声表面波气体传感器信号检测电路的设计与优化

论文摘要

目前,我国的传感器发展迅速,已经广泛应用于军事和民用等各个领域,已经渗透到人们的日常生活之中,因此,对新型传感器的研究已经成为当今传感器研究的主要方向。声表面波气体传感器具有成本低、体积小、精度高、分辨率高、易于集成化等优点,可应用于环境监测,化学监控等方面,已经成为现在传感器研究的热点之一。在声表面气体传感器的应用中,敏感薄膜在吸附气体的过程中,待测气体使声表面波传输路径中介质的动力学特性发生改变,进而改变声表面波器件的谐振频率。与之配套的信号检测电路检测到这个频率改变量,从而得到待测气体的相关特性,而检测电路的性能直接影响着传感器系统的检测精度和准确度等技术指标。因此,检测电路的设计在声表面波气体传感器中是一个至关重要的环节。本论文的主要内容是设计用于声表面波气体传感器的信号检测电路,并对电路的相关性能进行测试。针对双端谐振型声表面波器件,设计基于频率检测手段的检测电路。首先,我们设计基于谐振器的振荡电路,让振荡电路产生稳定的振荡,输出与谐振器频率相关的频率信号。然后设计混频电路,将涂有敏感薄膜的谐振器所在的振荡电路的输出信号与未涂敏感薄膜的谐振器所在的参考振荡电路的输出信号经过混频之后,得到其差频信号。差频信号经过整形电路之后,变成方便用于后期基于单片机电路进行数据处理的信号。最后,将设计的方案经过制作印制电路板、焊接元器件等程序,制作出实际的电路,并根据实际情况制作用于保护敏感单元和便于进行气体检测的封闭气室。论文还介绍了检测电路的性能测试和实际应用的测试。在性能测试实验中,主要测量了检测电路中振荡电路和混频电路的输出信号,从测试数据中分析检测电路的相关性能。同时,对检测电路的稳定度进行了测试,测试结果表明,该电路具有良好的性能。对检测电路的实际应用,我们进行了气敏特性测试,用涂有聚甲基-{3-[2-羟基-4, 6-二（三氟甲基）]苯基}-丙基硅氧烷（DKAP）敏感薄膜的声表器件测试对DMMP的气敏特性,测量检测电路的输出信号。测试结果表明,检测电路在实际应用中能够表现出良好的性能,满足应用的需求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 声表面波技术
• 1.1.1 声表面波技术的发展概况
• 1.1.2 声表面波技术的特点
• 1.2 声表面波传感器的概述
• 1.3 声表面波气体传感器的特点
• 1.4 课题的提出及研究的主要内容
• 第二章 声表面波传感器的基础原理
• 2.1 声表面波的基本类型
• 2.2 叉指换能器
• 2.3 声表面波器件
• 2.4 声表面波传感器及其应用
• 第三章 声表面波传感器信号检测电路的设计
• 3.1 声表面波器件的选择
• 3.2 检测电路设计方案的选择
• 3.3 信号检测电路的设计
• 3.3.1 振荡电路
• 3.3.2 混频电路
• 3.3.3 整形电路
• 3.3.4 电源电路
• 3.4 印制电路板的设计与制作
• 3.5 敏感单元封闭气室的设计与制作
• 第四章 检测电路的测试及应用分析
• 4.1 检测电路测试结果及分析
• 4.1.1 振荡电路的测试分析
• 4.1.2 混频电路的测试分析
• 4.2 检测电路稳定性的测试及分析
• 4.3 检测电路用于气敏特性的测试
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果