聲敏傳感器概要

聲敏傳感器概要第一頁，共76頁。1）、音高：指各種不同高低的聲音，即音的高度，音的基本特征的一種。音的高低是由發(fā)音體的振動(dòng)頻率決定的，兩者成正比關(guān)系：頻率振動(dòng)次數(shù)多則音"高"，反之則"低"。聲音的高低。由音波振動(dòng)的頻率來決定。頻率高則音高；低則音低。音高是構(gòu)成語音的要素之一。2）、音強(qiáng)：又稱音量，即音的強(qiáng)弱（響亮）程度。音的基本特性的一種。音的強(qiáng)弱是由發(fā)音時(shí)發(fā)音體振動(dòng)幅度（簡稱振幅）的大小決定的，兩者成正比關(guān)系，振幅越大則音越"強(qiáng)"，反之則越"弱"。3）、音長：音長是指聲音的長短，它決定于發(fā)音體振動(dòng)時(shí)間的久暫。發(fā)音體振動(dòng)持續(xù)久，聲音就長，反之則短。4）、音色：音色指音的感覺特性。第二頁，共76頁。機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播稱為聲波，人耳可以聽到的聲波頻率范圍是16Hz～20kHz，超過20kHz的聲波稱為超聲波，如圖所示。

第三頁，共76頁。聲敏傳感器是將在氣體、液體或固體介質(zhì)中傳播的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號的器件或裝置。

聲敏傳感器的分類：一、電阻變換型聲敏傳感器二、壓電聲敏傳感器三、電容式聲敏傳感器四、動(dòng)圈式聲敏傳感器第四頁，共76頁。電阻變換型聲敏傳感器原理：音頻振動(dòng)——電阻值變化一、接觸阻抗型聲敏傳感器-----接觸式測量聲波且通過阻值變化來檢測。膜片極性碳粒第五頁，共76頁?；竟ぷ髟恚寒?dāng)聲波經(jīng)空氣傳播至膜片時(shí)，膜片產(chǎn)生振動(dòng)，在膜片和電極之間的碳粒的接觸電阻發(fā)生變化，從而調(diào)制通過送話器的電流，該電流經(jīng)變壓器耦合至放大器，信號經(jīng)放大后輸出。二、阻抗變換型聲敏傳感器-----是由電阻絲應(yīng)變片或半導(dǎo)體應(yīng)變片粘貼在膜片上構(gòu)成的。原理：當(dāng)聲壓作用在膜片上時(shí)，膜片產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻抗發(fā)生變化，檢測電路將這種變化轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出從而完成聲—電的轉(zhuǎn)換。第六頁，共76頁。壓電聲敏傳感器壓電效應(yīng)：當(dāng)沿著一定方向?qū)δ承╇娊橘|(zhì)加力而使其變形時(shí)，在一定表面上產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新回到不帶電狀態(tài)，這一現(xiàn)象稱為正壓電現(xiàn)象。原理：當(dāng)聲壓作用在膜片上使其振動(dòng)時(shí)，膜片帶動(dòng)壓電晶體產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，壓電晶體在機(jī)械應(yīng)力的作用下產(chǎn)生隨聲壓大小變化而變化的電壓,從而完成聲—電的轉(zhuǎn)換。第七頁，共76頁。電容式聲敏傳感器原理：音頻振動(dòng)——膜片變形——電容量變化電容式麥克風(fēng)所謂電容式麥克風(fēng)，是利用電容大小的變化，將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，也叫做駐極體話筒．第八頁，共76頁。第九頁，共76頁。下圖為電容式送話器的結(jié)構(gòu)示意圖。它由膜片、外殼及固定電極等組成，膜片為一片質(zhì)輕而彈性好的金屬薄片，它與固定電極組成一個(gè)間距很小的可變電容器。當(dāng)膜片在聲波作用下振動(dòng)時(shí)，膜片與固定電極間的距離發(fā)生變化，從而引起電容量的變化。如果在傳感器的兩極間串接負(fù)載電阻RL和直流電流極化電壓E在電容量隨聲波的振動(dòng)變化時(shí)，在RL的兩端就會(huì)產(chǎn)生交變電壓。電容式聲敏傳感器的輸出阻抗為容性，由于其容量小，在低頻情況下容抗很大，為保證低頻時(shí)的靈敏度，必須有一個(gè)輸入阻抗很大的變換器與其相連，經(jīng)阻抗變換后，再由放大器進(jìn)行放大。

