声表面波器件的测试及S参数的设定
8、岩体声波测试(岩块声波速度测试、岩体声波速度测试)

岩体声波测试包括(岩块声波速度测试、岩体声波速度测试)岩体声波速度是指声波在岩体中的传播速度。
岩体声波速度,能较直观地反映岩体结构好坏、帮助划分岩体类别以及计算岩体的动弹性参数等。
岩石声波速度,又分横波和纵波传播速度两种,测试方法一般有脉冲超声波法和共振法。
(一)岩块声波速度测试岩块声波速度测试是采用超声波法,测读声波在岩石试件中的传播时间和距离,进而计算岩石声波速度和动弹性参数的一种方法。
该测试适用于能制成规则试件的各类岩石。
试件加工及描述应符合有关规定。
测试耦合剂可用凡士林、黄油、铝箔或铜箔等。
测试选用换能器的发射频率,应满足下式要求:=2v p/D式中ƒ———换能器发射频率,Hz;v p———岩石纵波速度,m / s;D———试件直径,m。
1、测试要点采用直透法或平透法布置换能器,量测两换能器中心距离。
将试件置于测试架上,对换能器施加约 O. O5MPa 的压力,测读纵波或横波在试验件行走的时间;如试件在受力状态下测试,宜与单轴压缩变形试验同时进行。
测试结束后,应测定超声波在标准有机玻璃中的传播时间,确定系统的零延时,或将发射、接收换能器对接,测读零延时。
2、测试成果整理按下列公式计算岩块的纵、横声波速度:V p=L/(t p-t0)V s=L/(t s-t0)式中v p———纵波速度,m / s;v s———横波速度,m / s;L———发射、接收换能器中心间的距离,m;t p———纵波在试件中行走的时间,s;t s———横波在试件中行走的时间,s;t O ———仪器系统的零延时,s。
(二)岩体声波速度测试岩体声波速度测试,是通过测定纵、横波在岩体中的传播时间,进而求得声波在岩体中的传播速度及动弹性参数的一种方法。
适用于各类岩体。
岩体声波速度测试可在钻孔、平洞、地表露头等部位,按工程需要布置测线,以电脉冲、锤击、电火花等方式激发声波进行。
测试耦合剂可用凡士林、黄油、铝箔或铜箔等。
测试前应对测试岩体进行地质描述。
超声波特性实验

用来调节反射回波的电压幅度;超声仪的发射接口与探头连接,并向探头发射 400V 的高压脉冲,用来激发超声波;仪器面板上射频、检波接口与示波器的 CH1、 CH2 通道连接,以射频或检波方式在示波器上显示探头接收到的反射回波;触 发接口与示波器的外触发(TRG)相连,使超声的发射信号与示波器扫描同步。
实验内容 1、熟悉仪器使用、观察反射回波 (1)、如图 20-7 所示,把直探头放在位置 1、2 等处,先适当调节超声仪衰 减(大约 90dB),再调节示波器衰减,要求被测信号最大幅度不超过 2V(估算 一下)。观察试块底面对纵波反射的多次反射回波(反射底波),多次回波是部分 超声波在平行的两个界面之间来回反射的结果。
可变角探头入射角继续增加,横波幅度减弱并消失,在此过程中又会出现两个回波,测
量这两个回波对应的时间差,可确定其为表面波,用手指轻压试块表面,可发现回波幅值变
化。
探头
水槽
挡板
图 20-9 表面波测量弧面长度
图 20-10 水声速测量示意图
4.测量水中的声速
如图 20-10,将金属档板放在水槽的不同位置 x,用示波器测量超声波在档
回波幅度最大,然后适当调节超声仪衰减,要求被测信号幅度不超过 2V。在此前提下调节
示波器衰减(可用微调)使回波幅度增大到满幅的 80%左右。
2、测量直探头和斜探头的延迟
超声波在晶片到被测试块表面这段距离往复传播的时间称为探头的延迟(如
图 20-8)。由于探头的延迟 使距离的测量出现误差,因此需要测量探头的延迟时
利用试块 40 mm 的厚度方向进行测量。多次测量,求 平均值。
(2)、测量斜探头的延迟 如图 20-6 把斜探头放在试块上 3 的位置,使探头的斜 射声束能够同时入射在R1和R2圆弧面上。适当移动探头使在 示波器上同时观测到两个弧面的回波B1和B2为最大。测量它 们对应的时间t1和t2。由于R1 = 2R2,因此斜探头延迟的计算 同(20-3)式。多次测量,求平均值。
基于HP Eesof的SAW谐振器的模拟研究

同样 的 ,叉指换能器和反射栅条之间 的间隙 的传递矩 阵表
示为 :
/
l
0 5 0 l0 O lO 5 20 0 20 5 30 0
De _I ] J  ̄ ,
这 个 谐 振 器 声 表 面 的总 矩 阵 可 由 以下 的 矩 阵 表示 :
)
(4 1)
(5 1)
[ '+ G(Z as) Re
1 数 学 建模 与推 导
-
声 表面器件 有 3个典型部分 : 叉指换能 器(D )空隙 、 IT 、 反射 栅, 分别用转换矩 阵[ ,D][ 表示 。如 图 1 T][ ,G] 所示 , 表面波 声
【 l 9 【 1f 时 ,( l『 ) 。 J、 — ). J , 1j . 1 ( } G 1 )
