基于sicn温度传感器信号收发系统的硬件平台设计

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1、分类号TP274学校代码10590UDC621.3密级公开深圳大学硕士学位论文基于SiCN温度传感器信号收发系统的硬件平台设计学位申请人姓名周东辉专业名称控制科学与工程学院（系、所）机电与控制工程学院指导教师姓名李天利讲师原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文基于SiCN传感器信号收发系统的硬件平台设计是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。论文作者签名：日期：年月日

2、基于SiCN温度传感器信号收发系统的硬件平台设计摘要温敏材料陶瓷基硅碳氮（SiCN）的提出是为了解决高速运动物体在热腐蚀、高氧化，多应力等恶劣工作环境下的温度测量，基于该材料研制而成的新型无线无源温度传感器的测温方式有别于传统温度传感器。针对SiCN的基本原理及特点，本文研制了一套用于测试该传感器的物理特征参数与环境温度间所存在耦合关系的硬件系统。本文提出无线无源SiCN温度传感器在恶劣环境下温度测量的适用性和必要性，在理论上推导建立传感器的物理参量谐振频率与环境温度间的负相关关系。为进一步验证两者关系，本文根据SiCN传感器基本工作原理与性能指标，对传

3、感器信号收发硬件系统进行需求分析，提出将基于微扰原理的谐振频率扫描跟踪法作为传感器的测试方法，传感器反馈信号与输入信号比值（S11）作为数据分析对象。综合上述分析，提出信号收发系统硬件设计方案与设计指标，对信号源、检波器和环形器等高频微波器件进行设计原理介绍和性能指标分析，对模数转换（AD）采集模块、滤波放大电路和增益放大电路等模块设计进行芯片型号对比选型。其中，基于锁相环的扫频信号源设计是本文关键技术的体现，针对其设计方案，采用集成芯片HMC833作为可控振荡器，利用理论公式对锁相环环路滤波器进行参数计算；利用安捷伦公司的先进设计系统（ADS）仿真软件

4、进行电路建模、仿真与参数整定，搭建符合系统需求的芯片外围电路。最后通过实验测试信号源与信号收发通道各个关键模块实际指标参数并分析；在整体硬件系统联调完成的基础上，通过多次实验测试连续变化温度（25℃至300℃）条件下传感器S11曲线的变化特性并分析。实验结果表明，在25℃~300℃范围内，随着温度升高，SiCN传感器谐振频率变小，与理论推导相符合，且频率温度变化率为45.92kHz/℃；传感器信号收发系统的硬件响应时间小于1ms，系统实际指标均满足系统要求；故在一定条件下，本硬件系统可代替网络分析仪对SiCN传感器进行温度测试。关键字：硅碳氮；微扰法；谐

5、振频率；扫频信号源IDesignofSignalReceivingandDispatchingHardwareSystemBasedonSiCNSensorAbstractNewthermosensitivematerialceramic-basedsiliconcarbonitride(SiCN)hasbeenproposedtosolvethetemperaturemeasurementofhighspeedmovingobjectsundersevereworkingconditions,suchashotcorrosion,highoxidati

6、onandmultiplestress.Asanewtypeofpassivewirelesstemperaturesensor,themeasuremethodisdifferentfromthetraditionaltemperaturesensor.AccordingtothecharacteristicsoftheprincipleoftheSiCN,thepaperhasdevelopedasetofhardwaresystemfortestingtherelationshipbetweenphysicalcharacteristicsande

7、nvironmentaltemperatureofthesensor.ThispaperhasputforwardthepassiveSiCNwirelesstemperaturesensorofapplicabilityandnecessityintheharshenvironmenttemperaturemeasurement,andestablishedthenegativecorrelationrelationshipbetweensensorresonancefrequencyofphysicalparametersandambienttemp

8、eratureinthetheoreticalderivation.Toveri