一種壓電聲波陣列化傳感器信號測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種壓電聲波陣列化傳感器信號測試系統(tǒng)，主控芯片F(xiàn)PGA控制基準(zhǔn)信號發(fā)生器產(chǎn)生高精度正弦信號，經(jīng)濾波、穩(wěn)幅、功率調(diào)節(jié)等環(huán)節(jié)后由功分器分解為兩路相同信號，其中一路進(jìn)入多路選通控制器，控制測試信號對壓電聲波傳感器陣列中各個(gè)傳感器的時(shí)分激勵(lì)，另一路激勵(lì)參比傳感器；兩路信號同時(shí)進(jìn)入信號解調(diào)單元，解調(diào)單元輸出兩路信號的幅值、相位比較結(jié)果，將結(jié)果傳輸至高速A/D單元；FPGA保持對多路選通控制器與A/D轉(zhuǎn)換器的控制與監(jiān)視，經(jīng)運(yùn)算后向上位機(jī)輸出頻率差測試結(jié)果，并由上位機(jī)根據(jù)定標(biāo)關(guān)系進(jìn)行結(jié)果輸出。
【專利說明】一種壓電聲波陣列化傳感器信號測試系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子學(xué)測試領(lǐng)域和信號處理技術(shù)，具體涉及的是一種壓電聲波陣列化傳感器信號測試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電聲波傳感器利用壓電材料的壓電效應(yīng)及聲波信號在傳感器中的傳遞特性實(shí)現(xiàn)對物理量的測量。傳感器在不同環(huán)境下的頻率特性具有顯著差異，實(shí)現(xiàn)很高的檢測靈敏度。使用壓電聲波傳感器進(jìn)行檢測的原理及過程如下:
利用掃頻方法確定傳感器的特征頻率/Q，在/Q處幅頻特性曲線有最大值，相頻特性曲線顯示的相位值為私_。
[0003]以Λ力中心選取合適帶寬(一般選取為/0±5&)，保證帶內(nèi)相頻特性曲線具有單調(diào)特性。
[0004]在外界環(huán)境影響下，相頻特性曲線發(fā)生偏移，相位值為Wa的頻率點(diǎn)從偏移至./!，4/ = Jx - /。表征了傳感器變化量。
[0005]目前使用壓電聲波傳感器的測試系統(tǒng)應(yīng)用在包括生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)工業(yè)、環(huán)境檢測、軍事、反恐等多個(gè)領(lǐng)域，其具有的高分辨率、高靈敏度、高穩(wěn)定性等優(yōu)勢已被廣泛認(rèn)識(shí)，具有良好的應(yīng)用前景。
[0006]目前基于壓電聲波傳感器尤其是陣列化傳感器的應(yīng)用尚不成熟。一方面，大量壓電聲波傳感器的應(yīng)用還處在實(shí)驗(yàn)室階段，使用的大型測試設(shè)備便攜性不足難以滿足現(xiàn)場測試需求；另一方面，投入應(yīng)用的壓電聲波傳感測試系統(tǒng)有著測試通量低、速度慢的缺陷，單臺(tái)設(shè)備一次只能實(shí)現(xiàn)單個(gè)檢測，不能滿足壓電聲波陣列化傳感器的測試需求。因此，需要一種小型化、具備大通量測試和快速測試能力的壓電聲波陣列化傳感器信號測試系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問題，提供一種壓電聲波陣列化傳感器信號測試系統(tǒng)，能適應(yīng)多通道、列陣化傳感器的需求快速完成傳感器信號測試。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種壓電聲波陣列化傳感器信號測試系統(tǒng)，包括主控芯片F(xiàn)PGA,所述主控芯片F(xiàn)PGA控制基準(zhǔn)信號源產(chǎn)生高精度正弦信號進(jìn)入多路選通動(dòng)作器和參比傳感器，所述多路選通動(dòng)作器通過壓電聲波陣列化傳感器連接多路選通同步器，所述參比傳感器和所述多路選通同步器將信號傳輸至信號解調(diào)單元，所述信號解調(diào)單元將兩個(gè)信號比較后傳輸至高速A/D單元，所述高速A/D單元將數(shù)字信號傳輸至所述主控芯片F(xiàn)PGA，所述多路選通同步器連接多路選通控制器，所述多路選通控制器連接所述多路選通動(dòng)作器和主控芯片F(xiàn)PGA。
[0009]進(jìn)一步的，主控芯片F(xiàn)PGA通過連續(xù)改變基準(zhǔn)信號源的激勵(lì)頻率，記錄壓電聲波陣列化傳感器的頻率特性變化。
[0010]進(jìn)一步的，使用參比傳感器減弱了溫度對測試結(jié)果的影響。[0011]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明能滿足多通道、陣列化環(huán)境下的壓電聲波傳感器信號測試要求，本發(fā)明的儀器幾何尺寸能方便地控制在160Μ^2χ130--?2χ30Μ--2內(nèi)，設(shè)備重量低于900 g，因此具備良好的便攜特性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是壓電聲波陣列化傳感器信號測試原理圖；
圖2是壓電聲波陣列化傳感器信號測試系統(tǒng)的框架原理圖；
圖3是壓電聲波陣列化傳感器信號測試系統(tǒng)中高精度激勵(lì)信號合成原理圖；
