Lamb波气体多参数传感器测试技术研究

发布时间：2020-06-18 14:31

【摘要】：Lamb波传感器是基于Lamb波的一种超声波传感器,具有高灵敏度、低损耗、多模式特性,已展示出十分广阔的工业应用前景。目前研究表明,Lamb波传感器的中心频率会随流经气体的流速、湿度或温度的改变而发生偏移。但到目前为止,国内外还没有一种可以自动获取Lamb波传感器中心频率的测量仪表。Lamb波传感器的测试大多还是基于网络分析仪,需要人工读取测试结果再进行处理,才能获得被测参数的实际测量结果,这在很大程度上限制了 Lamb波传感器的实际工业应用。此外,Lamb波传感器还需要一套气体测试装置,以测试传感器对气体流速、湿度和温度的测量性能。然而,现有的气体调节装置主要针对气体的温度和湿度,无法实现气体流速、湿度和温度三参数独立调节,不能满足Lamb波传感器气体多参数性能测试的要求。针对Lamb波传感器性能测试的需要,本文研制了一种数据采集仪样机,自动获取Lamb波传感器多个模式的中心频率,并搭建了一套气体测试装置,为Lamb波传感器提供一个气体多参数(流速、湿度和温度)的测试平台。本文主要内容和贡献如下:(1)对Lamb波传感器信息的自动快速获取方法进行了研究,将频率扫描技术与峰值快速搜索方法相结合,提出了一种快速获取传感器信息的方法。基于该方法,设计并实现了扫频信号源模块、幅相检测模块和控制模块,制作了数据采集仪样机。利用该样机,对Lamb波传感器进行了多个模式的频率扫描实验和峰值搜索算法验证实验。实验结果表明,所研制的数据采集仪样机是有效的。(2)设计并实现了 Lamb波传感器气体测试装置,包括流速模块、湿度模块以及温度模块。采用单变量调节的方式,对所设计的气体测试装置的参数调节能力进行了测试。实验结果表明,气体测试装置能够实现气体流速、湿度和温度的分别调节,验证了所搭建的气体多参数测试平台的有效性。(3)将数据采集仪样机和气体测试装置相结合,在不同气体状态(流速、湿度或温度)下,对Lamb波传感器进行了测试,实现Lamb波传感器气体多参数测量,检验了传感器性能,并验证了所研制的数据采集仪样机的有效性。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP212
【图文】：

模式图,波传播,模式,中心质

图１．１邋Ｌａｍｂ波传播模式逡逑

感器,薄膜,声波,多参数解耦

在气体传感［１７］、空气动力学［１８，１９］、多参数解耦＠，２１］等方面展示出十分广阔的工业逡逑应用前景。逡逑Ｌａｍｂ波传感器的结构如图１．２所示，包括一对叉指换能器（Ｉｎｔｅｒ－Ｄｉｇｉｔａｌ邋Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ，逡逑ＩＤＴ）、压电层（ＡＩＮ）、地层（ＧＮＤ）和硅基底（Ｓｉ）。ＩＤＴ，用来激发声波，ＩＤＴ２用来逡逑接收从Ｈ）Ｔ，传来的声波。当Ｌａｍｂ波传感器工作时，交变电压加在ＩＤＴ，两端，l>丁，与逡逑ＧＮＤ之间产生交变电场，由于Ａ１Ｎ的逆压电效应，在薄膜上产生伸缩振动，形成Ｌａｍｂ逡逑波，在薄膜中传播；当波动传到0３丁２时，由于Ａ１Ｎ的正压电效应，１０丁２将振动转变成电逡逑信号输出［１７，１８］。逡逑气流＼逦相互作用场逡逑图１．２邋Ｌａｍｂ波传感器不意图逡逑１．２研究背景及意义逡逑目前，已有相关研究表明，当气体流经Ｌａｍｂ波传感器表面时，随着气体流速［２２，２３］、逡逑湿度［８］或温度［６］等参数的改变，在薄膜中传播的Ｌａｍｂ波的特性也将发生变化，从而使传逡逑感器的中心频率发生偏移。并且

【参考文献】