频-/ z ' MH q [ g
[ ][ [ ]幻 [ [ ]D ]G ] = G ]D。 ]D ]如 [ [ [
[ ] [ [ ] 丁 W0= 肘]W7+ 3 3
图 3 A 陀螺谐振器 的插入损耗频率特性 S W
m2
id p m2 = . 1 x1 z n e ( ) 74 0 0 H
s
Ge e
传进 和传 出这些部分分别用“ , W一表示。那么对于第 n个 W+和“ ” ’
部分 , 声表面波传 人和传出有 以下关 系式 :
r=
— 一 p ) T x 』 l (
. ex
(0 1)
㈩
—
一 x .p el
J p- P (
l5 7
李
雁, 张复春 , 高文琦 基于 H E s 的 S W谐振器的模拟研究 P eo f A
( 1 1)
t3 一 3 =1
基于声表面波的氢气传感器

声表面波谐振器的时域响应特性研究

收稿日期:2002-08-27基金项目:国家自然科学基金资助项目(69974044);教育部留学回国人员科研基金资助项目作者简介:李平(1963-),男,硕士,副教授,研究方向:阵列传感器、压电传感器和信号处理技术。
文章编号:1004-2474(2003)02-0087-04声表面波谐振器的时域响应特性研究李 平,文玉梅,王军峰,黄尚廉(重庆大学光电工程学院,重庆400044) 摘 要:由于电磁波的速度比声表面波的速度快得多,叉指换能器在进行电声转换的同时,也降低了信号能量流的速度,在一定时间内蓄积了电磁能量,所以当电磁激励结束后的一定时间内,声表面波器件仍然有瞬态输出,这是声表器件实现无源无线传感的物理基础。
该文通过推导声表面波谐振器各部分的冲激响应函数,得到谐振器的冲激响应,据此分析研究声表面波谐振器在各种激励下的响应波形和特征。
分析表明声表面波谐振器的瞬态响应完全反映了器件的性能参数。
关键词:声表面波;声表面波器件;声表面波谐振器;时域分析中图分类号:T N 65 文献标识码:ACharacterization of the Time -domain Responses of SAW ResonatorsLI Ping ,WEN Yu -mei ,WANG Jun -f eng ,HUANG Shan -lian(Optoelectronic Engineering College,Chongqing U niversity,Chongqing 400044,China) Abstract :A s the v elocity of the electro -magnetic w aves is much hig her than that of the mechanical sur faceacoustic wav es.the interdigital tr ansducer s in a SA W r esonator actually slo w dow n and stor e t he electro -magneticener gy for a w hile as w ell as t hey convert it int o mechanical ener gy .T his means that ev en an ex citation to a device ends ther e still ex ists a tr ansient pr ocess of the output.It is the physical basis for passiv e sensing applications of SAW dev ices .Impulse response functions of elements in a SA W r esonator ar e derived to o btain the gener al impulse response of a reso nato r fo r analy zing its t ime-domain r esponses to var ious ex citatio ns.T he time-do main analy sis based on theimpulse r esponse of an SA W resonat or demonstr ates t he steady -state and the transient responses.I t r ev eals that thetransient r espo nse is closely r elated to the device specifications .Key words :sur face acoustic w av e;SA W device;SA W r esonator ;time-domain analy sis 1 引言通常声表面波(SAW )谐振器用作窄带滤波器或者信号源中的频率控制器件,其有用输出是谐振器跟随输入信号的稳态响应。
