谐振式SAW无线传感系统的测量不确定度分析.pdf

《谐振式SAW无线传感系统的测量不确定度分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第36卷第5期压电与声光Vol_36NO．52014年1O月PIEZOEIECTRICS&ACOUST()0PTICSOct．2O14文章编号：10042474(2014)05—069803谐振式SAW无线传感系统的测量不确定度分析傅洋，韩韬，刘伯权(上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海200240)摘要：结合谐振式声表面波(SAW)无线传感系统的脉冲查询原理，从阅读器的硬件系统出发，研究了其本振相位噪声和模数转换器(ADC)误差两个主要误差源，并分别分析了两者对系统的测量不确定度带来的影响，最后

2、对各自的分量进行合成。通过定量分析，选择合适参数，改进系统的硬件设计，使其测量性能得到更大提高。关键词：声表面波(SAW)；相位噪声；模数转换器(ADC)；信噪比；标准差中图分类号：TN65；TB556文献标识码：AAnalysisofMeasurementUncertaintyofResonantSAWWirelessSensorSystemFUYang，HANTao，LIUBoquan(SchoolofElectronicInformationandElectricalEngineering，Sh

3、anghaiJiaolongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：CombinedwithpulsedinterrogationprincipleofresonantSAWwirelesssensorsystem。basedOilthereaderhardwaresystem，thetWOmainsourcesoferror，whicharelocaloscillatorphasenoiseandADCerrorarestudied．Theeffectsof

4、thetwomainsourceerrorsonthesystemmeasurementuncertaintyhavebeenanalyzedre—spectively，andeachcomponenthasbeensynthesized．Quantitativeanalysiscanbeusedasaguidetochooseappropriateparametersandimprovethesystemhardwaredesign，andthemeasurementperformancecanbe

5、enhancedgreatly．Keywords：SAW；phasenoise；ADconverter；signaltOnoiseratio；standarddeviation0引言指导，改进系统设计，使测量精度得到更大改善。基于声表面波(SAw)技术的无线传感器具有1本振相位噪声分析纯无源(传感器不需电源)、耐受恶劣环境(高、低温本振的相位噪声是影响电路系统灵敏度、选择和射线辐照)和长寿命等特点，使SAW无线传感器性及线性度的重要因素。其一般用单边带1Hz带在测温、测压等领域中优势明显口J。声表面波

6、谐振宽内的相位噪声功率谱密度￡(_，’)表示。脉冲器(SAWR)与延迟线型传感器相比，其插损小，有效查询式谐振型SAW传感系统的基本原理是通过向品质因数(Q)大l2]，适合于无线传感器。在脉冲查询谐振器SAWR发送短脉冲，接受其反射的回波信式谐振型SAW传感系统中，阅读器发送频率接近号，测量该回波相对本振的谐振频率。SAWR谐振频率的短脉冲激励SAWR，使其能量达根据Ieeson的反馈振荡器模型[=5，振荡器的到稳态。脉冲发射结束后，谐振器处于自由衰减状单边带相位噪声为态，并通过天线不断向外发送能量，

7、阅读器收到专(+厶fm等)×去(2fLo，SAWR返回的衰减信号，再用谱分析的方法估计接收信号的频率，就可获得SAWR的谐振频率，从fm<而测得传感量的数值。针对上述测量系统，如何进￡(f)一一步提高测量精度、优化性能是研究重点。本文将(+)FkTflA)<<从阅读器的硬件系统出发，研究其主要误差源，重点分析本振相位噪声和模数转换(ADC)误差对整个2：Pfm>jc系统的测量不确定度所带来的影响，从而可以此为(1)收稿日期：20131204基金项目：国家自然科学基金资助项目(11174205)作者简介

8、：傅洋(1987一)，男，上海人，硕士生，主要从事声表面波无线无源传感器研究。韩韬(1973一)，男，山东莱芜人，教授，博士，主要从事基于声表面波技术的射频标签和传感器方面的应用基础的研究。E—mail：than@sjtu．edu．cn第5期傅洋等：谐振式SAW无线传感系统的测量不确定度分析式中：为振荡器中心频率；为偏离载频频率；的分辨率可达0．075℃，此分辨率已可满足一般的厂为闪烁噪声拐角频率；Q为振荡器的有载品质测温需求。若相噪大小降低至一100d