用性。

基于SAW谐振器无源无线传感器编码方法研究

为简化声表面波（SAW）传感器的编码过程,提出了一种基于SAW谐振器的编码方法,通过多个不同中心谐振频率的SAW谐振器分别连接不同的负载阻抗进行传感器的编码。设计了传感器的具体结构,建立了传感器的等效电路模型,利用ADS仿真软件对中心谐振频率分别为868MHz和915MHz的2个SAW谐振器组成的传感器进行仿真,结果表明,SAW谐振器外接1pF与4pF的阻抗,其谐振频率差可达200~300kHz。根据仿真结果,设计制作了不同编码的2个传感器,一个不外接阻抗,一个外接10pF的阻抗,测试谐振频率差别可达39.75~40.2kHz,因此,SAW谐振器外接不同阻抗时谐振频率的差异明显,基于SAW谐振器与外接阻抗的传感器编码方法是可行的。

基于SAW传感器的无线无源测温系统设计研究

对电力设备运行状态进行监测,能够及时发现问题,减少故障的发生,提高运行的安全稳定性。温度监测是状态监测的重要组成部分,目前,基于SAW传感器的无线无源测温技术可靠性高,受到了广泛关注。现分析了基于SAW传感器的无线无源测温系统的工作原理,给出了测温网关的硬件设计方案和SAW传感器、采集器、网关等设备的安装方法,还给出了温度监测系统软件设计方案。将测温系统安装在断路器上进行测试,给出了监测系统的软件界面,运行结果表明,本系统能够实现准确测温、及时告警的功能。

基于LTCC的无线无源压力传感器的研究

设计了一种基于低温共烧陶瓷(LTCC)的无线无源压力传感器,利用传感器谐振频率对不同应变的响应来表征传感器的应变特性,采用互感耦合的方式对传感器的谐振频率进行读取。搭建了压力测试平台,通过对天线特征参数的测试获取传感器的谐振频率,测试结果表明,基于LTCC的无线无源压力传感器的谐振频率随外界压力的增大而减小,谐振频率随压力的变化近似于线性变化,灵敏度约为543.12 kHz/bar。

时间延迟型声表面波无源传感器的无线访问

介绍了一种基于无源声表面波（ＳＡＷ）器件的无线传感器．作为敏感器件的 ＳＡＷ器件由作为换能器的 ＩＤ－Ｔａｇ和一组反射栅组成．由访问系统发射出的电磁波通过 ＩＤ－Ｔａｇ在 ＳＡＷ器件上激励起声表面波，此声表面波在器件表面传播，被ＳＡＷ器件本身状态参数调制后，反射回波再通过ＩＤ－Ｔａｇ转变成电磁波向空间发射．因此对访问系统接收到的回波信号进行分析即可得到被测量。即实现了无线传感．由于以ＳＡＷ器件为敏感元件可以研制各种各样的物理量、化学量传感器，这种无线访问传感系统可在各种场合得到应用．

一种LC谐振无线无源温度传感器的研究

无线无源传感器在工业领域具有重要的应用。设计了一种基于高介电常数陶瓷基板的无线无源LC谐振温度传感器,采用电感耦合的方式无线测试了传感器在不同温度下的特性。测试结果表明所制作的无线无源温度传感器谐振频率为1.2 MHz,随着温度的升高其谐振频率线性降低,灵敏度为2.3 kHz/℃。制作的器件实现了非接触式的温度测量,可以在比较恶劣的环境下使用。

SAW传感器及其在无源标识器中的应用

声表面波(SAW)器件作为信号处理器在现代扩频技术中已获得广泛的应用,推动了信号保密、抗干扰技术在通信、雷达、电子对抗等军用电子系统中的应用。然而,随着信息技术的深入发展,作为模拟技术的SAW技术,在信号处理领域依然展示着其实时强大的信号处理能力,同时在信息敏感方面也展现出卓越的优势,如其灵敏度高、直接频率和相位输出、多参量综合信号转换能力、性能稳定、无源低功耗、工艺简单且与半导体工艺兼容易于实现片上集成等特点,在多种物理、化学、生物传感器系统获得应用,广受重视。近年来,随着SAW器件工作频率提高到GHz以上,使得集信息敏感与信号处理、信号传输于一体的单芯片SAW无源标识器(SAW IDT)技术在多种SAW传感器系统获得广泛的应用,成为当今SAW和传感器两个技术领域的一个新发展亮点。本文基于信息敏感的角度对SAW传感器的理论、设计、结构、系统研究方向,在无源标识器(IDT)应用军方面进行了探讨。

