无源SAW加速度计及加速度测试方法技术

本发明专利技术公开了一种无源SAW加速度计及加速度测试方法，所述的加速度计由力转换装置2、SAW器件1、天线8及信号连接线9构成，SAW器件1包括换能器3、第一反射栅4a和第二反射栅4b，换能器的两个电极通过信号连接线与用于信号收发的天线相连；力转换装置2包括悬臂梁5、质量块6、固定块7，有加速度输入时，质量块产生惯性力和对固定块的惯性力矩，该力矩使得悬臂梁绕固定块挠曲变形和SAW信号在基片表面传输时间的变化，通过解算传输时间变化量即可得到输入加速度的值，信号的收发及能量的传递均通过天线完成，实现了加速度量的无源化检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及SAW器件作为敏感元件的传感器领域，特别涉及一种可实现无源化检测的SAW加速度计。
技术介绍
自1965年怀特(R. M. White)和沃尔特默(F. M. Voltmer)用叉指换能器(IDT)在压电材料表面激发出声表面波(SAW)以来，SAW技术在多个领域得到迅猛发展。基于SAW技术的传感器实现了多种物理量的检测，特别是在加速度检测方面取得了良好的效果。1988年底,法国Thomson-CSF研究中心的Hartemann博士等研制出拉_压式、非悬臂梁式、双非悬臂梁式及角形悬臂梁式四种类型的SAW加速度计，其中在分辨率方面，除拉-压式外，其余均可达到系统应用的要求。在国内，西北工业大学在悬臂梁式SAW加速度计领域开展了多年的研究，温度漂移抑制、闭环控制、信号的快速处理技术是其研究的重点并有所突破。在现有的SAW加速度计中，加速度计工作时需要有相应的供电电源，增加了成本和体积，也不适合在长寿命的场合应用；其次，加速度计工作需要有外部电路，客观上也增加了成本和体积，不利于器件的微型化；另外，信号处理终端和加速度计之间通过信号线进行信号传输，在一些距离较大且加速度计布点较多的场合需要很长的信号线才能满足使用要求，增加了检测的复杂性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种结构简单且可实现无源化检测的SAW加速度计。本专利技术的目的之一是提出一种无源SAW加速度；本专利技术的目的之二是提出一种利用该无源SAW加速度计来进行加速度测试方法。本专利技术的目的之一是通过以下技术方案来实现的 本专利技术提供的无源SAW加速度计，包括外壳、设置于外壳内的基片上的力转换装置和SAff器件； 所述SAW器件包括换能器和用于反射从换能器发出的并沿基片表面传播信号的第二反射栅； 所述换能器设置有用于输入输出信号的电极； 所述力转换装置包括悬臂梁、质量块和与外壳固定连接的固定块； 所述固定块与悬臂梁连接，所述悬臂梁与质量块连接； 所述第二反射栅及换能器之间的区域位于悬臂梁上表面。进一步，所述力转换装置还包括信号连接线和用于信号收发的天线，所述换能器的电极通过信号连接线与天线相连。进一步，所述SAW器件还包括第一反射栅，所述第一反射栅与换能器之间的区域位于固定块上表面，所述第一反射栅与第二反射栅关于换能器对称分布。进一步，所述SAW器件为谐振器型结构或延迟型SAW器件，且第一反射栅位于悬臂梁的上表面。进一步，所述悬臂梁、固定块的厚度相同，且质量块、悬臂梁通过分立制作后粘接在一起。进一步，所述SAW器件还包括设置于固定块的上表面的第三反射栅，所述第三反射栅与第一反射栅位于换能器同侧，且在高度方向完全分离无叠加。进一步，所述基片为石英和/或铌酸锂材料。本专利技术的目的之二是通过以下技术方案来实现的 本专利技术提供的利用所述无源SAW加速度计进行加速度测试方法，包括以下步骤 51:获取换能器与第二反射栅之间的信号传播时间t2 ； 52:通过第二反射栅标定时间计算信号传播时间的改变量Λ t2 ； 53:根据传播时间改变量Λ t2与加速度函数关系解算出输入加速度的值。进一步，所述解算出输入加速度的值还包括以下修正步骤 531:获取换能器与第一反射栅之间的传播时间h ； 532:通过第一反射栅传播时间h及其标定时间计算传播时间改变量Λ ； 533:根据传播时间的改变量Λ h与温度的函数关系以及传播时间的改变量Λ t2与加速度函数关系解算出输入加速度值Zl t1=f1 (,Τ),Δ t2=f2 ia, T)； 其中，所述函数关系和f2通过提前标定得到的函数表达式。进一步，所述解算出输入加速度的值还包括以下修正步骤 S34:获取换能器分别与第一反射栅、第二反射栅、第三反射栅之间的传输时间分别为11、12、t3 ； 535:通过第一反射栅传输时间、第二反射栅传输时间匕、第三反射栅传输时间G及其标定时间分别计算传播时间改变量Zl t2、A t3% 536:获取无源SAW加速度计到终端的传输距离S ； 537:通过传播时间改变量Zl t2、A G与温度八输入加速度a、加速度计到终端的传输距离^之间的加速度函数关系解算出输入加速度值Λ t1=f1 (J，S)Δ t2=f2 (J，S)Δ t3=f3 {a, Tr S) 其中，所述加速度函数关系f1、f2及f3是通过对温度八输入加速度a、加速度计到终端的传输距离^三个参变量进行提前标定得到的函数表达式。本专利技术的优点在于本专利技术采用力转换装置、SAW器件、天线和信号连接线构成无源SAW加速度，通过力转换装置的固定块与外壳固接在一起，当外部环境条件不变且敏感轴方向有加速度a输入时，力转换装置的质量块产生惯性力使得其悬臂梁绕固定块挠性弯曲，悬臂梁表面产生相应的应变，SAW在悬臂梁表面的传播速度、换能器与第二反射栅之间的传播距离和传播时间t2均发生改变，通过分析传播时间的改变量Λ t2可解算出输入加速度的值；而固定块下表面固接于器件外壳其上表面不产生应变，即换能器与第一反射栅之间的距离不变，SAff在悬臂梁表面的传播速度、换能器与第一反射栅之间的传播距离和传播时间h均不变；若外界温度T发生变化且有加速度a输入时，SAW在换能器与第二反射栅之间的传播时间t2、在换能器与第一反射栅之间的传播时间h均发生改变，且改变量Λ h和Λ t2满足函数关系Λ tffi (T), Δ t2=f2 (a, T),通过提前标定可得到函数和f2,对两个函数进行综合解算即可得出输入加速度的值a，通过该种方法可对温度信号的干扰进行有效抑制，提高输出的稳定性和精度。并且信号的收发均通过天线完成，实现了加速度量的无源化检测。克服了现有技术中的不足之处，具体表现在首先有源加速度计需要电源供电才能工作，缩短了整个器件的使用寿命，不适合长寿命工作的应用场合；其次有源SAW加速度计供电电源及换能器激振电路的存在也增加了器件的体积和成本，不利于器件的进一步微型化及低成本化；另外，有源SAW加速度计的输出信号经由信号线后到达信号处理终端，在一些距离较大及加速度计布点较多的应用场合，信号线过多增加了检测过程中布线的复杂性，增加了工程应用的成本。 同时，该无源SAW加速度还具体以下优点 其一，加速度计器件内部无供电电源，使用寿命不受电源电量的限制，相对有源加速度计可较大幅度的提闻使用寿命； 其二，加速度计器件内部无需供电电源和换能器激振电路，成本低，体积小，可实现器件的微型化； 其三，加速度计信号的输出通过无线传输的方式实现，省去了冗长的信号线，极大地降低了多点加速度检测时的布线复杂性。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，其中 图1是使用本专利技术的实施方案I的无源SAW加速度计示意图，其中SAW器件为延迟型结构且左端为一个反射栅； 图2是使用本专利技术的实施方案2的无源SAW加速度计示意图，其中SAW器件为谐振器型结构； 图3是使用本专利技术的实施方案3的无源SAW加速度计示意图，其中SAW器件为延迟型结构且左端为两个反射栅； 图4是使用本专利技术的力转换装置的一个实施方案示意图。具体实施例方式以下将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述；本文档来自技高网...

