[发明专利]高压电力电缆接头声表面波无源测温阅读器

说明书

一种高压电力电缆接头声表面波无源测温阅读器，属于电力电缆技术领域。本发明的目的是根据电力系统电缆的特性，设计一种新型的SAW传感器，从而能够更有利于传感的高压电力电缆接头声表面波无源测温阅读器。本发明在压电基片中部是叉指换能器，叉指换能器两端均连接天线，在叉指换能器两侧有等间距布置的反射栅，在反射栅外侧的压电基片上有吸声材料。本发明SAW传感器具有品质因数高，插损小，频率稳定性好、抗干扰能力强，测量精度高等优点，更有利于实现传感。

技术领域

本发明属于电力电缆技术领域。

背景技术

声表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)技术在无线通信领域已是成熟技术，利用体积小巧，结构简单的声表器件(声表滤波器和声表谐振器)实现无线信号滤波，或作为振荡源。声表面波技术的另一重要应用是传感器领域。利用声表面波传播速度慢，且易受外界环境参数影响的特点，在SAW器件表面施加物理(如温度、湿度、压力等)或者化学(如气体吸附等)参量扰动即会引起声波速度发生变化，从而引起无线单元接受的反射信号的频率或 者相位发生相应改变，实现对待测参量的无线检测。目前，SAW传感器应用包括医疗领域的 生物传感器，工业商业的温湿度、质量和气体传感器等。

声表面波是一种种沿压电晶体表面传播的弹性波，传播速度非常慢比电磁波小个数 量级，能量集中在介质表面。声表面波传播速度慢，且易受外界环境参数影响，因此可以用 于实现物理量传感。

现有应用在医疗领域的生物传感器，工业商业的温湿度、质量和气体传感器等的SAW 传感器大体上是延迟线型(图10)，延迟线型的反射栅间距是不等的，而谐振型是固定的。 这使得延迟线型易于实现大量传感器编码，缺点是插入损耗大，传输距离短；谐振型具有品 质因数高，插损小，频率稳定性好等优点，但难以实现编码，故适合于单传感器测量。

延迟线型SAW传感器的结构如图10所示，由单IDT和间距不等的反射栅组成。反射栅间距不同，所以反射效率远小于谐振型反射栅阵；其激励信号为单个矩形脉冲，不是谐振型SAW器件的间歇正弦脉冲信号，因此，回波信号效率比谐振型SAW器件小很多，通信距离只有几十厘米，也限制了它的应用领域。

发明内容

本发明的目的是根据电力系统电缆的特性，设计一种新型的SAW传感器，从而能够更有利于传感的高压电力电缆接头声表面波无源测温阅读器。

本发明在压电基片中部是叉指换能器，叉指换能器两端均连接天线，在叉指换能器 两侧有等间距布置的反射栅，在反射栅外侧的压电基片上有吸声材料；

无线读取器发射一定频率的激励信号，经天线传送至SAW器件的叉指换能器，叉指换能器通 过逆压电效应将接收到的电信号转换成沿基片表面传播的SAW，SAW在两个反射栅来回反射、 叠加、形成驻波，返回到IDT上的信号是以谐振频率为主频衰减振荡的响应信号，测量出该 信号主频就可以估算被测量；

SAW的谐振频率为

式中，v_SAW为SAW波速，d为反射栅片之间的间距；

当基片表面的温度发生变化时，引起声表面波传播速度和反射栅的间距的改变，从而引起谐 振器的谐振频率变化；

将SAW谐振器的谐振频率与温度的关系用多项式近似为

f＝f₀[1+a₀(T-T₀)+b₀(T-T₀)²+c₀(T-T₀)³] (2-2)

式中，T为待测温度；c为参考温度；f₀为T₀时谐振频率；a₀、b₀、c₀为T₀下的一 阶、二阶、三阶项待定系数；式(2-2)中各系数可通过实验法确定；