圖4是壓電聲波陣列化傳感器信號測試系統(tǒng)詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖中標(biāo)號說明:1、主控芯片F(xiàn)PGA，2、基準(zhǔn)信號源，3、多路選通控制器，4、壓電聲波陣列化傳感器，5、信號解調(diào)單元，6、高速A/D單元，7、多路選通動(dòng)作器，8、多路選通同步器，
9、DDS模塊，10、信號整形模塊，11、基準(zhǔn)信號，12、阻抗匹配單元，13、功率采樣模塊，14、功率控制器，15、信號發(fā)生單元，18、參比 傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0015]參照圖2所示，一種壓電聲波陣列化傳感器信號測試系統(tǒng)，包括主控芯片F(xiàn)PGA1，所述主控芯片F(xiàn)PGAl控制基準(zhǔn)信號源2產(chǎn)生高精度正弦信號進(jìn)入多路選通動(dòng)作器7和參比傳感器18，所述多路選通動(dòng)作器7通過壓電聲波陣列化傳感器4連接多路選通同步器8，所述參比傳感器18和所述多路選通同步器8將信號傳輸至信號解調(diào)單元5，所述信號解調(diào)單元5將兩個(gè)信號比較后傳輸至高速A/D單元6，所述高速A/D單元6將數(shù)字信號傳輸至所述主控芯片F(xiàn)PGA1，所述多路選通同步器8連接多路選通控制器3，所述多路選通控制器3連接所述多路選通動(dòng)作器7和主控芯片F(xiàn)PGAl。
[0016]本實(shí)施例的工作原理如下:
在測試前壓電聲波傳感器特性頻率如圖1實(shí)線所示，特征頻率為爲(wèi)，對應(yīng)的相位為，進(jìn)行測試時(shí)傳感器的幅頻特性、相頻特性都發(fā)生了改變(虛線對應(yīng)的頻率偏移至Λ,A/ = Z1-石則為所需的測試數(shù)據(jù)。
[0017]系統(tǒng)使用可控信號源產(chǎn)生傳感器所需的正弦激勵(lì)信號:FPGA控制DDS芯片產(chǎn)生正弦波，正弦信號會(huì)出現(xiàn)隨輸出頻率上升，信號幅值下降的情況，使用反SINC濾波回路可以補(bǔ)償幅值損失，保證輸出信號幅值穩(wěn)定；信號中夾雜的高頻噪聲使用七階橢圓低通濾波器濾除；為了滿足激勵(lì)壓電聲波陣列化傳感器信號的功率要求，使用功率采樣單元(如ADL5519、AD8307等)將功率水平反饋至FPGA，由FPGA控制功率調(diào)整器(如AD8368、AD8352等)將目標(biāo)信號的功率水平調(diào)節(jié)至合理范圍，一般將該信號功率控制在-5dBnT0dBm，這個(gè)功率既能滿足驅(qū)動(dòng)傳感器的需要，又滿足后級電路的信號探測要求；最后經(jīng)阻抗匹配單元將阻抗匹配為50 Ω，滿足系統(tǒng)阻抗匹配要求。
[0018]陣列化傳感器的使用能顯著提高測試通量，既可實(shí)現(xiàn)一次測試多批樣品提高測試速度，也可以測試同批樣品快速判別測試一致性水平及可靠性；為簡化測試通路，提高測試通路利用率，系統(tǒng)采用了時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)；多路選通動(dòng)作器件作為抽樣門負(fù)責(zé)將激勵(lì)信號唯一地接入傳感器陣列的某一測試通路；
多路選通同步器用于同步測試通道與測試數(shù)據(jù)，將測試信號傳輸至信號通路a ；
多路選通控制器作為多路測試總體控制單元，保證選通動(dòng)作器與同步器協(xié)調(diào)運(yùn)作，并與FPGA保持緊密通訊，傳輸當(dāng)前測試通路信息。
[0019]FPGA控制DDS產(chǎn)生正弦信號，經(jīng)SINC補(bǔ)償、濾波、倍頻、功率調(diào)整后產(chǎn)生傳感器激勵(lì)信號，該信號表不為:
【權(quán)利要求】
1.一種壓電聲波陣列化傳感器信號測試系統(tǒng)，其特征在于:包括主控芯片F(xiàn)PGA(I),所述主控芯片F(xiàn)PGA (I)控制基準(zhǔn)信號源(2)產(chǎn)生高精度正弦信號進(jìn)入多路選通動(dòng)作器(7)和參比傳感器(18)，所述多路選通動(dòng)作器(7)通過壓電聲波陣列化傳感器(4)連接多路選通同步器(8)，所述參比傳感器(18)和所述多路選通同步器(8)將信號傳輸至信號解調(diào)單元(5),所述信號解調(diào)單元(5)將兩個(gè)信號比較后傳輸至高速A/D單元(6)，所述高速A/D單元(6)將數(shù)字信號傳輸至所述主控芯片F(xiàn)PGA(I )，所述多路選通同步器(8)連接多路選通控制器(3)，所述多路選通控制器(3)連接所述多路選通動(dòng)作器(7)和主控芯片F(xiàn)PGA (I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電聲波陣列化傳感器信號測試系統(tǒng)，其特征在于:所述參比傳感器(18)補(bǔ)償了測試過程中環(huán)境溫度對結(jié)果的影響。
【文檔編號】G01D18/00GK103499364SQ201310468960
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月10日
【發(fā)明者】姚佳, 周連群, 吳一輝, 黎海文 申請人:中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所