Page 127 - 《应用声学》2022年第1期

第 41 卷 第 1 期 王威威等： SAW 谐振器谐振频率微秒级快速检测方法 123

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图 8 高度旋转测试平台的天线系统
Fig. 8 Antenna system of highly rotating test platform

表 2 不同转速下的 SAW 谐振器谐振频率估计平均值与最大偏差
Table 2 Estimated average value and maximum deviation of SAW resonator reso-
nance frequency at different speeds

转速/(r·min −1 ) 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
谐振频率估计平均值/MHz 430.6431 430.6489 430.6477 430.6473 430.6481 430.6449 430.6462 430.6458 430.6447
最大频率估计偏差/kHz 6.7 9.7 9.3 8.7 9.3 12.3 14.5 14.9 16.5

设置扫频区间为 [430.3, 431.0] MHz，扫频增量 度偏差偏大。在针对高速旋转环境下的扭矩测量应
为1 kHz，总扫频时间为 35 µs。在 8000 r/min 转速 用时，为了保障测量精度，可以采用差动式测量方
范围内设置离心机转速，待转速稳定后，在室温下对 法 [3] 减小环境因素的影响。
上述 SAW 谐振器重复进行 500 次快速谐振频率测
量实验，记录 500 次测量频率估计平均值及最大频
参 考 文 献
率估计偏差，结果如表2所示。
由表 2可知，在不同旋转速度下，本文快速检测
系统均可快速检测到 SAW 谐振器的谐振频率。在 [1] Kalinin V. Wireless physical SAW sensors for automo-
tive applications[C]// 2011 IEEE International Ultrason-
4000 r/min 转速范围内，最大频率估计偏差基本稳
ics Symposium. Orlando, Florida, USA: IEEE, 2011:
定在10 kHz以内，再随着转速增加到8000 r/min最 212–221.
大频率估计偏差逐渐增大。在8000 r/min转速下相 [2] 孙聪. 声表面波扭矩传感系统的设计与实现 [D]. 南京: 南京
航空航天大学, 2017.
对频率偏差达到最大约为 0.004%。验证了该 SAW
[3] Beckley J, Kalinin V, Lee M, et al. Non-contact torque
传感信号检测方法在高速旋转环境下的适用性。 sensors based on SAW resonators[C]// 2002 IEEE Inter-
national Frequency Control Symposium and PDA Exhi-
4 结论 bition. New Orleans, LA, USA: IEEE, 2002: 202–213.
[4] Kalinin V, Beckley J, Makeev I. High-speed reader for
针对高动态环境下的谐振式 SAW 传感器信号 wireless resonant SAW sensors[C]// 2012 IEEE European
Frequency and Time Forum, Gothenburg, Sweden, IEEE,
快速检测，提出一种基于回波损耗检测原理的SAW 2012: 428–435.
谐振器谐振频率微秒级快速检测方法。采用此方法， [5] 张继月, 李天利, 严力, 等. 基于射频收发测温系统的 SiAlCN
对单个 SAW 传感器的谐振器进行一次快速检测用 温度传感器 S11 参数测试 [J]. 中国集成电路, 2017, 26(5):
63–65.
时约35 µs，较毫秒级检测系统速度提高了两个数量 Zhang Jiyue, Li Tianli, Yan Li, et al. RF temperature
级。同时，搭建了模拟高速旋转环境的 SAW谐振器 measurement system based on the SiAlCN temperature

高速旋转测试平台，在室温下，实现在 8000 r/min sensor’s S11 parameter test[J]. China Integrated Circuits,
2017, 26(5): 63–65.
转速范围内对 SAW 谐振器进行快速频率估计。但
[6] 李平. 无源无线声表面波传感器及仪器系统研究 [D]. 重庆:
受转速等环境因素的影响，转速较大时频率估计精 重庆大学, 2003.