
無線無源測溫聲表面波傳感器是一種借助于無線讀取系統與無線天線,結合無源單端 SAW 元件如單端對諧振器與反射性延遲線(一種由一叉指換能器與多個沿聲波傳播方向設置的反射器構成的單端 SAW 器件)研制的無線傳感器。這種傳感器具有其獨特的優越性即無需任何能量提供,可實現無源,解決了有源傳感器的功耗影響問題,另外,由于無線傳感,可以應用于劇毒危險環境,如某些工業流程、戰地環境等等。目前已經廣泛應用于機械物理量如溫度、濕度、壓力、應變以及力矩等的檢測,特別是對壓力的檢測目前已經成功實現商業化應用(輪胎壓力監控系統 TPMS)。除了在扭矩、壓力、溫度、濕度方面的應用,無線傳感器在化學氣體、生物等領域也具有良好的應用前景。
無線傳感器的基本原理是:由無線讀取單元(Reader unit)發射一定頻率的電磁波信號,經由無線天線由 SAW 器件的叉指換能器接收轉換成 SAW,再由反射器反射回叉指換能器重新轉換成電磁波信號由無線天線傳輸回讀取單元,如果在 SAW 器件表面施加物理(如溫度、濕度或者應力、壓力等)或者化學(如氣體吸附等)參量擾動即會引起聲波速度發生變化,從而引起無線單元接收的反射信號的頻率或者相位發生相應改變,實現對待測參量的無線檢測。無線 SAW 傳感器研究內容主要在于兩個方面,其一是無線讀取單元與無線天線的研制,另外一個方面則是各種類型 SAW 傳感器的結構設計與研制。
無源測溫應用于無線 SAW 傳感器系統之中的無線讀取單元類似于傳統雷達系統,因此所有傳統雷達系統中所采用的技術均可應用于無線 SAW 傳感器的讀取單元設計之中。目前的無線讀取單元的設計技術大致分為兩類,一種是時域采樣技術,包含兩種方式,一種基于脈沖雷達,這種方式適應于快速變換或者移動的檢測對象,通過采用開關器件實現簡單的雙工器,但是由于需要快速采樣與信號處理器件,成本較高,另外由于低占空度,因此應用范圍較低;另外一種時域采樣方式采用調頻雷達,類似于脈沖式雷達,但是由于 TB 產品(其中 B 受限于 SAW器件的工作帶寬, 而 T 則限制于發射機的初始延時)的使用改善了占空度,因此擴展了其應用范圍。無線讀取單元的另外一種設計技術為頻域采樣技術,也包含兩種類型,其一為利用網絡分析儀結構,這樣即可實現低成本,降低信號處理元件使用量,具有較高的占空度,但是這種模式僅僅適宜于低速變換對象測量,另外雙工器僅能以一環形元件或者兩個獨立天線組成,接收器設計需要有較高的動態范圍;另外一種頻域采樣技術則是利用調頻連續波(FMCW)設計,這種方法類似于前面采用網絡分析結構,但是具有更高的動態分辨率。因此,在無線傳感器讀取單元的設計之中,多采用這種頻率采樣模式。根據歐洲 ISM 規定,目前主要有兩個頻段分配于無線 SAW 傳感器讀取單元設計:433.0~434.77MHz 與 2.4~2.483MHz。
目前各種不同結構不同類型如環形、偶極子、螺旋型以及片狀等具有較寬頻帶、低增益的無線天線廣泛應用無線傳感系統,獲得了較好的傳感距離,據報道傳感距離目前已經達到 6 米以上。