第十頁，共76頁。第十一頁，共76頁。基本原理圖第十二頁，共76頁。第十三頁，共76頁。動(dòng)圈式話筒所謂動(dòng)圈式話筒，是利用電磁感應(yīng)原理做成的，利用線圈在磁場中，切割磁感線，將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，一般來說效果比較好，教高檔的設(shè)備中用，好的話筒用這種動(dòng)圈式的．較貴．第十四頁，共76頁。動(dòng)圈式話筒我們生活中常見的話筒大部分都是動(dòng)圈式話筒，其結(jié)構(gòu)如圖（下）：它在一個(gè)膜片的后面粘貼著一個(gè)由漆包線繞成的線圈，也叫音圈。在有膜片的后面還安裝了一個(gè)環(huán)形的永磁體，并將線圈套在永磁體的一個(gè)極上，線圈的兩端用引線引出。第十五頁，共76頁。動(dòng)圈式話筒是通過振膜感應(yīng)聲波造成的空氣壓力變化，帶動(dòng)置于磁場中的線圈切割磁力線產(chǎn)生與聲壓強(qiáng)度變化相應(yīng)的微弱電流信號。通常動(dòng)圈話筒噪音低，無需饋送電源，使用簡便，性能穩(wěn)定可靠。電容話筒的核心是一個(gè)電容傳感器。電容的兩極被窄空氣隙隔開，空氣隙就形成電容器的介質(zhì)。在電容的兩極間加上電壓時(shí)，聲振動(dòng)引起電容變化，電路中電流也產(chǎn)生變化，將這信號放大輸出，就可得到質(zhì)量相當(dāng)好的音頻信號。另外有一種駐級體式電容話筒，采用了駐級體材料制作話筒振膜電極，不需要外加極化電壓即可工作，簡化了結(jié)構(gòu)，因此這種話筒非常小巧廉價(jià)，同時(shí)還具有電容話筒的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在各種音頻設(shè)備和拾音環(huán)境中。電容話筒的靈敏度高，頻率響應(yīng)好，音質(zhì)好。第十六頁，共76頁。聲敏傳感器的應(yīng)用耳背式助聽器制式助聽器眼鏡式助聽器第十七頁，共76頁。光纖麥克風(fēng)具有對磁場的天然的抗干擾能力，可以應(yīng)用于核磁共振成像的通信，是唯一在核磁共振成像掃描時(shí)可以在病人和醫(yī)生之間進(jìn)行通訊的麥克風(fēng)。光纖麥克風(fēng)是建立在反射式強(qiáng)度型光纖傳感器基礎(chǔ)上的，它的基本結(jié)構(gòu)是由光源（LED）、光纖傳感探頭和作為光電轉(zhuǎn)換元件的光接收器所組成。其工作原理是選用發(fā)光二極管作為光源通過光纖入射到有金屬涂層的振動(dòng)膜上，當(dāng)聲音信號使振膜振動(dòng)時(shí)入射光被振膜振動(dòng)調(diào)制后反射出去。接收光纖接收反射光，解調(diào)后則可以還原成聲訊號。第十八頁，共76頁。美國陸軍使用的一種可懸掛在樹上的被稱為“音響浮標(biāo)”的裝置探測距離300~400米，接近人的聽覺范圍。第十九頁，共76頁。有關(guān)聲敏傳感器的產(chǎn)品

