一種聲表面波傳感器應(yīng)用電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種聲表面波傳感器應(yīng)用電路，包括第一聲表面波振蕩器電路、第二聲表面波振蕩器電路、混頻電路和LC無源低通濾波電路，第一聲表面波振蕩器電路和第二聲表面波振蕩器電路的輸出端分別連接混頻電路的輸入端，混頻電路的輸出端連接LC無源低通濾波電路的輸入端。本發(fā)明采用了三點(diǎn)式電容式負(fù)反饋?zhàn)鳛檫x頻和反饋網(wǎng)絡(luò)，電容式負(fù)反饋的反饋電壓從電容兩端取出，對(duì)高次諧波阻抗小，能夠有效將高次諧波濾除，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定性好的波形輸出；高頻小功率管放大電路為射極偏置的共集電極放大電路，實(shí)現(xiàn)了等幅振蕩，從而使得振蕩信號(hào)更為穩(wěn)定。兩路聲表面波振蕩器形成雙通道結(jié)構(gòu)，克服外接環(huán)境干擾，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測物理量的高精度測量。
【專利說明】一種聲表面波傳感器應(yīng)用電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種聲表面波傳感器應(yīng)用電路。
【背景技術(shù)】
[0002]聲表面波傳感器因具有體積小、重量輕、穩(wěn)定性好、靈敏度高以及無線無源的方便的工作方式等諸多優(yōu)點(diǎn)，常常被用于多種復(fù)雜惡劣中待測物理量的測量。常見的聲表面波傳感器由聲表面波器件、敏感薄膜和相關(guān)檢測電路組成，當(dāng)外界待測物理量如氣體濃度作用于聲表面波器件上的敏感薄膜上，聲表面波器件的諧振頻率相應(yīng)改變，進(jìn)而得到氣體濃度和頻率改變的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測物理量的測量。
[0003]聲表面波振蕩器作為聲表面波傳感器的敏感元件，其頻率穩(wěn)定度直接影響著傳感器的分辨力、穩(wěn)定性和測試精度，同時(shí)聲表面波振蕩器的選頻反饋網(wǎng)絡(luò)決定著聲表面波振蕩器的性能。目前，多數(shù)聲表面波振蕩器采用簡單的LC并聯(lián)諧振作為選頻網(wǎng)絡(luò)，然而該種聲表面波振蕩器輸出波形不理想，穩(wěn)定性差，在用于聲表面波傳感器設(shè)計(jì)時(shí)，并不能對(duì)待測物理量進(jìn)行高精度的測量。同時(shí)，由于聲表面波器件易受到來自外界環(huán)境如濕度、溫度、電磁等測量條件的干擾，這些干擾不僅會(huì)帶來測量誤差，甚至?xí)?dǎo)致被測信號(hào)完全淹沒在干擾及噪聲信號(hào)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述聲表面波傳感器電路的缺陷或不足，本發(fā)明提供了一種聲表面波傳感器應(yīng)用電路，該電路能夠輸出兩路聲表面波振蕩器差頻信號(hào)，具有電容式負(fù)反饋，且其結(jié)構(gòu)簡單；該電路使得聲表面波傳感器穩(wěn)定性好，且抗干擾能力強(qiáng)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種聲表面波傳感器應(yīng)用電路，包括第一聲表面波振蕩器電路、第二聲表面波振蕩器電路、混頻電路和LC無源低通濾波電路，其中，第一聲表面波振蕩器電路和第二聲表面波振蕩器電路的輸出端分別連接混頻電路的輸入端，混頻電路的輸出端連接LC無源低通濾波電路的輸入端。
[0007]進(jìn)一步的，所述第一聲表面波振蕩器電路包括第一電源VCC、電解電容CU、電容C12、電容C13、電容C14、電感L11、電感L12、偏置電阻R11、偏置電阻R12、反饋電阻R13、高頻小功率管BJT1、聲表面波器件SAWl和第一聲表面波振蕩器波形輸出端口 ；其中:第一電源VCC的輸出端連接電解電容Cll的正極、電容C12和電感L11，電解電容C11、電容C12和電感Lll三者并聯(lián)組成第一濾除直流干擾電路；電解電容Cll的負(fù)極和電容C12的輸出端與聲表面波器件SAWl的輸出端S12連接，電感Lll的另一端與聲表面波器件SAWl的輸入端SI 1、電感L12和偏置電阻Rll分別連接；高頻小功率管BJTl的基極B、偏置電阻Rll的另一端和偏置電阻R12三者連接，高頻小功率管BJTl的集電極C、電感L12的另一端和電容C14三者連接，高頻小功率管BJTl的發(fā)射極E、反饋電阻R13和電容C13三者連接；聲表面波器件SAWl的輸出端S13與電容C13連接；偏置電阻R12的另一端、反饋電阻R13的另一端以及聲表面波器件SAWl的輸出端S14均接地；第一聲表面波振蕩器波形輸出端口與電容C14、高頻小功率管BJTl的發(fā)射極E連接；
