一种薄膜传感器的频率响应测试方法与流程

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种薄膜传感器的频率响应测试方法。

背景技术：

薄膜传感器特有的性能使其在可穿戴智能监控设备上的应用越来越广泛，频率响应特性是衡量薄膜传感器的一项主要参数，频率响应决定了传感器可以测量的频率范畴，频率响应越高可测的信号频率范围越宽。比如采集人体心音信号时，心音具有较宽的频率响应范围，那么就需要具有频率响应相适应的薄膜传感器，如何简单有效的测量薄膜传感器的频率响应范围，值得我们考虑。

技术实现要素：

本发明提供了一种测试方法简单、有效的薄膜传感器的频率响应测试方法，本发明的工作原理是超声波换能器能够将输入的电功率转换成机械功率(即超声波)再传递出去，而自身消耗很少的一部分功率，信号发生器产生的低压低功率正弦波信号经过功率放大器加载到超声波换能器负载上，即超声波换能器能产生和信号发生器频率一致的超声波信号。

超声波换能器和薄膜传感器同时放在无电磁干扰并能够传递超声波的介质中，超声波通过介质传递到薄膜传感器上，介质振动传递到薄膜传感器后在薄膜传感器上产生微弱的机械振动，根据压电效应，薄膜传感器的振动产生电荷的移动，通过采集传感器输出的电荷信号，还原出信号源发出的信号的类型。

一种薄膜传感器的频率响应测试方法，其特征在于，包括：

调制信号发生器输出频率、峰值；

将信号发生器的输出端与功率放大器的输入端相连，功率放大器的输出端与超声波换能器的输入端相连，通过功率放大器来输出较大功率，使放大后的信号可以直接驱动负载，即能够直接驱动超声波换能器，超声波换能器就能产生和信号发生器频率一致的超声波信号；

电荷放大器、滤波电路和后置放大电路采用仪器—信号放大器，将电荷放大器的输入端与薄膜传感器相连，后置放大电路输出端与示波器通道相连，仪器—信号放大器包括依次连接的电荷放大器、滤波电路和后置放大电路三个模块，电荷放大器将薄膜传感器输出的电荷转换为电压信号，滤波电路滤除薄膜传感器产生的电磁干扰，后置放大电路将微弱的电压信号进行放大，可以理解的是，仪器—信号放大器为现有技术，设置放大器的增益固定位和带通滤波频段；

将超声波换能器的输入端通过信号线与示波器相连，设置示波器时间轴和电压量程；

将超声波换能器与薄膜传感器放置到能够传递超声波的介质之中；

激活信号发生器的输出，并给整个系统供电；

对比示波器上显示的加载到超声波换能器上的驱动信号波形和薄膜传感器采集超声波换能器产生的机械震动信号波形，得出该薄膜传感器对该频率的频率响应性能。

作为优选，改变信号发生器的信号频率，并相应更换频率与之匹配的换能器，重新测试不同频段的传感器性能。

作为优选，所述介质为润滑油。

作为优选，所述换能器与薄膜传感器之间的位置根据需要进行调整。

作为优选，所述信号发生器输出信号为正弦波。

作为优选，所示测试方法需要在无电磁干扰环境下进行。

本发明有益效果为：对测量设备要求低，使用润滑油作为机械振动传递介质，可以很好的传递超声波振动信号，成本低廉，使用现有的仪器仪表即可采用本测量方法对薄膜传感器频率响应特性进行测量，测试方法简单有效。

附图说明

图1：本发明测试方法工作流程图；

图2：频率为100khz时示波器显示的波形图；

图3：频率为50khz时示波器显示的波形图；

图4：频率为20khz时示波器显示的波形图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

实施例一：

如图1所示，一种薄膜传感器的频率响应测试方法，在无电磁干扰环境中，包括：

a)搭建测试平台，将各个仪器进行连接，将信号发生器1调制为输出频率100khz、峰值5v的正弦波，用作测试信号源；

将信号发生器1的输出端与功率放大器2的输入端相连，功率放大器2的输出端与超声波换能器3的输入端相连；

电荷放大器5、滤波电路6和后置放大电路7采用仪器--信号放大器，将电荷放大器5的输入端与薄膜4相连，后置放大电路7输出端与示波器8三通道(ch3)相连；

将仪器—信号放大器的增益固定位设置为40db，带通滤波频段为1khz-100khz；

将超声波换能器3的输入端通过信号线与示波器8一通道(ch1)相连，可以在示波器8上显示加载到超声波换能器3上的驱动信号；

将示波器8时间轴设置为10us，电压量程ch1为5v，ch3为500mv。

b)将超声波换能器3与薄膜传感器4浸入到盛有润滑油的玻璃箱9中，所述超声波换能器3与薄膜传感器4相互靠近，二者之间距离根据需要进行调整。

c)激活信号发生器1的输出，并给整个系统供电。

d)如图2所示，对比示波器8上显示的加载到超声波换能器3上的驱动信号波形(ch1:频率100.10khz,峰-峰值12.7v)和薄膜传感器4采集超声波换能器3产生的机械震动信号波形(ch3：频率100.24khz,峰-峰值540mv)，薄膜传感器4采集超声波换能器3产生的机械震动信号波形可以还原出加载到超声波换能器3上的驱动信号波形，即正弦波形，得出该薄膜传感器4对频率为100khz的频率响应性能较好。