日本研制開發(fā)出一種聲控電視機(jī),可儲(chǔ)存兩個(gè)人的聲控指令，包括開機(jī)工作、轉(zhuǎn)換頻道、調(diào)換色彩以及關(guān)機(jī)等，都可以用聲音指令進(jìn)行控制。還有一種聲控照明燈，內(nèi)裝有音頻傳感器.，此時(shí)鐘只要有人發(fā)出一種摩擦音1秒鐘，其鐘面上的照明燈就會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮8秒鐘時(shí)間。這種時(shí)鐘的最大優(yōu)點(diǎn)是在黑暗的房間里，人們可借助鐘面上照明燈看清時(shí)間。日本還發(fā)明了一種能夠根據(jù)聲音而改變顯示內(nèi)容的液晶多功能數(shù)字電子手表。這種手表能識別主人發(fā)出的諸如今天幾號、某人電話號碼、自己的銀行賬號等詢問聲，并在液晶顯示器上做出相應(yīng)的提示。如果不是主人的聲音，顯示器就置之不理。法國研制出一種聲控電話，它用聲音識別器代替了號碼盤，打電話者只需對著送話器報(bào)出受話人的電話號碼，電話便可自動(dòng)接通。第二十頁，共76頁。語音撥號表面地來說就是摘機(jī)后手動(dòng)指向手機(jī)語音撥號功能，說出被叫者姓名，電話即自動(dòng)拔向被叫者。拒絕打鼾手表裝有非常敏感的聲音傳感器，當(dāng)尋查到微小的鼾聲時(shí)，手表就會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)，就像是有人在輕輕地推您，直到鼾聲完全停止。第二十一頁，共76頁。超聲波傳感器超聲波-----是一種人耳聽不見的機(jī)械波，頻率在20KHz以上，波長較短，衍射小，穿透能力強(qiáng)，能夠成為射線而定向傳播。當(dāng)超聲波從一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí)，由于在兩種介質(zhì)中的傳播速度不同，在介質(zhì)面上會(huì)產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象。第二十二頁，共76頁。超聲波的波型1）縱波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與傳播方向一致的波稱為縱波。它能在固體、液體和氣體中傳播。2）橫波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與傳播方向相垂直的波稱為橫波。3）表面波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)介于縱波和橫波之間，沿著表面?zhèn)鞑ィ穹S著深度的增加而迅速衰減的波稱為表面波。它只能在固體的表面?zhèn)鞑ァ５诙?，?6頁。超聲波傳感器

利用超聲波在超聲場中的物理特性和各種效應(yīng)而研制的裝置可稱為超聲波換能器、探測器或傳感器。超聲波探頭按其工作原理可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等，其中以壓電式最為常用。壓電式超聲波探頭常用的材料是壓電晶體和壓電陶瓷，這種傳感器統(tǒng)稱為壓電式超聲波探頭。它是利用壓電材料的壓電效應(yīng)來工作的：逆壓電效應(yīng)將高頻電振動(dòng)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波，可作為發(fā)射探頭；而正壓電效應(yīng)是將超聲振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成電信號，可作為接收探頭。第二十四頁，共76頁。

超聲波探頭結(jié)構(gòu)如圖所示，它主要由壓電晶片、吸收塊（阻尼塊）、保護(hù)膜、引線等組成。壓電晶片多為圓板形，厚度為δ。超聲波頻率f與其厚度δ成反比。壓電晶片的兩面鍍有銀層，作導(dǎo)電的極板。阻尼塊的作用是降低晶片的機(jī)械品質(zhì)，吸收聲能量。如果沒有阻尼塊，當(dāng)激勵(lì)的電脈沖信號停止時(shí)，晶片將會(huì)繼續(xù)振蕩，加長超聲波的脈沖寬度，使分辨率變差。第二十五頁，共76頁。

