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1、第25卷第3期 仪 器 仪 表 学 报2004年6月X一种新型旋转体信号测量方法的研究刘 彬 杨海马 董全林 刘 瑾(燕山大学电气工程学院 秦皇岛 066004)摘要 通过利用环形泄漏缝隙天线阵,对安装在旋转体表面的声表面波传感器施加激励,经偶极子天线耦合后作为传感器的激励源,产生的测量信号由外置环形缝隙天线阵接收,从而建立起一种天线耦合测量模型,解决了旋转体信号无线、无源、持续测量的难题。关键词 缝隙天线阵 声表面波 无源测量 应 变ANovelMethodforMeasuringSignalon
2、theRotaryObjectLiuBinYangHaimaDongQuanlinLiuJin(CollegeofElectronicEngineering,YanshanUniv.,Qinhuangdao066004,China)AbstractThroughusingacircledleakingslotaerialtodrivetheSAWsensorontherotaryobject,usingdipoleantennatohookuptheexcitationandtransmitthemeasuringsign
3、altoslotaerial,whichsolvestheproblemhowtomeasuresignalsontherotaryobjectandreslizesthewirelesspassiveandcontinuousmeasurement.KeywordsSlotaerialSAWPassivemeasurementStrain尘等恶劣环境因素有特殊限定;激光散斑法难以实现[1,2]1 引 言在线测量。因此,工业生产中迫切需要一种能够方便实现旋转机构无线、无源、持续测量的传感系统。在常用的旋转机构中,通常要把
4、有源传感器直接为实现这种需要,通过使用环形泄漏缝隙天线阵置于旋转机构上,以完成提取旋转机构应力、扭矩、振作为发射、接收途径,对旋转机构上的SAW传感器无动信号的任务。由于设备持续处于旋转状态,传感器电线供给激励并接收返回的测量信号,最大程度地使测池的定期更换将造成生产过程的不连续。因此,在保证量过程与外界影响隔离,克服了一般旋转机构测量中生产设备连续工作的同时,使测量信号持续输出便成天线发出的无线电波在到达接收单元前因旋转运动造为当前企业亟待解决的问题。成的信号盲区、绕射、多路径衰落、多普勒频移问题,从目前,设计人员常采用
5、感应电源给传感器无线供而实现了连续、不间断监测生产设备的目的。能,以解决有源传感器的不间断电源补充问题;采用磁致伸缩法实现非接触测量;采用在旋转部件表面涂上2SAW应力传感器特种材料涂层,运用光学效应反射探测信号实现非接触测量;或利用激光散斑图对被测表面形变进行非接SAW传感器是近年来发展起来的一种新型传感触分析。但是,上述方法在实际应用中均存在不足,如器,具有精度高、灵敏度高、功耗低、体积小、重量轻等感应电源法会对现场环境造成严重的电磁污染,对精优点,并且制作工艺简单,工作原理清晰,具有很大的密测量产生较大干扰;磁致伸缩
6、法测量精度低、体积应用潜力。由于SAW传感器本身所具有的高频特性大,只能反映较大范围的被测值;光学涂层法对图层材及基片的压电特性,只要使用特定天线作为激励源,就料的物理化学性能要求较高,对旋转机构振动、空间粉能实现SAW传感器自身的无源化,达到无源测量的X本文于2002年6月收到,系河北省自然科学基金(60334)、河北省科技攻关资助(02212106D)项目。©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.330仪 器 仪 表 学 报
7、 第25卷[3]目的。且通过E与频率f0(E)的关系,也为测量转轴的扭矩TSAW应力传感器由偶极子天线和SAW振荡器值提供了途径。组成,其中SAW振荡器是关键部件。通过在压电晶体表面制作叉指换能器和若干反射栅即可组成SAW振3 耦合测量原理荡器。当偶极子天线接收高频激励脉冲时,叉指换能器与各反射器间便形成往复振荡的SAW,SAW的频率转轴上的SAW传感器跟随转轴旋转时,安装在特性与压电晶体此时的受力状态直接有关,随着受力上面的SAW传感器天线亦跟随转动,如果单纯依靠[3,4]状态引起的应变变化,直接引
8、起振荡SAW频率的改此天线接收远处传来的激励信号或传出测量信号,变,从而通过这个变化频率反映被测体应变信息。在天线旋转到背对外置天线时就会产生电磁波绕射和SAW应力传感器结构,如图1所示。信号盲区的问题,不断的转动也会使信号的多普勒频移产生震荡,加大测量信号处理难度,降低系统的可靠性。考虑到以上因素,在