直接附着式声表面波气体传感器的灵敏度分析

第32卷第4期 2010年8月 压电与声光
PIEZOELECTRICS&ACOUSTOOPTICS Vo1.32 No.4
Aug.2010
文章编号:1004—2474(201O)04 0524一O4
直接附着式声表面波气体传感器的灵敏度分析 刘久玲,李红浪,何世堂 (中国科学院声学研究所,北京100190) 摘要:分析了直接附着式声表面波气体传感器的灵敏度。运用分层介质理论,对压电基底表面附着液膜后 液膜参数变化所引起的频率变化进行分析,给出了相应的计算结果;然后计算了在500 MHz工作频率、考虑液膜 轻度粘滞性时,声表面波气体传感器的检测下限,结果为1o 量级;最后将计算结果与实验结果进行比较并得到验 证。 关键词:气体传感器;声表面波;气相色谱;灵敏度 中图分类号:TN65 文献标识码:A
Analysis on Sensitivity of Surface Acoustic Wave Gas Sensor with Direct-Condensation Mode
LIU Jiuling,LI Honglang,HE Shitang (Institute of Acoustics,The Chinese Academy of Sciences,Beijing 1001 90,China) Abstract:The analysis on sensitivity of surface acoustic wave gas sensor with direct—condensation mode was presented in this paper.The frequency variety caused by the variety of the parameters of the liquid thin layer cohered on the surface of the piezoelectric substrate was analyzed based on the theory of layered material structure.The corresponding theory simulation results were presented.Then the sensitivity of the surface acoustic wave gas sensor with direct—condensation mode was calculated tO be ppb level on the condition that the working frequency was 500 MHz and the liquid thin layer was considered low-grade viscosity.The theory simulation was validated by the experiment results. Key words:gas sensor;surface acoustic wave(SAW);gas chromatography(GC);sensitivity
基于振荡器的声表面波传感器信息敏感模型研究

c a i t n o h s i a o ( ∞) y v ra i ft eo cl t r △ .Th sh sl i h o n a i nf rf rh rs u y mu t p r me e n f r t n o — o l i a ad t ef u d to u t e t d l — a a t r d i o ma i r o i a n o t o o a i to e h o o y h g n l a in t c n lg . z Ke r s S y wo d : AW ;s n o ;i f r Байду номын сангаас n s n i g mo e e s r n o ma i e sn d l o
lc i n i p l a i n B s d o h rn i l o AW i e rs p r o i o n i n l r h g n l a in,SAW n o — e to n a p i t . a e n t e p i cp e fS c o l a u e p st n a d sg a o t o o a i to n i z i f r
维普资讯
第2卷第4 8 期
2 6年 8月 00
压
电
与
声
光
Vo _ 8 No 4 l2 .
