文章來(lái)源：維也納聲學(xué) 時(shí)間：2024-09-23
在設(shè)備健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中，應(yīng)變實(shí)時(shí)測(cè)量可準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，有效規(guī)避因受力異常引起設(shè)備故障從而導(dǎo)致的人員財(cái)產(chǎn)重大損失。但汽車(chē)引擎、燃?xì)夤艿?、地下熱水網(wǎng)等環(huán)境均存在空間狹小、各物理量耦合嚴(yán)重、溫度變化大等問(wèn)題，這給應(yīng)變傳感器的幾何尺寸、靈敏度、抗干擾能力、供能方式等帶來(lái)重大挑戰(zhàn)。
中科院聲學(xué)所超聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室王文課題組在前期工作基礎(chǔ)上，提出并實(shí)現(xiàn)了一種采用正交差分結(jié)構(gòu)的聲表面波應(yīng)變傳感器件新型設(shè)計(jì)方法，即將具有一定頻差的兩個(gè)聲表面波芯片正交設(shè)置于相同基座并封裝，利用其相反力敏極性及相似溫敏特性提升應(yīng)變靈敏度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)良好的溫度自補(bǔ)償。同時(shí)結(jié)合有限元與微擾理論建立了該傳感結(jié)構(gòu)的力敏機(jī)理分析模型，以實(shí)現(xiàn)其優(yōu)化設(shè)計(jì)。
在無(wú)線無(wú)源傳感實(shí)驗(yàn)（無(wú)線傳感距離為1米）中，獲得了1.3kHz/με的高應(yīng)變靈敏度和±0.7με的測(cè)量分辨率，并在20~120℃范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了極高的溫度穩(wěn)定性，將傳統(tǒng)單一芯片結(jié)構(gòu)溫度系數(shù)從~20ppm/℃降至~0.1ppm/℃，該項(xiàng)研究成果推進(jìn)了聲表面波應(yīng)變傳感技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程。
本研究獲得了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 (No . 2018YFB2002500)和國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合重點(diǎn)項(xiàng)目(No . U1837209)的資助。
相關(guān)研究成果發(fā)表于國(guó)際傳感器領(lǐng)域權(quán)威期刊 IEEE Sensors Journal 。
圖1. 差分式聲表面波應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)圖及測(cè)試結(jié)果（圖/中科院聲學(xué)所）
圖2. 無(wú)線無(wú)源傳感原理圖(a)及系統(tǒng)實(shí)物圖(b) （圖/中科院聲學(xué)所）
關(guān)鍵詞：
聲表面波應(yīng)變傳感器；差分結(jié)構(gòu)；微擾理論；無(wú)線無(wú)源
參考文獻(xiàn)：
F. Hu et al., Enhanced Sensitivity of Wireless and Passive SAW-Based Strain Sensor With a Differential Structure, IEEE Sensors Journal, vol. 21, no. 21, pp. 23911-23916, 1 Nov.1, 2021, doi: 10.1109/JSEN.2021.3113126.
論文鏈接：
https://ieeexplore.ieee.org/document/9539179
資料來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所
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