兩類無(wú)源傳感器的分析

在多次國(guó)家自然科學(xué)基金連續(xù)資助下，研究空間大范圍分布無(wú)源陣列傳感器及無(wú)源無(wú)線陣列傳感器，拓展壓電特性和元件在現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)中的應(yīng)用。

聲表面波(SAW)器件是優(yōu)良的傳感載體和無(wú)源器件。SAW器件的工作頻率范圍為10~105MHZ，可直接耦合射頻電磁波。基于此特性，用SAW器件實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感：非接觸提供傳感能量和非接觸讀取傳感輸出。這樣的傳感器具有無(wú)電源和信號(hào)連線，無(wú)源，體積小，抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，適合復(fù)雜環(huán)境下應(yīng)用。

如運(yùn)動(dòng)部件，不可接觸對(duì)象的檢測(cè)。采用不同結(jié)構(gòu)或參數(shù)的SAW傳感器，具有不同的射頻激勵(lì)選通條件，只響應(yīng)相應(yīng)的無(wú)線查詢信號(hào)。用多個(gè)不同選通條件的SAW無(wú)源無(wú)線傳感器，可構(gòu)成無(wú)源無(wú)線陣列傳感器。陣列中的傳感元可以任意分布。這是采用具有頻率選擇特性的SAW諧振器研制的無(wú)源無(wú)線溫度傳感器。通過(guò)對(duì)射頻查詢的回波信號(hào)進(jìn)行全數(shù)字信號(hào)處理，得到溫度傳感信息。

用獨(dú)立的壓電元件和無(wú)源元件，構(gòu)成可以任意分布的傳感陣列。由于壓電特性，該陣列直接把被測(cè)對(duì)象的力學(xué)量變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)分布傳感，而不需要用電源向陣列提供傳感能量。陣列采用獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造和信號(hào)控制方式，大大減少了常規(guī)傳感器在空間分布應(yīng)用時(shí)的連線。陣列傳感信號(hào)可尋址讀出，也可掃描輸出。

壓電無(wú)源分布式陣列傳感器特別適合于空間大范圍分布（數(shù)十米至數(shù)百米）、不規(guī)則、宏大工程結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)無(wú)功耗或極低功耗、長(zhǎng)時(shí)間不間斷監(jiān)測(cè)。壓電無(wú)源陣列傳感器已應(yīng)用于橋梁等工程結(jié)構(gòu)的健康安全監(jiān)測(cè)。這是一個(gè)由8×13個(gè)壓電元構(gòu)成的分布式傳感陣列，陣列只有8+13條引出線，實(shí)現(xiàn)陣列傳感信號(hào)讀出和讀出控制。