专利名称：基于扫频技术的乐甫波传感器测试系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种乐甫波传感器，尤其涉及一种基于扫频技术的乐甫波传感器测试系统，属于新型传感器领域。
背景技术：
谐振是系统的一种特性，在谐振频率点上，系统以最低的损耗维持输入能量，系统响应得到显著增强。谐振式传感器基于被测物理、化学参量对谐振器的谐振特性参数进行调制，通过测量谐振器的谐振参数变化来实现对被测对象的检测。声波传感器是一种新型谐振式传感器。声波传感器以压电材料作为敏感器件，利用压电效应，通过换能器在压电基片上激发出弹性波，主要根据声波的谐振频率随被测对象变化来实现检测功能。通常来说，声波传感器可分为声表面波传感器、兰姆波传感器、乐甫波传感器三种类型。其中，乐甫波传感器最适于液相检测，同时也适合气体检测。迄今为止，乐甫波传感器的实用化程度还不是很高，大部分的研究尚处于实验室阶段，主要的测量仪器为网络分析仪。如果设计出的传感器测试系统能够实现网络分析仪的扫频功能，可使乐甫波传感器突破实验室使用局限，实现工业在线应用。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于扫频技术的乐甫波传感器测试系统，实现网络分析仪的扫频功能，使乐甫波传感器突破实验室使用局限，实现工业在线应用。本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案—种基于扫频技术的乐甫波传感器测试系统，包括信号源模块、乐甫波传感器、信号转换模块、信号采集模块、微控制器模块、显示模块；其中信号源模块的输出端分别连接乐甫波传感器的输入端和信号转换模块的第一输入端，乐甫波传感器的输出端连接信号转换模块的第二输入端，信号转换模块的输出端连接信号采集模块的输入端，信号采集模块的输出端连接微控制器模块的输入端，微控制器模块的输出端连接信号源模块的输入端和显示模块的输入端。进一步的，本实用新型的基于扫频技术的乐甫波传感器测试系统，所述乐甫波传感器包括压电基片、输入叉指换能器、输出叉指换能器、非压电薄膜，其中输入叉指换能器和输出叉指换能器沉积在压电基片表面上，分左右两侧对称排布，非压电薄膜溅射或旋涂在压电基片表面并且覆盖输入叉指换能器和输出叉指换能器。进一步的，本实用新型的基于扫频技术的乐甫波传感器测试系统，所述信号源模块采用美国ADI公司的AD9912芯片。进一步的，本实用新型的基于扫频技术的乐甫波传感器测试系统，所述信号转换模块采用美国ADI公司的AD8302芯片。进一步的，本实用新型的基于扫频技术的乐甫波传感器测试系统，所述信号采集模块采用微处理器内部集成的A/D转换电路实现。进一步的，本实用新型的基于扫频技术的乐甫波传感器测试系统，所述微控制器模块采用基于ARM内核的STM32。本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果1.与声表面波传感器和兰姆波传感器相比，乐甫波传感器最适于液相检测，同时也适合气体检测。2.本实用新型能够实现网络分析仪的扫频功能，从而使乐甫波传感器突破实验室使用局限，实现工业在线应用。
图1是本实用新型的结构模块框图。图2是本实用新型的乐甫波传感器结构示意图。图3是本实用新型的测试电路模块框图。上述图中的标号名称1-压电基片，2-输入叉指换能器，3-输出叉指换能器，4-非压电薄膜。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明如图1所示，一种基于扫频技术的乐甫波传感器测试系统。其结构包括信号源模块、乐甫波传感器、信号转换模块、信号采集模块、微控制器模块、显示模块。其中信号源模块的输出端连接传感器模块的输入端和信号转换模块的第一输入端，传感器模块的输出端连接信号转换模块的第二输入端，信号转换模块的输出端连接信号采集模块的输入端，信号采集模块的输出端连接微控制器模块的输入端，微控制器模块的输出端连接信号源模块的输入端和显示模块的输入端。乐甫波传感器的制作工艺分为基片制作、叉指图形制作、叉指复制和薄膜旋涂四个部分，制作完成后对其进行封装。乐甫波传感器实物比壹圆硬币还要小，属于微传感器范畴，适于微量液体及气体检测。如图2所示，乐甫波传感器结构示意图。包括压电基片1、输入叉指换能器2、输出叉指换能器3、非压电薄膜4。其中压电基片1所用材料为36° 钽酸锂；输入叉指换能器2和输出叉指换能器3沉积在压电基片表面上，所用材料为铜，叉指对数为75对，叉指周期为11. 06 μ m,叉指宽度为2. 