壓電式超聲波傳感器結(jié)構(gòu)第二十六頁，共76頁。

第二十七頁，共76頁。超聲波傳感器應(yīng)用1超聲波物位傳感器超聲波物位傳感器是利用超聲波在兩種介質(zhì)的分界面上的反射特性而制成的。如果從發(fā)射超聲脈沖開始，到接收換能器接收到反射波為止的這個(gè)時(shí)間間隔為已知，就可以求出分界面的位置，利用這種方法可以對物位進(jìn)行測量。根據(jù)發(fā)射和接收換能器的功能，傳感器又可分為單換能器和雙換能器。單換能器的傳感器發(fā)射和接收超聲波使用同一個(gè)換能器，而雙換能器的傳感器發(fā)射和接收各由一個(gè)換能器擔(dān)任。第二十八頁，共76頁。下圖給出了幾種超聲物位傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。超聲波發(fā)射和接收換能器可設(shè)置在液體介質(zhì)中，讓超聲波在液體介質(zhì)中傳播，如圖（a）所示。由于超聲波在液體中衰減比較小，所以即使發(fā)射的超聲脈沖幅度較小也可以傳播。超聲波發(fā)射和接收換能器也可以安裝在液面的上方，讓超聲波在空氣中傳播，如圖（b）所示。這種方式便于安裝和維修，但超聲波在空氣中的衰減比較厲害。第二十九頁，共76頁。幾種超聲物位傳感器的結(jié)構(gòu)原理示意圖(a)超聲波在液體中傳播；(b)超聲波在空氣中傳播第三十頁，共76頁。

對于單換能器來說，超聲波從發(fā)射器到液面，又從液面反射到換能器的時(shí)間為則式中：h——換能器距液面的距離；

c——超聲波在介質(zhì)中傳播的速度。第三十一頁，共76頁。

對于如圖所示雙換能器，超聲波從發(fā)射到接收經(jīng)過的路程為2s，而因此液位高度為式中：s——超聲波從反射點(diǎn)到換能器的距離；a——兩換能器間距之半。第三十二頁，共76頁。

從以上公式中可以看出，只要測得超聲波脈沖從發(fā)射到接收的時(shí)間間隔，便可以求得待測的物位。超聲物位傳感器具有精度高和使用壽命長的特點(diǎn)，但若液體中有氣泡或液面發(fā)生波動(dòng)，便會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。在一般使用條件下，它的測量誤差為±0.1%，檢測物位的范圍為10-2~104m。第三十三頁，共76頁。2超聲波流量傳感器超聲波流量傳感器的測定方法是多樣的，如傳播速度變化法、波速移動(dòng)法、多卜勒效應(yīng)法、流動(dòng)聽聲法等。但目前應(yīng)用較廣的主要是超聲波傳播時(shí)間差法。超聲波在流體中傳播時(shí)，在靜止流體和流動(dòng)流體中的傳播速度是不同的，利用這一特點(diǎn)可以求出流體的速度，再根據(jù)管道流體的截面積，便可知道流體的流量。第三十四頁，共76頁。

如果在流體中設(shè)置兩個(gè)超聲波傳感器，它們既可以發(fā)射超聲波又可以接收超聲波，一個(gè)裝在上游，一個(gè)裝在下游，其距離為L,如下圖所示。如設(shè)順流方向的傳播時(shí)間為t1，逆流方向的傳播時(shí)間為t2，流體靜止時(shí)的超聲波傳播速度為c，流體流動(dòng)速度為v，則第三十五頁，共76頁。

超聲波測流量原理圖第三十六頁，共76頁。

一般來說，流體的流速遠(yuǎn)小于超聲波在流體中的傳播速度，因此超聲波傳播時(shí)間差為由于c>>v,從上式便可得到流體的流速，即

第三十七頁，共76頁。超聲波傳感器安裝位置第三十八頁，共76頁。此時(shí)超聲波的傳輸時(shí)間將由下式確定：

超聲波流量傳感器具有不阻礙流體流動(dòng)的特點(diǎn)，可測的流體種類很多，不論是非導(dǎo)電的流體、高粘度的流體，還是漿狀流體，只要能傳輸超聲波的流體都可以進(jìn)行測量。超聲波流量計(jì)可用來對自來水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水等進(jìn)行測量。還適用于下水道、農(nóng)業(yè)灌渠、河流等流速的測量。第三十九頁，共76頁。超聲波無損探傷