A u 20 g. 06
PI OEIEC CTRI S & AC EZ TE C OUS ) TI T(OP CS
文 章 编 号 : 0 4 2 7 ( 0 6 0 — 3 70 1 0 — 4 4 2 0 ) 40 7 — 4
ec ( ) n e AI v ra i n o AW eo iy( ) a it f o S v lc t Av p a ev r to fS h s a i in o AW e a n h s a it n ( )4 r q e — a d l y l e p a e v ra i i o Ag fe u n
声表面波器件中声波在不同介质中的传播特性

声表面波器件中声波在铌酸锂中的传播特性摘要:声表面波在各种基片或是分层介质结构中的传播特性是不同的。
本文以目前应用最广泛的铌酸锂晶体为研究对象,探讨了其在不同切型和传播方向的条件下,所表现出来的各种传播特征,从而为研制新器件取得了一手数据,为设计开发做好必要的理论准备工作。
关键词:声表面波SA W 传播特性走离角机电耦合系数铌酸锂前言声表面波的频率一般集中在108赫兹左右,其传播能量只集中在弹性物体表面,英文简称为SA W(SURFACE ACOUSTIC WA VE)。
声表面波器件是以声表面波为媒介进行电信号传输的元件。
其结构图如下:图1:声表面波器件结构原理图声表面波器件的发展首先得益于现代无线通讯技术的不断深入,而且在其它相关领域的应用也同样取得了成功,如光线通信、航空管制、卫星微波通信、声纳及数字电视。
为此,研制出来的声表面波器件的类型也是种类繁多,如表面波卷积器、匹配滤波器、震荡器、声光可调节滤波器、延迟器、谐振器、无线传感器等。
它们分别在各自领域发挥着独特的作用。
相信在未来,声表面波器件的应用领域和器件类型都会不断扩大,为信息化社会提供更加完善的功能。
声表面波器件之所以具有如此好的发展前景,首先是因为它通过半导体工艺制作的,产品性能具有一致性和重复性特征,可以实现工业化大生产,可极大降低应用成本。
其次声表面波器件具有很高的温度适应性,无论高温还是低温,都能保证传输性能不发生变化,特别是基片采用复合材料更加如此,适合在相对恶劣的环境下长期工作。
声表面波器件制造技术的提升离不开对晶体基片传播特性的研究,本文写作目的正是如此。
尽管当前对薄膜材料的研究如火如荼,并作为声表面波器件的一个重要研究方向。
但是对单一晶体材料作为基片的研究是复合材料研究的重要理论基础,因此有必要对单一晶体传播特性进行仔细分析,在本文我们选取了使用最广泛的LiNbO 3单晶体(铌酸锂)作为研究对象。
1 声表面波的几个基本概念研究声表面波及器件,首先我们要明确几个基本的概念,主要有相速度、倒速度、倒速度曲线、走离角、群速度和机电耦合系数。
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测试参数
3dB带宽:同-1dB带宽,分别往高频率和低频率搜索与幅度最 大值差3dB的最近的两个频率点FH3和FL3,BW3=FH3-FL3。 40dB带宽:同-40dB带宽,分别往高频率和低频率搜索与幅度 最大值差40dB的最近的两个频率点FH40和FL40,BW40=FH40-FL40。 4、矩形系数:40dB带宽/ 3dB带宽 5、时延 5.1群时延波动:2、指定频率范围内时间最大值与最小值的差, 没有指定频率范围取1dB带宽的90%或3dB带宽的90%。 5.2绝对时延:读取标称频率点F0的时间值 6、相位 6.1相位波动:1、指定频率范围内相位最大值与最小值的差,没有 指定频率范围取1dB带宽的90%或3dB带宽的90%。 6.2不同器件之间相位一致性:记录一个器件的标称频率点的相位 值为参考相位,相位一致性为其他器件与参考相位的差值。
滤波器测试
相位一致性:说的是一个批次的整体器件的一致性。 例如指标要求相位一致性为8°(也就是±4°),那么首先设置好相位幅度, 选一个标准件,然后以标准件为标准(把标准件设置为0°),测试其余产品,那 么单个产品和标准件的相位度要求其小于4°注:有时标准件选不准可能会造成器 件的大量相位不合格,这时就要及时更换标准件。
