【摘 要】
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PDC材料传感器又称为聚合物衍生陶瓷传感器,是一种无线无源的温度传感器,其特点是耐高温、耐腐蚀,主要应用在恶劣条件下的高温测量。此传感器内部有一个谐振腔,当自身温度发生变化时其内部谐振腔的谐振频率也会产生相应的变化,且这种变化与温度的改变成负相关关系。基于传感器的这种特性,可向其发送固定频段的恒定幅值扫频信号,同时采集和分析传感器反射回来的回波信号,从而得出其谐振频率进而找到对应的温度值。本文研究
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PDC材料传感器又称为聚合物衍生陶瓷传感器,是一种无线无源的温度传感器,其特点是耐高温、耐腐蚀,主要应用在恶劣条件下的高温测量。此传感器内部有一个谐振腔,当自身温度发生变化时其内部谐振腔的谐振频率也会产生相应的变化,且这种变化与温度的改变成负相关关系。基于传感器的这种特性,可向其发送固定频段的恒定幅值扫频信号,同时采集和分析传感器反射回来的回波信号,从而得出其谐振频率进而找到对应的温度值。本文研究的目的是对这种新型的PDC材料无线无源温度传感器做配套的系统逻辑控制,主要研究内容如下:首先,通过查找相关资料来研究PDC材料无线无源温度传感器的工作原理,了解其谐振频率变化特性,并根据传感器的工作原理和特性设计相应的测量方案。其次,根据设计的测量方案来编写配套的系统逻辑控制,系统逻辑控制主要由LMX2592信号源控制模块、数据去奇异点算法模块、IIR滤波器模块、AD数据采集模块、串口通信模块等组成。工作流程为通过FPGA控制LMX2592射频信号合成器按照程序编写的扫频算法发出恒定幅值的扫频信号,频率范围为6.30～6.50GHz,信号经过功率放大器、倍频器后频率到达12.6～13.0GHz,再通过环形器1端口传送到传感器上,并从环形器3端口反射回波信号,同时通过FPGA控制AD9226数模转换器采集经检波器转换成电信号后的回波信号,然后将采回的数据通过数据去奇异点算法模块和IIR滤波器模块进行数据处理,接着将处理后的数据通过串口通信模块以串口传输的方式发送给上位机和触摸屏进行数据分析和显示。系统代码主要通过Verilog语言编写并通过Model Sim仿真软件和Signal Tap II逻辑分析仪对各个模块进行仿真与调试。最后,结合系统硬件对整套射频测温系统进行实际测试,主要测试方法为恒温和加热测试。经实测得出系统测量一次温度的时间周期为0.55s,在恒定温度下传感器谐振频率会有800k Hz左右的波动,在加温条件下对25℃-180℃和180℃-350℃这两个不同的温度范围做分段式测试,得出在25℃-180℃区间内,温度每上升1℃谐振频率下降291k Hz,其分辨率为0.00344℃/k Hz;在180℃-350℃区间内,温度每上升1℃谐振频率下降324k Hz,其分辨率为0.00309℃/k Hz。再由其恒定温度下谐振频率的波动可知测量精度为±1.3℃,满足设计要求。
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