金属狭缝中基于SAW器件的作用力监测信号处理方法研究

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在基于SAW器件的监测系统中,响应信号在频域上以谐振曲线形式呈现,当环境参量改变时,SAW传感器谐振频率发生变化,曲线上的波谷会产生偏移。因此可以直接搜索这个波谷从而得到其对应的频率变化,用以衡量周围的环境参量。但是因噪声的存在,影响传感器谐振频率计算的稳定性。为了提高环境参量监测准确性,需要在研究监测系统的基础上来研究信号处理方法。本文开展金属狭缝中基于SAW器件的作用力监测系统信号处理方法研究,主要工作内容如下:  1、建立基于SAW器件的作用力监测系统模型。按照微波网络的特性参量和网络之间的基本连接方式,根据系统内SAW传感器、微带传输线、天线装置的基本原理和工作特性,对监测系统建立具有两个谐振工作模式的等效电路模型,并分析模型内参数对模型曲线的影响。  2、采用多项式拟合和基于谐振模型的参数拟合方法进行信号处理仿真实验。通过分析模型曲线极值点与谐振频率的偏移关系,说明极值点和谐振频率虽存在着不同,但都可以作为数据处理的表征量。利用具有两个谐振工作模式的等效电路系统模型,仿真模拟系统响应信号,分别采用多项式拟合和基于谐振模型的参数拟合方法对信号进行处理,选定使用两种方法处理数据的范围。  3、采用多项式拟合和基于谐振模型的参数拟合方法进行极值点、谐振频率计算稳定性仿真实验。通过模拟一定信噪比的响应信号,在选定的数据范围内,运用多项式拟合方法进行处理后计算曲线极值点并分析其稳定性,运用基于谐振模型的参数拟合方法计算谐振频率并分析其稳定性,结果表明相对于直接搜索最低点的方式,两方法都能在一定条件下提高谐振频率计算稳定性。  4、进行基于SAW器件的作用力加、卸载实验并对实验数据进行处理。在SAW传感器芯片上进行加、卸载作用力实验,运用多项式拟合及基于谐振模型的参数拟合方法分别处理实验数据并计算谐振频率,结果表明相对于直接搜索最低点的方式谐振频率稳定性得到了提高,最后分析作用力与SAW传感器谐振频率的变化规律。
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