基于LC諧振的無(wú)線無(wú)源應(yīng)變傳感器研究.pdf

1、應(yīng)變傳感器可廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、車輛、航空航天等領(lǐng)域中的工程安全監(jiān)管、損傷檢測(cè)、損害預(yù)防。然而，對(duì)于一些高溫高壓、易燃易爆等惡劣環(huán)境和動(dòng)力旋轉(zhuǎn)部件，有線有源應(yīng)變傳感器的應(yīng)用將受到極大的限制，有時(shí)甚至不可用，在這些特殊場(chǎng)合，只有應(yīng)用無(wú)線無(wú)源應(yīng)變傳感器。因此開展無(wú)線無(wú)源應(yīng)變傳感器研究具有十分重要的意義。
　　本文主要研究了一種平面螺旋電感和平面叉指電容串聯(lián)結(jié)構(gòu)的LC諧振回路無(wú)線無(wú)源應(yīng)變傳感器。首先對(duì)傳感器的平面螺旋電感和平面叉指電容

2、進(jìn)行了理論分析與設(shè)計(jì)，得到了近似計(jì)算公式。其次，運(yùn)用Matlab軟件對(duì)傳感器進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出高Q值、高平面叉指電容電極幾何尺寸比率、Q值綜合優(yōu)化的三種不同傳感器，三種傳感器的Q值分別為21、20.7、15.4，幾何尺寸比率值分別為0.75、0.8、0.67，幾何尺寸分別為30mm、30.2mm、21.6mm。最后，采用光刻、刻蝕工藝完成最小線寬為100μm的LC諧振應(yīng)變傳感器樣品的制備，設(shè)計(jì)了應(yīng)變測(cè)試懸臂梁系統(tǒng)，采用矢量網(wǎng)絡(luò)

3、分析儀對(duì)傳感器樣品的性能進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的不同LC諧振應(yīng)變傳感器的諧振頻率隨張應(yīng)變?cè)黾佣档?。沿叉指電容電極長(zhǎng)度方向，三種傳感器諧振頻率對(duì)應(yīng)變的響應(yīng)靈敏度分別為0.641 kHz/ppm、0.677 kHz/ppm、0.596 kHz/ppm，Q值分別為22.5、20.9、16.3。傳感器的最遠(yuǎn)探測(cè)距離可以達(dá)到4.5cm。
　　采用鐵氧體磁性材料解決了基于LC諧振的無(wú)線無(wú)源應(yīng)變傳感器在金屬表面無(wú)法使用的問(wèn)題。鐵氧體磁性