声表面波传感器的电路测量方法

图5.39所示为声表面波传感器的振荡电路，它主要包含声表面波器件、放大器、移相器三个部分。其中，放大器用于补偿振荡电路中的能量损耗，移相器用于调节振荡电路的相移。

图5.39　声表面波振荡电路

为保证声表面波振荡电路产生振荡，应该满足以下两个基本条件：式中，GA表示放大器的增益；Ls表示声表面波器件的插入损耗；Le、Lo分别表示移相器及电路中其他损耗；φs表示声表面波器件处于振荡状态时的相移，与频率f呈线性关系，φa、φe分别表示回路中放大器及移相器的相移，φe可变。

将放大器的输出信号正反馈到输入端作为输入信号，只要放大器的增益值能够大于振荡电路中的损耗（以声表面波器件的插入损耗为主），同时环路的总相移为零或为2π的整数倍，电路将产生稳定振荡，使声表面波传感器振荡电路正常工作。

研究表明，SAW传感器的测量精度随谐振频率的增大而提高，同时，单端对谐振器型SAW传感器的灵敏度优于双端对谐振器型SAW传感器。图5.40所示为单端对谐振器型SAW谐振器的等效电路。

图5.40　单端对SAW振荡器等效电路

如果忽略电阻R1，该振荡器两端呈现纯电抗特性，其串联谐振频率为

其并联谐振频率为(www.xing528.com)

对于单端对谐振器型声表面波传感器，采用电容反馈式振荡电路的测量原理如图5.41所示。

图5.41　电容反馈式振荡电路

电容反馈式振荡电路具有以下特点：

①可以削弱高次谐波的影响，输出波形失真小，更接近于正弦波；

②适当增大环路的电容值可削弱电路中的不稳定因素对振荡频率造成的影响，起到提高频率稳定度的作用；

③可以仅使用电子元器件所具有的输入与输出之间的结电容作为环路电容，因此振荡电路可工作于相对较高的频率。

在实际应用中，一般采用双通道差分结构（混频）来减小环境因素的影响，如图5.42所示。

图5.42　双通道差分结构

双通道差分结构由四部分组成，第一部分是两路SAW传感器振荡电路，其中一个通道的SAW传感器涂覆敏感膜作为测试通道，另一个通道的SAW传感器未涂覆敏感膜，作为参考通道用于对环境因素的补偿。SAW传感器的谐振频率由该振荡电路输出，是整个电路的信号发生源。第二部分是混频电路，混频电路将两路输出频率进行混频，并通过低通滤波器滤除高频成分，得到两路信号的频率差。第三部分为放大整形电路，其作用是将混频后的频率差转化为可测量的逻辑电平，以方便频率计数电路的检测。第四部分是频率计数部分，用于检测频率差并显示。