超聲波探傷分為穿透法探傷和反射法探傷。

穿透法探傷是根據(jù)超聲波穿透工件后能量的變化狀況來判斷工件內(nèi)部質(zhì)量的方法。該方法結(jié)構(gòu)簡單，適合探測薄板；探測靈敏度較低，不能精確定位；對兩探頭的相對距離和位置要求較嚴(yán)格。反射法是以超聲波在工件中反射情況的不同來探測缺陷的方法第四十頁，共76頁。超聲清洗超聲清洗的原理主要是基于超聲頻振動(dòng)在液體中產(chǎn)生的交變沖擊波和空化作用。超聲波在清洗液(汽油、煤油、酒精、丙酮或水等)傳播時(shí)，液體分子往復(fù)高頻振動(dòng)產(chǎn)生正負(fù)交變的沖擊波。當(dāng)聲強(qiáng)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，液體中急劇生長微小空化氣泡并瞬時(shí)強(qiáng)烈閉合，產(chǎn)生的微沖擊波使被清洗物表面的污物遭到破壞，并從被清洗表面脫落下來。即使是被清洗物上的窄縫、細(xì)小深孔、彎孔中的污物，也很易被清洗干凈。雖然每個(gè)微氣泡的作用并不大，但每秒鐘有上億個(gè)空化氣泡在作用，就具有很好的清洗效果。所以超聲波振動(dòng)被廣泛用于噴油嘴、噴絲板、微型軸承、儀表齒輪、零件手表整體機(jī)芯、印刷電路板、集成電路微電子器件的情況，可獲得很高的效果。第四十一頁，共76頁。汽車倒車防撞報(bào)警器用作汽車倒車防撞報(bào)警器裝置，也被稱為超聲波倒車?yán)走_(dá)或倒車聲納系統(tǒng)，尤其適用于加長型裝載汽車、載重大貨車、礦山汽車等大型車輛。超聲波傳感器通常由鋁合金外殼、壓電陶瓷換能器、吸聲材料、引線電極所構(gòu)成，具有水平方向特性寬，而垂直方向受到限制的方向性，原理上利用鋯鈦酸鉛PZT壓電陶瓷在電能與機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的正、逆壓電效應(yīng)，既在壓電陶瓷加一電信號，便產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)而發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波在空氣傳播途中碰到障礙物立即被反射回來，作用于它的陶瓷時(shí)，則會(huì)有電信號輸出，通過數(shù)據(jù)處理時(shí)間差測距，計(jì)算顯示車與障礙物的距離。有危險(xiǎn)時(shí)就報(bào)警?？杀苊庖恍┦鹿?。第四十二頁，共76頁。超聲波傳感器的產(chǎn)品1英國AQUA深水CTD

采用金屬鈦?zhàn)鳛橥鈿?，可?000m深度范圍內(nèi)進(jìn)行電導(dǎo)、溫度、深度測量。儀器可安裝在水下拖載工具上，也可安裝在浮標(biāo)、系錨設(shè)備上，還可作垂直剖面測量。數(shù)據(jù)記錄可采用自容式記錄或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)也可傳至PC機(jī)上進(jìn)行編輯、存儲(chǔ)。儀器設(shè)計(jì)牢固，具有小巧、輕便、高穩(wěn)定性、低功耗的特點(diǎn)。第四十三頁，共76頁。2英國ABS三頻聲學(xué)測沙儀

ABS聲學(xué)反射傳感器同時(shí)發(fā)射3個(gè)不同頻率的聲脈沖，以1cm的采樣間隔采集反射回聲，從而獲得128cm或256cm范圍內(nèi)的反射系數(shù)，以此確定該斷面上（沉積）懸浮物的濃度及粒度。由于采用了多頻信號處理，因而能區(qū)分不同濃度和不同粒度之間的關(guān)系。

3美國MAVS-3深水3軸聲學(xué)多參數(shù)測流儀MAVS-3是一種采用時(shí)間差分測量技術(shù)的3軸聲學(xué)多參數(shù)測流計(jì)。測流計(jì)的4個(gè)聲學(xué)探頭提供平均流速向量值?？删幊痰姆侄斡涗浐陀|發(fā)記錄模式使測流計(jì)具有很大的靈活性。由于探頭的幾何尺寸小并應(yīng)用了時(shí)間差分測量技術(shù)，MAVS-3的分辨率及精度均是其它測流儀無法比擬的。因此，無論是在2m/s或10cm/s的量程中均能保持0.03cm/s的分辨率，精度達(dá)到0.3cm/s。此外，儀器還能提供溫度、電導(dǎo)、深度等參數(shù)，工作深度可達(dá)6000M