875 μ m,叉指间距为2. 875 μ m,叉指厚度为0. 2 μ m,孔径为 1750 μ m,两叉指之间的中心距为6160 μ m ；非压电薄膜4旋涂在压电基片1表面并且覆盖输入叉指换能器和输出叉指换能器，所用材料为SU-8光刻胶，厚度为0. 28 μ m0 X1方向为乐甫波传播方向、&方向为水平剪切方向，A方向为基片法线方向。如图3所示，一种基于扫频技术的乐甫波传感器测试电路模块框图。信号源模块通过DDS (Direct Digital Synthesizer，直接数字合成器)电路实现，采用美国ADI公司的 AD9912芯片，该芯片能产生高达400MHZ的正弦波信号，响应速度快，频率分辨率高；信号转换模块把传感器输入激励信号与输出响应信号幅值比转换为模拟电压信号，采用美国ADI 公司的AD8302芯片；信号采集模块采用微处理器内部集成的A/D转换电路实现；微控制器模块采用基于ARM内核的STM32。本实用新型的基于扫频技术的乐甫波传感器测试系统在工作时的步骤如下1)当乐甫波传感器处于参考状态，即不负载被测对象时，DDS电路在STM32的控制下以一定频率间隔扫频输出激励信号，扫频范围以乐甫波器件的理论谐振频率为中心， 频率上下限视传感器参数及被测对象而定；2) DDS电路的输出分两路，一路用于激励输入叉指换能器，另一路接入AD8302电路的输入通道B;3)乐甫波传感器在输入叉指换能器输入激励信号的作用下，输出叉指换能器输出响应信号，接入AD8302电路的输入通道A ；4) AD8302电路把输入通道A和B的幅值比转换为模拟电压信号，经输出端送入 A/D转换电路；5) A/D转换电路把模拟电压信号转换为数字信号，送入STM32 ；6)在一次完整扫频中，STM32对A/D转换电路送来的数字信号进行处理，获得乐甫波传感器的幅频特性曲线并得到参考状态时的谐振频率；7)当乐甫波传感器处于测量状态，即负载被测对象时，重复步骤1)至步骤6)，得到乐甫波传感器处于测量状态时的谐振频率，并与参考状态时的谐振频率相比较获得谐振频率的偏移；8)该谐振频率偏移与被测对象的特征参数有对应关系，通过显示模块显示出被测对象的特征参数以提供给用户。
权利要求1.一种基于扫频技术的乐甫波传感器测试系统，其特征在于包括信号源模块、乐甫波传感器、信号转换模块、信号采集模块、微控制器模块、显示模块；其中信号源模块的输出端分别连接乐甫波传感器的输入端和信号转换模块的第一输入端，乐甫波传感器的输出端连接信号转换模块的第二输入端，信号转换模块的输出端连接信号采集模块的输入端， 信号采集模块的输出端连接微控制器模块的输入端，微控制器模块的输出端连接信号源模块的输入端和显示模块的输入端。
2.根据权利要求1所述的基于扫频技术的乐甫波传感器测试系统，其特征在于所述乐甫波传感器包括压电基片、输入叉指换能器、输出叉指换能器、非压电薄膜，其中输入叉指换能器和输出叉指换能器沉积在压电基片表面上，分左右两侧对称排布，非压电薄膜溅射或旋涂在压电基片表面并且覆盖输入叉指换能器和输出叉指换能器。
3.根据权利要求1所述的基于扫频技术的乐甫波传感器测试系统，其特征在于所述信号源模块采用美国ADI公司的AD9912芯片。
4.根据权利要求1所述的基于扫频技术的乐甫波传感器测试系统，其特征在于所述信号转换模块采用美国ADI公司的AD8302芯片。
5.根据权利要求1所述的基于扫频技术的乐甫波传感器测试系统，其特征在于所述信号采集模块采用微处理器内部集成的A/D转换电路实现。
6.根据权利要求1所述的基于扫频技术的乐甫波传感器测试系统，其特征在于所述微控制器模块采用基于ARM内核的STM32。
专利摘要本实用新型公开了一种基于扫频技术的乐甫波传感器测试系统，属于新型传感器领域。本实用新型的系统结构包括信号源模块、乐甫波传感器、信号转换模块、信号采集模块、微控制器模块、显示模块。信号源模块的输出端分别连接乐甫波传感器的输入端和信号转换模块的第一输入端，乐甫波传感器的输出端连接信号转换模块的第二输入端，信号转换模块的输出端连接信号采集模块的输入端，信号采集模块的输出端连接微控制器模块的输入端，微控制器模块的输出端连接信号源模块的输入端和显示模块的输入端。本实用新型可实现网络分析仪的扫频功能，使乐甫波传感器突破实验室使用局限，实现工业在线应用。
文档编号G01N29/036GK202221424SQ20112031421
公开日2012年5月16日 申请日期2011年8月24日 优先权日2011年8月24日
发明者卢旭, 夏前亮, 陈智军, 陈涛, 黄鑫 申请人:南京航空航天大学