滤波器测试
谢谢观赏
谐振器测试 六、设置基准频率: 6.1按下Marker,进入子菜单。 6.2按下第七个键MODE MENU,进入下一子菜单。 6.3按下第六个键 ,目录会返回上一菜单。 6.4按下第七个键MODE MENU,进入下一子菜单。 6.5按下第八个键 ,进入下一子菜单。 6.6按第一个键 ,输入测试产品的中心频率值。 以315MHZ为例: Marker MODE MENU MODE MENU 315 X1 七、显示设置(Display); 1按下Display,进入子菜单。 2.按第7个键(DataMem)保存数据。 3.按第四个键(Data&Mem)显示保存数据。
静态电容 (CO) pF
13173
2167 20 95.2 1.42 2.05
测试参数
二、滤波器的测试参数 1、中心频率(fc):Fc=(FH1+FL1)/2或Fc=(FH3+FL3)/2, 有1dB带宽的中心频率按1dB的算,没有1dB带宽的按3dB的算。 1.1标称频率(fo): 2、插入损耗: 最小损耗:0dB到波形最高点的衰减 通带内的损耗:0dB到波形通带内最低点的衰减 3、带宽: 1dB带宽:以幅度最大值的频率为基准,分别往高频率和低频 率搜索与幅度最大值差1dB的最近的两个频率点FH1和FL1, BW1=FH1-FL1。
谐振器测试 特例:N-3-4 1.关闭标记耦合: 2.关闭通道耦合:MENU
3.开启双通道:略,后面测试 滤波器的时候会讲解。
滤波器测试 一、设置S参数:同谐振器 二、设置显示双通道: 2.1按下Display,进入子菜单。 2.2按第一个键(Dual,Quad setup)进入下一菜单。 2.3按第一个键(Dual,cham)摁到ON状态。 2.4按第四个键(1)。 Display Dual,Quad setup 三、设置中心频率和扫宽:同谐振器 四、扫描点数的设置: 4.1.按下Menu键,进入子菜单。 4.2.Number of points 通过滚轮调整数值,数值最大为1601. Menu Number of points 滚轮 五、校准: 5.1直通校准通谐振器。 5.2双端校准。(开路,短路,50Ω负载,直通)
谐振器的测试
四、设置比例尺(scale):系统的默认值为10dB,改为5 dB。具体步骤: 4.1按下scale----进入子菜单。 4.2按第二个键(scale/div)设置每个格所代表的值。输入5,X1. 4.3按下第三个键(Reference position)设置参考线位置;输入你需要的数 值(例如8),按X1. scale scale/div 数字区“5” X1 五、设置标记搜索Marker Fctn:具体步骤; 5.1按下Marker Fctn,进入子菜单。 5.2按下第七个键Marker searc,进入子菜单。 5.3按下第七个键Trackin,摁到ON。 5.4然后按下第一个键MaX。(搜索最高点) Marker Fctn Marker searc Trackin(ON) MaX
滤波器测试
十一、相位测试: 相位波动: 1.确认所用通道S参数为S21. 2.按下Format键,进入子菜单 3.按下第二个键(phase) 4.按下控制面板的scale,把比例尺改为5°。 5.把marker1点设为中心频率。 6.按下控制面板的Marker Fctn,进入子菜单。 7.按下第六个键(marker-delay),设置一个延时。 8.按下第五个键(marker-reference)将激活的标记设为参考线。 9.按下控制面板的scale,进入子菜单 10.按下第六个键(electrical-delay)调整延迟时间(高端往上翘,把时间 调小,反之高端往下掉,就把时间调大,) 11.按下第五个键:(marker-reference)将激活的标记设为参考线。 12.把marker2点和3点设置成需要的点。看两点间的波动是否是最小。如 果不是就反复操作第10和11步,直到满意为止。
声表面波器件的测试及S参数的设定
目录
1 2 3