[0008]所述第二聲表面波振蕩器電路包括電解電容C21、電容C22、電容C23、電容C24、電感L21、電感L22、偏置電阻R21、偏置電阻R22、反饋電阻R23、高頻小功率管BJT2、聲表面波器件SAW2和第二聲表面波振蕩器波形輸出端口 ；其中:第一電源VCC的輸出端連接電解電容C21的正極、電容C22和電感L21，電解電容C21、電容C22和電感L21三者并聯(lián)組成第二濾除直流干擾電路；電解電容C21的負(fù)極和電容C22的輸出端與聲表面波器件SAW2的輸出端S22連接，電感L21的另一端與聲表面波器件SAW2的輸入端S21、電感L22和偏置電阻R21分別連接；高頻小功率管BJT2的基極B、偏置電阻R21的另一端和偏置電阻R22三者連接，高頻小功率管BJT2的集電極C、電感L22的另一端和電容C24三者連接，高頻小功率管BJT2的發(fā)射極E、反饋電阻R23和電容C23三者連接；聲表面波器件SAW2的輸出端S23與電容C23連接；偏置電阻R22的另一端、反饋電阻R23的另一端以及聲表面波器件SAW2的輸出端S24均接地；第二聲表面波振蕩器波形輸出端口與電容C24、高頻小功率管BJT2的發(fā)射極E連接；
[0009]所述混頻電路包括第二電源V+、第三電源V-、電解電容Cl、電解電容C4、電容C2、電容C3、電阻R1、可變電阻R2、集成混頻器AD835、第一聲表面波振蕩器波形輸入端口和第二聲表面波振蕩器波形輸入端口 ；其中:所述第一聲表面波振蕩器波形輸入端口與第一聲表面波振蕩器波形輸出端口連接；所述第二聲表面波振蕩器波形輸入端口與第二聲表面波振蕩器波形輸出端口連接；所述第二電源V+的輸出端連接電解電容Cl的正極、電容C2以及集成混頻器AD835的正電源輸入端6 ；電解電容Cl的負(fù)極、電容C2以及集成混頻器AD835的正電源接地端7均與地連接；所述第三電源V-的輸出端連接電解電容C4的負(fù)極、電容C3以及集成混頻器AD835的負(fù)電源輸入端3 ；電解電容C4的正極、電容C3以及集成混頻器AD835的負(fù)電源接地端2均與地連接；電阻Rl —端與集成混頻器AD835的輸出端5連接，另一端與可變電阻R2連接；可變電阻R2的一端與集成混頻器AD835的端口 4連接，另一端與地連接；第一聲表面波振蕩器波形輸入端口與集成混頻器AD835的信號(hào)輸入端口 8連接，第二聲表面波振蕩器波形輸入端口與集成混頻器AD835的信號(hào)輸入端口 I連接；
[0010]所述LC無源低通濾波電路包括電容C5、電容C6、電容C7、電容C8、電容C9、電容C10、電感L1、電感L2、電感L3、電感L4和兩路振蕩器差頻信號(hào)輸出端口 ；其中:所述電容C9和電感L4串聯(lián)后與電容C8并聯(lián)；電容C8和電感L3串聯(lián)后與電容C7并聯(lián)；電容C7和電感L2串聯(lián)后與電容C6并聯(lián)；電容C6和電感LI串聯(lián)后與電容C5并聯(lián)；電容C5、電容C6、電容C7、電容C8、電容C9的一端均接地；電容ClO的一端與電感L4的一端連接，另一端與兩路振蕩器差頻信號(hào)輸出端口連接。
[0011]進(jìn)一步的，所述第一電源VCC為直流電源12V，第二電源V+為+5V;第三電源V-為-5V ；電解電容 Cll=C21=10uF，電容 C12=C22=0.1uF,電感 Lll=L21=lmH ；高頻小功率管BJTl和BJT2的截止頻率高于200M ;偏置電阻R11=R21=R12=R22=75K，反饋電阻R13=R23=100歐；第一聲表面波器件SAWl和第二聲表面波器件SAW2的中心頻率相同；電容C13=C23，電容 C14=C24，電解電容 C1=C4=4.7uF,電容 C2=C3=0.0luF,電阻 R1=2K，可變電阻R2最大阻值為1K。
