SAW傳感器工作原理及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　扭矩是反映回轉(zhuǎn)動(dòng)力傳輸系統(tǒng)工作狀況的重要參數(shù)之一，是實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)、質(zhì)驗(yàn)、工況監(jiān)測及優(yōu)化控制等必不可少的參數(shù)。扭矩測試在汽車、船舶、飛機(jī)等領(lǐng)域中擁有廣泛應(yīng)用。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，非接觸、無源化、小型化、適應(yīng)復(fù)雜測試環(huán)境等已成為扭矩測量的發(fā)展趨勢。

　　論文首先從聲表面波諧振器的工作機(jī)理入手，介紹了扭矩傳感器測試系統(tǒng)的組成，并分析了用于扭矩測試的SAWR的特性。本文采用諧振型聲表面波傳感器測量轉(zhuǎn)軸扭矩變化，與一般應(yīng)變型扭矩傳感器一樣，通過測量與軸線成和方向上的應(yīng)變來實(shí)現(xiàn)對扭矩的測量。單端口諧振型聲表面波傳感器接收中心頻率為器件固有頻率的激勵(lì)信號之后，將作用后的回波信號通過天線返回接收端，測得回波信號頻率即可獲得此時(shí)的扭矩值。因此，性能良好的SAWR對于提高測試系統(tǒng)的測量精度非常重要。

　　軸的扭矩測量一直是個(gè)較難解決的問題。SAW傳感器由于其無源和無線測量的特點(diǎn)，恰好避免了一般有源傳感器在軸的扭矩測量中能量和信號難以傳輸?shù)娜秉c(diǎn)。本文中，我們將闡述SAW扭矩傳感器的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的無線測量系統(tǒng)。

　2聲表面波扭矩傳感器測量原理及系統(tǒng)組成

　　聲表面波扭矩傳感器是應(yīng)變型傳感器的一種，通過聲表面波諧振器感應(yīng)彈性軸體表面的剪切應(yīng)變，從而引起作用于聲表面波器件回波信號的頻率偏移，進(jìn)而獲得扭矩的被測值。

　　2.1SAW傳感器工作原理

　　目前常用的SAW傳感器的核心器件是SAW振蕩器，SAW傳感器的工作原理就是利用SAW振蕩器對各種物理、化學(xué)及生物被測量的敏感作用而引起的頻率化來實(shí)現(xiàn)對被測量的精確檢測。

　　SAW振蕩器通常分為延遲型（SAWD）和諧振型（SAWR）兩種。延遲線型振蕩器由兩個(gè)叉指換能器（IDT）的中心距決定相位反饋并由IDT的選頻功能產(chǎn)生固定的振蕩頻率。諧振型則由左右兩個(gè)反射柵陣列構(gòu)成諧振腔，聲表面波在左右反射柵之間反射、疊加形成駐波。SAWD及SAWR的結(jié)構(gòu)如圖1、2所示。

　　圖1延遲線型振蕩器

　　圖2諧振型振蕩器