声表面波温度传感器频率分级扫描方法研究.pdf

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1、28传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2016年第35卷第5期DOI：10．13873／J．1000--9787(2016)05--0028-04声表面波温度传感器频率分级扫描方法研究郑天祥，李璐，陈硕(国网智能电网研究院。北京102200)摘要：针对声表面波(SAW)谐振腔体的频率响应单侧单调特征，为提高传感器的温度响应速度，提出了一种频率分级扫描方法，将频率扫描分为粗扫频和精扫频两个阶段，以不同的扫频步长依次进行。利用粗扫频确定中心谐振频率所处的频率

2、区间，再在该频率区间内利用精扫频得到腔体中心谐振频率，可将温度传感器扫频时间降为原来的1／7。利用提出的频率扫描方法开展实验研究，分别研究了单个传感器的温度量测不确定度和多个传感器的温度量测一致性，并分析了实验结果。关键词：声表面波；温度传感器；频率扫描；分级扫描中图分类号：TM932文献标识码：A文章编号：1000--9787(2016)05-0028-04一Researc’hOnt一requencygrad1l●ngscanni●ngmet·’hoc1II“orsurt“aceacousticwavete

3、mperaturesensorZHENGTian—xiang，LILu，CHENShuo(SmartGridResearchInstitute，StateGrid，Beijing102200，China)Abstract：Frequencyresponsesofsurfaceacousticwave(SAW)resonatorsaremonotonousinsinglesidearoundresonant~equency，agradingscanningmethodisproposedtoenhanceres

4、ponsespeedofSAWsensorfortemperaturesensing．Thescanningmethodcontainstwofrequencyscanninglevels，namedasthecoarse—levelandthefine—leve1．Withthemethod，scanningtimeoftheSAWsensorfortemperatureisreducedto1／7．Theexperimentsareperformedtotestifytheeffectivenessoft

5、hemethod．TheuncertaintywithasingleSAWsensorandtheinconsistencyofmulti—SAWsensorsontemperaturemeasurementareextractedbytheexperimentalresultsareanalyzed．Keywords：surfaceacousticwave(SAW)；temperaturesensor；~equencyscanning；gradingscanning0引言水平。电网电压等级的升高对绝缘要求更

6、高，电力设备的温本文将介绍谐振型声表面波温度传感器的工作原理和度在线监测需要无线无源型温度传感器⋯。声表面波组网方法，研究传感器谐振腔体的频率响应曲线，提出谐振(SAW)传感技术是一种典型的无线无源传感技术]，根据腔体中心频率分级扫描方法，以快速查询传感器中心频率，应用场景定制传感芯片结构、优化天线设计，可实现2m和提高传感器的整体响应速度。开展频率分级扫描方法实验更远距离的无线传输，能满足电网部分电压等级下的绝缘研究，分别研究单传感器与多个传感器的温度测量一致性距离要求J。等问题。1谐振型声表面波传感器工作

7、原理与组网方法声表面波温度传感器主要采用谐振型结构，温度信息声表面波温度传感器主要有谐振型和延迟线型两种结反映在回波信号谐振频率的变化上。为提升传感器的构，谐振型结构更适宜较远距离的无线信号收发，是常见的测温响应速度，需尽快检测出声表面波器件的谐振频率。声表面波温度传感结构，其原理如图l所示J。工作过程声表面波温度传感器网络一般包含多个温度传感器，按照一定的频率间隔合理设计多个温度传感器的中心频率，保如下：读写器发送某一频率射频信号，经传感器天线进入叉证各个传感器在所测温度范围内中心谐振频率无重叠，组指换能器

8、中，由于压电晶体的逆压电效应，在晶体表面产生成多设备zzzPsgiolePfrp节点温度传感器网络J。提高单传感器的测温声表面波，该波沿晶体表面向叉指换能器两侧传播，每遇到响应速度有助于提升电网关键设备温度监测的实时性一条反射栅均有一部分波被反射回来，另一部分波透过反收稿日期：2015-09-28第5期郑天祥，等：声表面波温度传感器频率分级扫描方法研究29射栅继续传播，通过合理设计反射栅的宽度和相邻