[0012]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種使用上述聲表面波傳感器應(yīng)用電路的聲表面波傳感器。
[0013]與現(xiàn)有的聲表面波傳感器應(yīng)用電路相比，本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn):
[0014]1、聲表面波振蕩器采用了三點(diǎn)式電容式負(fù)反饋?zhàn)鳛檫x頻和反饋網(wǎng)絡(luò)，電容式負(fù)反饋的反饋電壓從電容兩端取出，對(duì)高次諧波阻抗小，能夠有效將高次諧波濾除，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定性好的波形輸出；同時(shí)，高頻小功率管放大電路為射極偏置的共集電極放大電路，實(shí)現(xiàn)了等幅振蕩，從而使得振蕩信號(hào)更為穩(wěn)定。
[0015]2、電路中使用兩路聲表面波振蕩器，且器件結(jié)構(gòu)及參數(shù)一致，形成雙通道結(jié)構(gòu)，該雙通道結(jié)構(gòu)能夠有效克服外界環(huán)境如濕度、溫度、電磁等干擾，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測物理量的高精度測量。
[0016]3、通過雙通道的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了輸出兩路振蕩器的差頻信號(hào)即輸出頻率值很低，克服了因單路聲表面波振蕩器輸出的高頻而導(dǎo)致的測頻困難的問題，從而在實(shí)際中更容易對(duì)待測物理量的測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的聲表面波傳感器應(yīng)用電路的框圖。
[0018]圖2為本發(fā)明的聲表面波傳感器應(yīng)用電路的電路圖。
[0019]圖3為實(shí)施例1中的第一聲表面波振蕩器電路的輸出波形圖。
[0020]圖4為實(shí)施例1中的第二聲表面波振蕩器電路的輸出波形圖。
[0021]圖5為實(shí)施例1中的兩路振蕩器差頻信號(hào)輸出端的輸出波形圖。
[0022]圖6為實(shí)施例2中的第一聲表面波振蕩器電路的輸出波形圖。
[0023]圖7為實(shí)施例2中的第二聲表面波振蕩器電路的輸出波形圖。
[0024]圖8為實(shí)施例2中的兩路振蕩器差頻信號(hào)輸出端的輸出波形圖。
[0025]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步解釋說明。
【具體實(shí)施方式】
[0026]參見圖1，本發(fā)明的聲表面波傳感器應(yīng)用電路，包括第一聲表面波振蕩器電路、第二聲表面波振蕩器電路、混頻電路和LC無源低通濾波電路，其中，第一聲表面波振蕩器電路和第二聲表面波振蕩器電路的輸出端分別連接混頻電路的輸入端，混頻電路的輸出端連接LC無源低通濾波電路的輸入端。
[0027]參見圖2，本發(fā)明的電路的各部分電路的具體結(jié)構(gòu)如下:
[0028]1、第一聲表面波振蕩器電路
[0029]第一聲表面波振蕩器電路包括第一電源VCC、電解電容C11、電容C12、電容C13、電容C14、電感L11、電感L12、偏置電阻R11、偏置電阻R12、反饋電阻R13、高頻小功率管BJT1、聲表面波器件SAWl和第一聲表面波振蕩器波形輸出端口 ；其中:第一電源VCC的輸出端連接電解電容Cll的正極、電容C12和電感L11，電解電容C11、電容C12和電感Lll三者并聯(lián)組成第一濾除直流干擾電路；電解電容Cll的負(fù)極和電容C12的輸出端與聲表面波器件SAffl的輸出端S12連接，電感Lll的另一端與聲表面波器件SAWl的輸入端S11、電感L12和偏置電阻Rll分別連接；高頻小功率管BJTl的基極B、偏置電阻Rll的另一端和偏置電阻R12三者連接，高頻小功率管BJTl的集電極C、電感L12的另一端和電容C14三者連接，高頻小功率管BJTl的發(fā)射極E、反饋電阻R13和電容C13三者連接；聲表面波器件SAWl的輸出端S13與電容Cl3連接；偏置電阻Rl2的另一端、反饋電阻Rl3的另一端以及聲表面波器件SAWl的輸出端S14均接地；高頻小功率管BJTl、電阻Rl1、偏置電阻R12及反饋電阻R13共同組成射極偏置的共集電極放大電路；聲表面波器件SAW1、電容C13、電容C14以及電感L12共同組成第一聲表面波振蕩器的選頻和反饋網(wǎng)絡(luò)；第一聲表面波振蕩器波形輸出端口與電容C14、高頻小功率管BJTl的發(fā)射極E連接。