实施例二：

如图1所示，一种薄膜传感器的频率响应测试方法，在无电磁干扰环境中，包括：

a)搭建测试平台，将各个仪器进行连接，将信号发生器1调制为输出频率50khz、峰值5v的正弦波，用作测试信号源；

将信号发生器1的输出端与功率放大器2的输入端相连，功率放大器2的输出端与超声波换能器3的输入端相连；

电荷放大器5、滤波电路6和后置放大电路7采用仪器--信号放大器，将电荷放大器5的输入端与薄膜传感器4相连，后置放大电路7输出端与示波器8三通道(ch3)相连；

将仪器—信号放大器1的增益固定位设置为40db，带通滤波频段为1khz-100khz；

将超声波换能器3的输入端通过信号线与示波器8一通道(ch1)相连，可以在示波器8上显示加载到超声波换能器3上的驱动信号；

将示波器8时间轴设置为20us，电压量程ch1为5v，ch3为500mv。

b)将超声波换能器3与薄膜传感器4浸入到盛有润滑油的玻璃箱9中，所述超声波换能器3与薄膜传感器4相互靠近，二者之间距离根据需要进行调整。

c)激活信号发生器1的输出，并给整个系统供电。

d)如图3所示，对比示波器8上显示的加载到超声波换能器3上的驱动信号波形(ch1:频率50.08khz,峰-峰值19.7v)和薄膜传感器4采集超声波换能器3产生的机械震动信号波形(ch3：频率49.96khz,峰-峰值560mv)，薄膜传感器4采集超声波换能器3产生的机械震动信号波形可以还原出加载到超声波换能器3上的驱动信号波形，即正弦波形，得出该薄膜传感器4对频率为50khz的频率响应性能较好。

实施例三：

如图1所示，一种薄膜传感器的频率响应测试方法，在无电磁干扰环境中，包括：

a)搭建测试平台，将各个仪器进行连接，将信号发生器1调制为输出频率20khz、峰值5v的正弦波，用作测试信号源；

将信号发生器1的输出端与功率放大器2的输入端相连，功率放大器2的输出端与超声波换能器3的输入端相连；

电荷放大器5、滤波电路6和后置放大电路7采用仪器--信号放大器，将电荷放大器5的输入端与薄膜传感器4相连，后置放大电路7输出端与示波器8三通道(ch3)相连；

设置仪器—信号放大器的增益固定位为40db，带通滤波频段为1khz-100khz；

将超声波换能器3的输入端通过信号线与示波器8一通道(ch1)相连，可以在示波器8上显示加载到超声波换能器3上的驱动信号；

将示波器8时间轴设置为50us，电压量程ch1为20v，ch3为500mv。

b)将超声波换能器3与薄膜传感器4浸入到盛有润滑油的玻璃箱9中，所述超声波换能器3与薄膜传感器4相互靠近，二者之间距离根据需要进行调整。

c)激活信号发生器1的输出，并给整个系统供电。

d)如图4所示，对比示波器8上显示的加载到超声波换能器3上的驱动信号波形(ch1:频率20.006khz,峰-峰值70v)和薄膜传感器4采集超声波换能器3产生的机械震动信号波形(ch3：频率19.946khz,峰-峰值540mv)，薄膜传感器4采集超声波换能器3产生的机械震动信号波形可以还原出加载到超声波换能器3上的驱动信号波形，即正弦波形，得出该薄膜传感器4对频率为20khz的频率响应性能较好。

可以理解的是，仪器—信号放大器的增益固定位和带通滤波频段、示波器8时间轴和电压量程可根据信号发生器1输出频率信号及显示效果进行相应的调整。

可以理解的是，在搭建测试平台时，各个仪器连接先后顺序可以调整，比如，先将信号发生器1的输出端与功率放大器2的输入端相连，功率放大器2的输出端与超声波换能器3的输入端相连，然后将电荷放大器5的输入端与薄膜传感器4相连，后置放大电路7输出端与示波器8三通道(ch3)相连。也可以先将电荷放大器5的输入端与薄膜传感器4相连，后置放大电路7输出端与示波器8三通道(ch3)相连，然后将信号发生器1的输出端与功率放大器2的输入端相连，功率放大器2的输出端与超声波换能器3的输入端相连。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。