SAW传感器工作原理及其结构设计

　　扭矩是反映回转动力传输系统工作状况的重要参数之一，是实现各种机械产品开发、质验、工况监测及优化控制等必不可少的参数。扭矩测试在汽车、船舶、飞机等领域中拥有广泛应用。随着现代科学技术的不断发展，非接触、无源化、小型化、适应复杂测试环境等已成为扭矩测量的发展趋势。

　　论文首先从声表面波谐振器的工作机理入手，介绍了扭矩传感器测试系统的组成，并分析了用于扭矩测试的SAWR的特性。本文采用谐振型声表面波传感器测量转轴扭矩变化，与一般应变型扭矩传感器一样，通过测量与轴线成和方向上的应变来实现对扭矩的测量。单端口谐振型声表面波传感器接收中心频率为器件固有频率的激励信号之后，将作用后的回波信号通过天线返回接收端，测得回波信号频率即可获得此时的扭矩值。因此，性能良好的SAWR对于提高测试系统的测量精度非常重要。

　　轴的扭矩测量一直是个较难解决的问题。SAW传感器由于其无源和无线测量的特点，恰好避免了一般有源传感器在轴的扭矩测量中能量和信号难以传输的缺点。本文中，我们将阐述SAW扭矩传感器的设计、结构及相应的无线测量系统。

　2声表面波扭矩传感器测量原理及系统组成

　　声表面波扭矩传感器是应变型传感器的一种，通过声表面波谐振器感应弹性轴体表面的剪切应变，从而引起作用于声表面波器件回波信号的频率偏移，进而获得扭矩的被测值。

　　2.1SAW传感器工作原理

　　目前常用的SAW传感器的核心器件是SAW振荡器，SAW传感器的工作原理就是利用SAW振荡器对各种物理、化学及生物被测量的敏感作用而引起的频率化来实现对被测量的精确检测。

　　SAW振荡器通常分为延迟型（SAWD）和谐振型（SAWR）两种。延迟线型振荡器由两个叉指换能器（IDT）的中心距决定相位反馈并由IDT的选频功能产生固定的振荡频率。谐振型则由左右两个反射栅阵列构成谐振腔，声表面波在左右反射栅之间反射、叠加形成驻波。SAWD及SAWR的结构如图1、2所示。

　　图1延迟线型振荡器

　　图2谐振型振荡器