[0030]2、第二聲表面波振蕩器電路
[0031]第二聲表面波振蕩器電路包括電解電容C21、電容C22、電容C23、電容C24、電感L21、電感L22、偏置電阻R21、偏置電阻R22、反饋電阻R23、高頻小功率管BJT2、聲表面波器件SAW2和第二振蕩器波形輸出端口 ；其中:第一電源VCC的輸出端連接電解電容C21的正極、電容C22和電感L21，電解電容C21、電容C22和電感L21三者并聯(lián)組成第二濾除直流干擾電路；電解電容C21的負(fù)極和電容C22的輸出端與聲表面波器件SAW2的輸出端S22連接，電感L21的另一端與聲表面波器件SAW2的輸入端S21、電感L22和偏置電阻R21分別連接；高頻小功率管BJT2的基極B、偏置電阻R21的另一端和偏置電阻R22三者連接，高頻小功率管BJT2的集電極C、電感L22的另一端和電容C24三者連接，高頻小功率管BJT2的發(fā)射極E、反饋電阻R23和電容C23三者連接；聲表面波器件SAW2的輸出端S23與電容C23連接；偏置電阻R22的另一端、反饋電阻R23的另一端以及聲表面波器件SAW2的輸出端S24均接地；高頻小功率管BJT2、偏置電阻R21、偏置電阻R22及反饋電阻R23共同組成射極偏置的共集電極放大電路；聲表面波器件SAW2、電容C23、電容C24以及電感L22共同組成第二聲表面波振蕩器的選頻和反饋網(wǎng)絡(luò)；第二聲表面波振蕩器波形輸出端口與電容C24、高頻小功率管BJT2的發(fā)射極E連接。
[0032]本發(fā)明中，第 一聲表面波振蕩器和第二聲表面波振蕩器的電路中的器件參數(shù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一致。其中，第一電源VCC為直流電源12V ;電解電容Cll=C21=10uF，電容C12=C22=0.1uF,電感Lll=L21=lmH ;高頻小功率管BJTl和BJT2選取同一型號(hào)的管子，截止頻率高于200M ;偏置電阻R11=R21=75K，偏置電阻R12=R22=75K，反饋電阻R13=R23=100歐；聲表面波器件SAWl和SAW2的中心頻率相同，電容C13=C23，電容C14=C24，L12和L22采用電感線圈自制的電感，參數(shù)一致。
[0033]第一聲表面波振蕩器頻率與反饋網(wǎng)絡(luò)中電容及電感的關(guān)系:
[0034]第一聲表面波振蕩器和第二聲表面波振蕩器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及器件參數(shù)一致，設(shè)第一聲表面波振蕩器輸出波形頻率為f，則第一聲表面波振蕩器中電容C13、電容C14及電感L12與頻率f之間的關(guān)系為:
【權(quán)利要求】
1.一種聲表面波傳感器應(yīng)用電路，其特征在于，包括第一聲表面波振蕩器電路、第二聲表面波振蕩器電路、混頻電路和LC無源低通濾波電路，其中，第一聲表面波振蕩器電路和第二聲表面波振蕩器電路的輸出端分別連接混頻電路的輸入端，混頻電路的輸出端連接LC無源低通濾波電路的輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述的聲表面波傳感器應(yīng)用電路，其特征在于，所述第一聲表面波振蕩器電路包括第一電源VCC、電解電容C11、電容C12、電容C13、電容C14、電感L11、電感L12、偏置電阻R11、偏置電阻R12、反饋電阻R13、高頻小功率管BJTl、聲表面波器件SAWl和第一聲表面波振蕩器波形輸出端口 ；其中:第一電源VCC的輸出端連接電解電容Cll的正極、電容C12和電感LI I，電解電容Cl 1、電容C12和電感LI I三者并聯(lián)組成第一濾除直流干擾電路；電解電容Cll的負(fù)極和電容C12的輸出端與聲表面波器件SAWl的輸出端S12連接，電感LI I的另一端與聲表面波器件SAWl的輸入端SI 1、電感L12和偏置電阻Rl I分別連接；高頻小功率管BJTl的基極B、偏置電阻RlI的另一端和偏置電阻R12三者連接，高頻小功率管BJTl的集電極C、電感L12的另一端和電容C14三者連接，高頻小功率管BJTl的發(fā)射極E、反饋電阻R13和電容C13三者連接；聲表面波器件SAWl的輸出端S13與電容C13連接；偏置電阻R12的另一端、反饋電阻R13的另一端以及聲表面波器件SAWl的輸出端S14均接地；第一聲表面波振蕩器波形輸出端口與電容C14、高頻小功率管BJTl的發(fā)射極E連接； 