基于LC谐振的无线无源应变传感器研究

研究一种平面螺旋电感和叉指电容并联结构的LC谐振无线无源应变传感器,利用LC谐振回路的谐振频率对不同应变的响应来表征传感器的应变特性,采用电感耦合的方式来实现无线检测。结果显示LC应变传感器的谐振频率随外加张应变增加而降低,沿电容电极长度方向谐振频率变化对应变的响应灵敏度约为0.3 kHz/με,垂直于电容电极长度方向约为0.2 kHz/με。

无源无线声表面波压力传感器研究

无源无线传感器可对快速移动或旋转等环境下的物体进行参数测量,具有无源无线等优势。为此,采用声表面波(SAW)技术和无线射频技术研究实现了一种结构简单的无源无线声表面压力传感器。基于CC1101无线射频模块实现对SAW压力传感器感知信息的无线接收。推导出CC1101射频收发模块的阻抗匹配网络的传递函数,通过MATLAB和Multism软件进行分析和仿真,确定了匹配网络的元件参数,使射频模块工作频率可调;设计并实现了传感器样机。试验结果表明,该无源无线SAW压力传感器具有精度高,稳定性好的特点,为其工程化提供了依据。

声表面波无线无源传感器

无线无源赋予声表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)传感器的显著特点使其在物联网、智能电网、智慧城市等领域日益受到关注.综述了上海交通大学在SAW基础理论、器件精确仿真分析建模、传感器无线阅读装置设计、信息获取及处理算法以及应用等方面的研究成果,详细介绍了面向智能化配网中压开关柜动静触头温度、环网柜电缆终端头温度以及配网变压器油温/油位监测的声表面波无线无源温度传感器研发与应用情况,同时介绍了耐高温声表面波无线无源传感器研发进展以及在炼铝电解槽温度监控中的应用.

声表面波谐振器型无源无线温度传感器

介绍了一种新型的单端口声表面波谐振器构成的无源无线温度传感器。分析了间歇正弦信号无线激励的单端口声表面波谐振器的响应特性。该响应为幅度衰减的振荡信号 ,振荡的中心频率为声表面波器件固有频率。设计并构造了高效、快速、较远距离自动无线遥测温度的实验系统 。

氧化铝陶瓷基无线无源压力传感器的高温性能研究

利用高温烧结陶瓷技术制备了一种基于氧化铝陶瓷的LC谐振式无线无源压力传感器,并通过合理地设计圆柱螺旋天线以及隔热结构,实现了该传感器在高温环境中的无线耦合测试。研究了传感器在不同温度下的阻抗频率特性,分析并探讨了传感器的高温性能。测试结果表明,在29℃(室温)至700℃的温度范围内,测试天线端的最高瞬时温度为188.4℃,保证了传感器高温测试的可靠性。谐振频率对温度的平均变化量为1.314 kHz/℃,两次重复性测试的相对变化量为3.81%,重复性较好。该压力传感器可应用于高温恶劣环境下的压力测试,其高温性能的研究为压力信号的准确读取奠定了良好的基础。

基于无线传感器网络的气体泄漏源定位机器人设计

如何确定有害气体泄漏源的位置是机器人主动嗅觉要解决的关键问题。围绕移动机器人气体泄漏源定位问题,将Z字形算法和浓度梯度法相结合用于机器人气味源搜索运动控制,使其快速找到气味源。同时,在传统的移动嗅觉机器人上增加了无线传感器定位模块,使操作人员在远离泄漏源的电脑上即可获得气味源的坐标信息。实验证明:机器人可以找到泄漏源,并确定气味源位置,搜索效率比单独使用浓度梯度法高。