无线无源声表面波传感器

     应用

　　这种传感器具有其独特的优越性即无需任何能量提供，可实现绝对无源，解决了有源传感器的功耗影响问题，另外，由于无线传感，可以应用于剧毒危险环境，如某些工业流程、战地环境等等。目前已经广泛应用于机械物理量如温度、湿度、压力、应变以及力矩等的检测，特别是对压力的检测目前已经成功实现商业化应用（轮胎压力监控系统 TPMS）。除了在扭矩、压力、温度、湿度方面的应用，无线传感器在化学气体、生物等领域也具有良好的应用前景。

　　图 对于扭矩检测，SAW传感器管芯粘贴在片状管壳的底部

     基本原理

　　无线传感器的基本原理是：由无线读取单元（Reader unit）发射一定频率的电磁波信号，经由无线天线由 SAW 器件的叉指换能器接收转换成 SAW，再由反射器反射回叉指换能器重新转换成电磁波信号由无线天线传输回读取单元，如果在 SAW 器件表面施加物理（如温度、湿度或者应力、压力等）或者化学（如气体吸附等）参量扰动即会引起声波速度发生变化，从而引起无线单元接收的反射信号的频率或者相位发生相应改变，实现对待测参量的无线检测。无线 SAW 传感器研究内容主要在于两个方面，其一是无线读取单元与无线天线的研制，另外一个方面则是各种类型 SAW 传感器的结构设计与研制。

     技术开发

　　应用于无线 SAW 传感器系统之中的无线读取单元类似于传统雷达系统，因此所有传统雷达系统中所采用的技术均可应用于无线 SAW 传感器的读取单元设计之中。目前的无线读取单元的设计技术大致分为两类，一种是时域采样技术，包含两种方式，一种基于脉冲雷达，这种方式适应于快速变换或者移动的检测对象，通过采用开关器件实现简单的双工器，但是由于需要快速采样与信号处理器件，成本较高，另外由于低占空度，因此应用范围较低；另外一种时域采样方式采用调频雷达，类似于脉冲式雷达，但是由于 TB 产品（其中 B 受限于 SAW器件的工作带宽， 而 T 则限制于发射机的初始延时）的使用改善了占空度，因此扩展了其应用范围。无线读取单元的另外一种设计技术为频域采样技术，也包含两种类型，其一为利用网络分析仪结构，这样即可实现低成本，降低信号处理元件使用量，具有较高的占空度，但是这种模式仅仅适宜于低速变换对象测量，另外双工器仅能以一环形元件或者两个独立天线组成，接收器设计需要有较高的动态范围；另外一种频域采样技术则是利用调频连续波（FMCW）设计，这种方法类似于前面采用网络分析结构，但是具有更高的动态分辨率。因此，在无线传感器读取单元的设计之中，多采用这种频率采样模式。根据欧洲 ISM 规定，目前主要有两个频段分配于无线 SAW 传感器读取单元设计：433.0～434.77MHz 与 2.4～2.483MHz。

　　另外，作为无线传感器的另外一个重要性能指标则是传感距离 r，其中P0为读取单元发射功率， Gi与Ge分别为无线天线增益， λ为波长， kT0为接收天线的噪声系数， B系统带宽， F为系统噪声， S/N为信噪比， D为SAW器件损耗。由此式可以看出，无线天线与SAW器件性能对传感距离有着重要影响。目前各种不同结构不同类型如环形、偶极子、螺旋型以及片状等具有较宽频带、低增益的无线天线广泛应用无线传感系统，获得了较好的传感距离，据报道最大传感距离目前已经达到 6 米以上。