第四十四頁，共76頁。SAW傳感器

聲表面波簡稱SAW（SurfaceAcousticWave），是英國物理學(xué)家瑞利（Rayleigh）于19世紀(jì)末期在研究地震波的過程中發(fā)現(xiàn)的一種集中在地表面?zhèn)鞑サ穆暡?。任何固體表面都存在這種現(xiàn)象。某些外界因素（如溫度、壓力、加速度、磁場、電壓等）對SAW的傳播參數(shù)會(huì)造成影響，根據(jù)這些影響與外界因素之間的關(guān)系可以研制出測量各種物理、化學(xué)參數(shù)的SAW傳感器。第四十五頁，共76頁。聲表面波器件是在壓電基片上制作兩個(gè)聲一電換能器―叉指換能器，當(dāng)電壓加到叉指電極上時(shí)，由于壓電效應(yīng)，在表面產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的彈性形變。由IDT激勵(lì)的聲表面波沿基片表面?zhèn)鞑?。?dāng)基片或基片上覆蓋的敏感材料薄膜受到被測量調(diào)制時(shí)，聲表面波的頻率將改變，并由接收叉指電極測得。敏感基片采用石英、鈮酸鋰（LiNbO3）等壓電單晶材料制成。當(dāng)敏感基片受到物理、化學(xué)或機(jī)械量擾動(dòng)作用時(shí)，其振蕩頻率會(huì)發(fā)生變化。通過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和理論計(jì)算，能使它僅對某一被測量有響應(yīng)，并將其轉(zhuǎn)換成頻率量。第四十六頁，共76頁。SAW傳感器的核心是SAW振蕩器，有諧振器型（R型）和延遲線型（DL型）兩種。

SAW諧振器結(jié)構(gòu)是將一個(gè)或兩個(gè)叉指換能器（IDT）置于一對反射柵陣列組成的腔體中構(gòu)成的。諧振器結(jié)構(gòu)采用一個(gè)IDT時(shí)稱為單端對諧振器，采用兩個(gè)IDT時(shí)稱為雙端對諧振器。反射柵陣列能夠?qū)⒁欢l率的入射波能量限制在由柵條組成的諧振腔內(nèi)。第四十七頁，共76頁。諧振器型SAW振蕩器諧振器型SAW振蕩器由SAW諧振器和放大電路組成。單端對諧振器的IDT既是發(fā)射端，也是接收端；雙端對諧振器中一個(gè)IDT作為發(fā)射端，另一個(gè)IDT作為接收端。將SAW諧振器的輸出信號經(jīng)放大后，正反饋到輸入端，只要放大器的增益能夠補(bǔ)償諧振器及其導(dǎo)線的損耗，同時(shí)又滿足一定的相位條件，諧振器就可以起振并維持振蕩狀態(tài)。第四十八頁，共76頁。延遲線型SAW振蕩器當(dāng)在壓電基片上設(shè)置兩個(gè)IDT，一個(gè)為發(fā)射IDT，另一個(gè)為接收IDT時(shí)，SAW在兩個(gè)IDT中心距之間產(chǎn)生時(shí)間延遲，稱為SAW延遲線。延遲線型SAW振蕩器由聲表面波延遲線和放大電路組成。輸入換能器T1激發(fā)出聲表面波，傳播到換能器T2轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大后反饋到T1以保持振蕩狀態(tài)。第四十九頁，共76頁。SAW傳感器的特點(diǎn)