【技术保护点】
无源SAW加速度计，包括外壳，其特征在于：还包括设置于外壳内的基片上的力转换装置和SAW器件；所述SAW器件包括换能器和用于反射从换能器发出的并沿基片表面传播信号的第二反射栅；所述换能器设置有用于输入输出信号的电极；所述力转换装置包括悬臂梁、质量块和与外壳固定连接的固定块；所述固定块与悬臂梁连接，所述悬臂梁与质量块连接；所述第二反射栅及换能器之间的区域位于悬臂梁上表面。

【技术特征摘要】
1.无源SAW加速度计，包括外壳，其特征在于还包括设置于外壳内的基片上的力转换装置和SAW器件；所述SAW器件包括换能器和用于反射从换能器发出的并沿基片表面传播信号的第二反射栅；所述换能器设置有用于输入输出信号的电极；所述力转换装置包括悬臂梁、质量块和与外壳固定连接的固定块；所述固定块与悬臂梁连接，所述悬臂梁与质量块连接；所述第二反射栅及换能器之间的区域位于悬臂梁上表面。2.根据权利要求1所述的无源SAW加速度计，其特征在于还包括信号连接线和用于信号收发的天线，所述换能器的电极通过信号连接线与天线相连。3.根据权利要求1所述的无源SAW加速度计，其特征在于所述SAW器件还包括第一反射栅，所述第一反射栅与换能器之间的区域位于固定块上表面，所述第一反射栅与第二反射栅关于换能器对称分布。4.根据权利要求1所述的无源SAW加速度计，其特征在于所述SAW器件为谐振器型结构或延迟型SAW器件，且第一反射栅位于悬臂梁的上表面。5.根据权利要求1所述的无源SAW加速度计，其特征在于所述悬臂梁、固定块的厚度相同，且质量块、悬臂梁通过分立制作后粘接在一起。6.根据权利要求1所述的无源SAW加速度计，其特征在于所述SAW器件还包括设置于固定块的上表面的第三反射栅，所述第三反射栅与第一反射栅位于换能器同侧，且在高度方向完全分离无叠加。7.根据权利要求1所述的无源SAW加速度计，其特征在于所述基片为石英和/或铌酸锂材料。8.利用权利要求1所述的无源SAW加速度计进行加速度测试方法，其特征在于包括以下步骤51:获取换能器与第二反射...

【专利技术属性】
技术研发人员：林丙涛，卜继军，马晋毅，丁毅，杜波，赵建华，翁邦英，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十六研究所，
类型：发明
国别省市：