Page 126 - 《应用声学》2022年第1期

122 2022 年 1 月

号解调，此最大频率偏差约存在 2 Nm 的测量误差，
3 实验结果分析
可以保证 SAW 扭矩传感器 ±1%FS的测量精度，验
为了验证本文在 SAW 谐振器谐振频率快速检 证了本文快速检测方法的可行性。
测方法的可行性，在室温下，使用本文快速检测硬 将本文快速检测方法与 SAW 回波信号功率检
件系统对谐振频率为430.6468 MHz、品质因数约为 波的检测方法 [4] 进行对比，在同样 700 kHz 带宽内
6000 的 SAW 谐振器进行快速检测，设置扫频区间 进行扫频，对 SAW 回波信号进行功率检波检测方
为 [430.3，431.0] MHz，在 700 kHz 带宽内设置 700 法完成一次频率检测需要对 SAW 谐振器进行 110
个扫频点，每个频点持续50 ns，总扫频时间为35 µs， 次激励，每次激励时间约为100 µs，同时需要对每次
最终经比较器输出结果如图 5 所示。连续取 500 次 的回波信号进行数据处理，用时大于11 ms。综上分
快速谐振检测结果如图6所示。 析，两种检测方法使用时间对比如表1所示。

表 1 两种 SAW 谐振器检测方法耗时对比
3.0
Table 1 Time-consuming comparison of
2.5
two SAW resonator demodulation meth-
ᣥѣႃԍ/V 1.5 ods
2.0

1.0 方法 扫频带宽 一次检测耗时
0.5 功率检波检测回波功率方法 700 kHz > 11 ms
本文快速回波损耗检测方法 700 kHz 35 µs
430.3 430.4 430.5 430.6 430.7 430.8 430.9 431.0
ᮠဋ/MHz
由表 1可知，本文SAW谐振器谐振频率快速检
图 5 快速检测系统比较器输出分析结果
测方法进一步提高了 SAW 谐振器谐振频率的检测
Fig. 5 Quick detection system comparator output
速度。相比于 SAW 回波信号功率检波的检测方法，
analysis results
提高了两个数量级。
430.646
为了验证本文 SAW 扭矩传感器快速检测系统
在高速旋转环境下的适用性，采用 cence 公司型号
430.645
为 H1650 的高速离心机模拟高速旋转环境，搭建高
ᮠဋͥᝠϙ/MHz 430.643 速旋转测试平台如图7所示。
430.644
在离心机内，使用环状天线对 SAW 传感器进
行无线通信，在整个旋转密闭空间内，SAW 谐振器
430.642
的发射天线与接收天线距离约 1 cm，离心机内部
430.641
SAW天线安装如图8(a)所示，高速旋转状态下的运
行状态如8(b)所示。
430.640
0 100 200 300 400 500
ᮠဋͥᝠ൓஝
ᰴᤴ஽ᣁሏॷ఻ DSPηՂܫေ౜
ʽͯ఻
图 6 500 次快速谐振频率检测结果
Fig. 6 Test result of 500 times fast resonance fre-
quency
由图 6 可知，使用本文的快速频率检测方法进
行频率估计，由于电磁、温度等环境噪声的影响，可
ঌᤴೝ฾
能导致回波损耗产生波动，比较器输出随之变化，使 ႃ᡹౜
得每次频率估计存在不定值偏差，统计 500 次频率
估计最大偏差为 6.7 kHz。理论上，若对 200 Nm 量 图 7 高速旋转测试平台
程的灵敏度约为 3 kHz 的 SAW 扭矩传感器进行信 Fig. 7 High-speed rotating test platform