高精度，高靈敏度。SAW傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換為電信號頻率進(jìn)行測量，而頻率的測量精度很高，有效檢測范圍線性好；對惡劣環(huán)境的抗干擾能力很強(qiáng)，適于遠(yuǎn)距離傳輸。數(shù)字化。SAW傳感器將被測量轉(zhuǎn)換為數(shù)字化的頻率信號進(jìn)行傳輸、處理，易于與計(jì)算機(jī)接口，組成自適應(yīng)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)。易批量生產(chǎn)。SAW傳感器的制作與集成電路技術(shù)兼容，極易集成化、智能化，結(jié)構(gòu)牢固，性能穩(wěn)定，重復(fù)性與可靠性好，適于批量生產(chǎn)。體積小、質(zhì)量輕、功耗低，可獲得良好的熱性能和機(jī)械性能。第五十頁，共76頁。SAW傳感器的工作原理在基片材料表面中央做成叉指換能器，其振蕩頻率f與叉指電極周期長度T及聲表面波傳播速度V：f=V/T外界待測參量變化時(shí)會(huì)引起V、T變化，從而引起振蕩頻率改變。第五十一頁，共76頁。高分辨率SAW溫度傳感器根據(jù)溫度變化會(huì)引起表面波速度改變從而引起振蕩頻率變化的原理設(shè)計(jì)而成的。若預(yù)先測出頻率-溫度特性，則由振蕩頻率的變化量可檢測出溫度變化量，從而得到待測溫度T。SAW溫度傳感器具有長期穩(wěn)定性，靈敏度很高，可測量出10-4～10-6℃的微小溫度變化。SAW溫度傳感器可以用于氣象測溫、糧倉測溫、火災(zāi)報(bào)警等。第五十二頁，共76頁。SAW氣體傳感器是以SAW元件為基底材料，在SAW傳播通道上形成氣體敏感膜并配以外部電路而構(gòu)成的。當(dāng)敏感膜吸附氣體分子與氣體結(jié)合時(shí)，會(huì)引起膜密度和彈性性質(zhì)等發(fā)生變化，從而使表面波速度V發(fā)生變化，結(jié)果導(dǎo)致振蕩頻率f變化。通過檢測振蕩頻率的變化量即可測出被吸附氣體的濃度。襯底敏感膜反饋放大器輸出第五十三頁，共76頁。SAW壓力傳感器SAW諧振式力學(xué)量傳感器包括壓力傳感器和加速度傳感器，SAW器件在基底壓電材料受到外界作用力時(shí)，諧振器的結(jié)構(gòu)尺寸、壓電材料的密度、彈性系數(shù)等發(fā)生變化，從而導(dǎo)致SAW的波長、頻率和傳播速度等發(fā)生變化。通過測量SAW傳感器的頻率變化可以得知壓力的大小。

