壓電無源陣列傳感器與無源無線聲表面波傳感器

在多次國家自然科學基金連續(xù)資助下，研究空間大范圍分布無源陣列傳感器及無源無線陣列傳感器，拓展壓電特性和元件在現(xiàn)代檢測技術(shù)中的應用。
聲表面波(SAW)器件是優(yōu)良的傳感載體和無源器件。SAW器件的工作頻率范圍為10~105 MHZ，可直接耦合射頻電磁波。基于此特性，用SAW器件實現(xiàn)無線傳感：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電源和信號連線，無源，體積小，抗干擾能力強的優(yōu)點，適合復雜環(huán)境下應用。如運動部件，不可接觸對象的檢測。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選通條件，只響應相應的無線查詢信號。用多個不同選通條件的SAW無源無線傳感器，可構(gòu)成無源無線陣列傳感器。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諧振器研制的無源無線溫度傳感器。通過對射頻查詢的回波信號進行全數(shù)字信號處理，得到溫度傳感信息。
用獨立的壓電元件和無源元件，構(gòu)成可以任意分布的傳感陣列。由于壓電特性，該陣列直接把被測對象的力學量變化轉(zhuǎn)換成電信號，實現(xiàn)分布傳感，而不需要用電源向陣列提供傳感能量。陣列采用獨特的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造和信號控制方式，大大減少了常規(guī)傳感器在空間分布應用時的連線。陣列傳感信號可尋址讀出，也可掃描輸出。壓電無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)的實時無功耗或極低功耗、長時間不間斷監(jiān)測。壓電無源陣列傳感器已應用于橋梁等工程結(jié)構(gòu)的健康安全監(jiān)測。這是一個由8×13個壓電元構(gòu)成的分布式傳感陣列，陣列只有8+13條引出線，實現(xiàn)陣列傳感信號讀出和讀出控制。