所述第二聲表面波振蕩器電路包括電解電容C21、電容C22、電容C23、電容C24、電感L21、電感L22、偏置電阻R21、偏置電阻R22、反饋電阻R23、高頻小功率管BJT2、聲表面波器件SAW2和第二聲表面波振蕩器波形輸出端口 ；其中:第一電源VCC的輸出端連接電解電容C21的正極、電容C22和電感L21，電解電容C21、電容C22和電感L21三者并聯(lián)組成第二濾除直流干擾電路；電解電容C21的負(fù)極和電容C22的輸出端與聲表面波器件SAW2的輸出端S22連接，電感L21的另一端與聲表面波器件SAW2的輸入端S21、電感L22和偏置電阻R21分別連接；高頻小功率管BJT2的基極B、偏置電阻R21的另一端和偏置電阻R22三者連接，高頻小功率管BJT2的集電極C、電感L22的另一端和電容C24三者連接，高頻小功率管BJT2的發(fā)射極E、反饋電阻R23和電容C23三者連接；聲表面波器件SAW2的輸出端S23與電容C23連接；偏置電阻R22的另一端、反饋電阻R23的另一端以及聲表面波器件SAW2的輸出端S24均 接地；第二聲表面波振蕩器波形輸出端口與電容C24、高頻小功率管BJT2的發(fā)射極E連接； 所述混頻電路包括第二電源V+、第三電源V-、電解電容Cl、電解電容C4、電容C2、電容C3、電阻R1、可變電阻R2、集成混頻器AD835、第一聲表面波振蕩器波形輸入端口和第二聲表面波振蕩器波形輸入端口 ；其中:所述第一聲表面波振蕩器波形輸入端口與第一聲表面波振蕩器波形輸出端口連接；所述第二聲表面波振蕩器波形輸入端口與第二聲表面波振蕩器波形輸出端口連接；所述第二電源V+的輸出端連接電解電容Cl的正極、電容C2以及集成混頻器AD835的正電源輸入端6 ;電解電容Cl的負(fù)極、電容C2以及集成混頻器AD835的正電源接地端7均與地連接；所述第三電源V-的輸出端連接電解電容C4的負(fù)極、電容C3以及集成混頻器AD835的負(fù)電源輸入端3 ；電解電容C4的正極、電容C3以及集成混頻器AD835的負(fù)電源接地端2均與地連接；電阻Rl —端與集成混頻器AD835的輸出端5連接，另一端與可變電阻R2連接；可變電阻R2的一端與集成混頻器AD835的端口 4連接，另一端與地連接；第一聲表面波振蕩器波形輸入端口與集成混頻器AD835的信號(hào)輸入端口 8連接，第二聲表面波振蕩器波形輸入端口與集成混頻器AD835的信號(hào)輸入端口 I連接； 所述LC無源低通濾波電路包括電容C5、電容C6、電容C7、電容C8、電容C9、電容CIO、電感L1、電感L2、電感L3、電感L4和兩路振蕩器差頻信號(hào)輸出端口 ；其中:所述電容C9和電感L4串聯(lián)后與電容C8并聯(lián)；電容C8和電感L3串聯(lián)后與電容C7并聯(lián)；電容C7和電感L2串聯(lián)后與電容C6并聯(lián)；電容C6和電感LI串聯(lián)后與電容C5并聯(lián)；電容C5、電容C6、電容C7、電容C8、電容C9的一端均接地；電容ClO的一端與電感L4的一端連接，另一端與兩路振蕩器差頻信號(hào)輸出端口連接。
3.如權(quán)利要求2所述的聲表面波傳感器應(yīng)用電路，其特征在于，所述第一電源VCC為直流電源12V，第二電源V+為+5V ;第三電源V-為-5V ;電解電容Cll=C21=10uF，電容C12=C22=0.1uF,電感Lll=L21=lmH ;高頻小功率管BJTl和BJT2的截止頻率高于200M ;偏置電阻R11=R21=R12=R22=75K，反饋電阻R13=R23=100歐；第一聲表面波器件SAWl和第二聲表面波器件SAW2的中心頻率相同；電容C13=C23，電容C14=C24，電解電容C1=C4=4.7uF，電容C2=C3=0.01uF,電阻R1=2K，可變電阻R2最大阻值為1K。
4.一種使用權(quán)利要求1所述的聲表面波傳感器應(yīng)用電路的聲表面波傳感器。
【文檔編號(hào)】H03H9/25GK103873013SQ201410111364
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】文常保, 方吉善, 李演明, 巨永鋒, 許宏科, 全思 申請(qǐng)人:長安大學(xué)