SAW壓力傳感器由SAW振蕩器、敏感模片、基底等組成。第五十四頁，共76頁。SAW無源電子標(biāo)簽技術(shù)，射頻識別

SAW標(biāo)簽由叉指換能器和若干反射器組成。閱讀器的天線周期地發(fā)送高頻詢問脈沖，電子標(biāo)簽天線將接收到的高頻脈沖通過叉指換能器轉(zhuǎn)換為聲表面波，并在晶體表面?zhèn)鞑ァ７瓷淦鹘M將聲表面波反射回叉指換能器，重新轉(zhuǎn)換為高頻脈沖串后通過天線發(fā)送出去。如果反射器組按照某種特定的規(guī)律設(shè)計(jì)，則其反射信號中將含有該物體的特定編碼信息，通過解調(diào)達(dá)到自動(dòng)識別的目的。第五十五頁，共76頁。次聲傳感器次聲傳感器，又叫次聲波傳感器，就是能夠接收次聲波的傳聲器。通常有多種換能類型的傳感器可用作次聲波傳感器，只要有足夠低的下限頻率。目前它的種類很多，常見的有：電容式、波紋管膜盒型、光纖等。目前，國內(nèi)多數(shù)次聲觀測站采用電容式次聲傳感器?，F(xiàn)在這種電容式次聲波傳感器已在冰雹預(yù)報(bào)、等研究領(lǐng)域中多有使用地震次聲預(yù)報(bào)及地球物理。。第五十六頁，共76頁。次聲波簡介頻率小于20Hz（赫茲）的聲波叫做次聲波。次聲波不容易衰減，不易被水和空氣吸收。而次聲波的波長往往很長，因此能繞開某些大型障礙物發(fā)生衍射。來源廣、傳播遠(yuǎn)、穿透力強(qiáng)第五十七頁，共76頁。特點(diǎn)小延伸來源廣——海上風(fēng)暴、火山爆發(fā)、大隕石落地、海嘯、電閃雷鳴、波浪擊岸、水中漩渦、空中湍流、龍卷風(fēng)、磁暴、極光、地震等傳播遠(yuǎn)——大氣對其吸收甚小，當(dāng)次聲波傳播幾千千米時(shí)，其吸收還不到萬分之幾，所以它傳播的距離較遠(yuǎn)，能傳到幾千米至十幾萬千米以外穿透力強(qiáng)——7000Hz的聲波用一張紙即可阻擋，而7Hz的次聲波可以穿透十幾米厚的鋼筋混凝土第五十八頁，共76頁。電容式次聲傳感器電容式次聲傳感器是利用電容原理檢測次聲波的傳感元件，將空氣中的被測次聲頻率波動(dòng)量轉(zhuǎn)化成為電容量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)化，在此基礎(chǔ)上利用檢測電路將電容變化量轉(zhuǎn)化成電壓信號。電容式次聲傳感器具有頻響寬、通帶內(nèi)特性平坦、非接觸式測量的優(yōu)點(diǎn)，在聲學(xué)領(lǐng)域十分具有發(fā)展前途。第五十九頁，共76頁。電容式次聲傳感器基本原理第六十頁，共76頁。電路圖第六十一頁，共76頁。前腔的輸入口允許壓力信號進(jìn)入,均壓孔聯(lián)接前腔和后腔,均壓孔的作用是使環(huán)境氣壓變化時(shí)膜片內(nèi)外靜壓力得到均衡,即允許前腔和后腔之間保持長期的平衡,防止膜片受到附加力而改變系統(tǒng)靈敏度。前腔聲阻R1和聲順C1構(gòu)成低通濾波器,用來決定儀器的高頻截止頻率。當(dāng)后腔體積和膜片張力固定時(shí),低頻特性主要由R2決定。第六十二頁，共76頁。次聲波的危害次聲波會(huì)干擾人的神經(jīng)系統(tǒng)正常功能，危害人體健康。一定強(qiáng)度的次聲波，能使人頭暈、惡心、嘔吐、喪失平衡感甚至精神沮喪。4Hz~8Hz的次聲波能在人的腹腔里產(chǎn)生共振，可使心臟出現(xiàn)強(qiáng)烈共振和肺壁受損。強(qiáng)烈的次聲波還能使人耳聾、昏迷、精神失常甚至死亡。第六十三頁，共76頁。次聲波——神秘殺手1890年，一艘名為“馬爾波羅號”的帆船在從新西蘭駛往英國的途中突然神秘地失蹤了。20年后，人們發(fā)現(xiàn)了它。船上的一切都原封未動(dòng)。船長航海日記的字跡仍然依稀可辨，船員也都“各在其位”，保持著當(dāng)年在崗時(shí)的“姿勢”1948年初，一艘荷蘭貨船在通過馬六甲海峽時(shí)，一場風(fēng)暴過后，全船海員莫名其妙地死光第六十四頁，共76頁。各種應(yīng)用利用極光所產(chǎn)生的次聲波，可以研究極光活動(dòng)的規(guī)律。通過接收核爆炸、火箭發(fā)射或者臺風(fēng)產(chǎn)生的次聲波，來探測出這些次聲源的有關(guān)參量。預(yù)測自然災(zāi)害性事件。通過測定自然或人工產(chǎn)生的次聲波在大氣中的傳播特性，探測出某些大規(guī)模氣象的性質(zhì)和規(guī)律。利用測定這些次聲波的特性來了解人體或其他生物相應(yīng)器官的活動(dòng)情況。第六十五頁，共76頁。次聲波武器次聲波武器是20世紀(jì)70年代開始研制并發(fā)展起來的新型武器.1972年法國人發(fā)明了第一臺次聲波發(fā)生器，它產(chǎn)生的次聲波能傷害到5000m以外的人員，同時(shí)他們驗(yàn)證了頻率為7Hz的次聲波對人體能造成致命的傷害，這使得他們意識到次聲波武器具有巨大的潛能，于是加緊了研制的步伐。第六十六頁，共76頁。次聲波武器的優(yōu)點(diǎn)隱蔽性好，傳播速