测试工具 测试参数
谐振器的测试及S参数的设定
滤波器的测试及S参数的设定
4
测试工具 1、矢量网路分析仪 我们应用的有安捷伦的 HP8753D, HP8753ES,HP8753E,E5071B,E5071C 2、传输线 双芯同轴线,微带线。 3、测试夹具 有测试金属类夹具,例如:F11,D11,TO39 贴片类夹具,例如: SMD5*5,SMD3.8*3.8,SMD3*3.贴片类按照测试板引线方式还分为,正面直 通测试板和背面直通版。 4、声表面波器件。
谐振器的测试 一.设置S参数(S21(S12))(注:双通道机器有4个通道,分别是S11,S21, S12,S22;S11和S22只有在测试驻波,史密斯阻抗和谐振器的实部,虚部时使 用。其余测试都用S21(S21=S12)). 1.1具体步骤:按下meas----进入子菜单按下S21. 二.设置中心频率点(center)和扫宽(span).具体步骤: 2.1、按下center.输入数值和单位(例如:频率为315.0的产品就在数字区 输入3, 1, 5 ,M。) 2.2、按下span,输入数值和单位(具体操作和2.1一样,但是span一般都 设置2MHZ/750KHZ.) 三.校准 3.1、用直通校准接头,使传输电缆短路。 3.2、按下主面板CAL键, Calibrate Response(thru) Thru Done,完成直通校准。
测试参数 7、驻波比:驻波比全称为电压驻波比,指驻波波腹电压与波谷电压幅 度之比,又称为驻波系数、驻波比。驻波比等于1时,表示馈线和天线 的阻抗完全匹配,此时高频能量全部被天线辐射出去,没有能量的反射 损耗;驻波比为无穷大时,表示全反射,能量完全没有辐射出去。 7.1输入驻波:S11 ,是输入端驻波 7.2输出驻波:S22 , 是输出端驻波 8、阻带抑制(带外抑制) 8.1绝对抑制:0dB到抑制点之间的衰减 8.2相对抑制:波形最高点到抑制点之间的衰减
滤波器测试 六、设置标记(Marke): 6.1按下Marke,进入子菜单。 6.2按下第六个键all off. 6.3按下第一个键,设置Marke1点频率值,然后2点,以此类推。 Marke all off Marke1 3,1,5,M Marke2 315.5M 七、设置比例尺(scale):系统的默认值为10dB,改为1 dB。 7.1按下scale----进入子菜单。 7.2按第二个键(scale/div)设置每个格所代表的值。输入5,X1.切换到另一 通道 7.3按下第三个键(Reference position)设置参考线位置;输入你需要的数值 (例如8,按8,X1.) 7.4按下菜单第四个键(Reference value):用滚轮调整基准线的位置。 scale scale/div 5,X1 Reference position
测试参数 一、谐振器的测试参数 1、常规测试参数: 1.中心频率:谐振点最高点的频率 2.插入损耗:从0dB电平到器件最高点的距离,以dB表示 3.幅度:从谐振点到反谐振点之间的距离,以dB表示 2、不常用测试参数。 QU 品质因数 空载Q值 1.50Ω有载Q值。 (Q值) 50Ω 负载Q值 QL 2.空载Q值。 3.静态电容。 Ω 动态电阻(RM) 4.动态电感。 动态电感 (LM) µH 射频等效 5.动态电容。 RLC模型 动态电容 (CM) fF 6.动 九、驻波的测试: 设置S参数:输入驻波;1.1按下mean,进入子菜单,按下第一个键(S11)。 1.2按下Format键。进入子菜单。按第七个键(SWR)。 1.3设置marker点,1点,2点,读取2点之间最高点的数值。 2输出驻波.把1.1的S11改称s22。其余步骤一样。 十、时延: 群时延波动 1.确认所用通道S参数为S21. 2.按下Format键,进入子菜单。 3.按下第三个键(Group Delay) 4.设置marker点,1点,2点,读取2点之间的最大值和最小值之间的差值。( 单位为ns) 绝对时延: 1.2.3步骤同上。4把Marker点设置为标称频率,读取Marker点数据。