CN101762352B - 一种基于声表面波的小波变换式纱线张力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于声表面波的小波变换式纱线张力传感器，包括第一基片、第二基片、输入叉指换能器、输出叉指换能器、两个反馈放大器、混频器和低通滤波器，所述的第一基片采用一端固定，另一端加载力的悬臂梁结构：在第一基片下方有与其相同的第二基片；第一基片和第二基片上表面均制有输入叉指换能器和输出叉指换能器；两个基片表面的换能器分别通过各自的放大器与混频器相连，最后信号经过低通滤波器以后输出。本发明主要应用于纱线张力的测量，具有测量精度高、灵敏度高的特点，并且由于它具有小波变换的功能，所以抗干扰性能强。

Description

一种基于声表面波的小波变换式纱线张力传感器

技术领域

本发明涉及张力传感器领域，特别是涉及一种采用悬臂梁结构的基于声表面波的小波变换式纱线张力传感器。

背景技术

传统的纱线张力传感器是结构型传感器，包括电阻应变式、电容应变式、电位器式等，虽然传统的纱线张力传感器的工艺成熟、牢固可靠、价格低廉等优点而获得了大面积的应用，但其体积大、耗材多、速度慢、误差大、稳定性差等缺点也限制了其应用，尤其在要求体积小、精度高、稳定性高的场合，传统的力学传感器不能满足要求。

声表面波器件一个显著的特点是声表面波在压电晶体表面传播时，能量主要集中在压电晶体表面一个波长范围内，当外界环境变化时，容易引起压电晶体表面传播的声表面波的变化，进而引起声表面波器件本身频率、损耗及相位等参数的改变，因此，基于声表面波器件的力学传感器具有高精度、高灵敏度的特点。另外声表面波器件体积小、重量轻、功耗低、稳定性高、重复性及可靠性好，便于大规模批量生产的优点，能够满足一些要求传感器体积小、精度高、稳定性高的场合。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于声表面波的小波变换式纱线张力传感器，能够满足要求传感器体积小、精度高、稳定性高的场合。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于声表面波的小波变换式纱线张力传感器，包括第一基片、第二基片、输入换能器、输出换能器、两个反馈放大器、混频器和低通滤波器，所述的第一基片采用一端固定，另一端加载力的悬臂梁结构；所述的第一基片下方有与其相同的第二基片；所述的第一基片和第二基片上表面均制有所述的输入换能器和输出换能器；所述的第一基片上表面的输入换能器和输出换能器分别与反馈放大器相连；所述的第二基片上表面的输入换能器和输出换能器分别与另一个反馈放大器相连；所述的两个反馈放大器分别与所述的混频器相连；所述的混频器与所述的低通滤波器相连。

所述的基于声表面波的小波变换式纱线张力传感器的第一基片和第二基片采用压电材料制作而成。

所述的基于声表面波的小波变换式纱线张力传感器的输入换能器为输入叉指换能器；所述的输出换能器为输出叉指换能器。

所述的基于声表面波的小波变换式纱线张力传感器的输入叉指换能器为小波变换式叉指换能器；所述的输入叉指换能器导条包络按照Morlet二进小波函数的包络确定。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明采用声表面波器件制作而成，能够提供实时而稳定的高精度测量数据；采用悬臂梁结构设计，能消除基片材料由于环境温度、湿度等条件的改变对测量中声表面波器件的影响；同时具有小波变换功能，能够抑制测量中的噪声误差，具有测量精度高、稳定度好、制作简便、适用于微力测量领域的特点。

附图说明

图1是本发明中基于声表面波的小波变换式纱线张力传感器具体实施例结构方框图；

图2是本发明中采用悬臂梁结构的基片示意图；

图3是本发明中小波变换式输入换能器和输出换能器示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种基于声表面波的小波变换式纱线张力传感器，包括第一基片、第二基片、输入换能器、输出换能器、两个反馈放大器、混频器和低通滤波器，所述的第一基片采用一端固定，另一端加载力的悬臂梁结构；所述的第一基片下方有与其相同的第二基片；所述的第一基片和第二基片上表面均制有所述的输入换能器和输出换能器；所述的第一基片上表面的输入换能器和输出换能器分别与反馈放大器相连；所述的第二基片上表面的输入换能器和输出换能器分别与另一个反馈放大器相连；所述的两个反馈放大器分别与所述的混频器相连；所述的混频器与所述的低通滤波器相连。所述的基于声表面波的小波变换式纱线张力传感器的第一基片和第二基片采用压电材料制作而成。所述的基于声表面波的小波变换式纱线张力传感器的输入换能器为输入叉指换能器；所述的输出换能器为输出叉指换能器。所述的输入叉指换能器为小波变换式叉指换能器；所述的输入叉指换能器导条包络按照Morlet二进小波函数的包络确定。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1所示的是本发明中基于声表面波的小波变换式纱线张力传感器用于检测纱线张力的具体实施例结构方框图。将采用压电材料制作的第一基片1制作成一端固定、另一端加载力的悬臂梁结构。在第一基片1上表面制作输入叉指换能器3和输出叉指换能器4，同时在第一基片1下面制作完全相同的第二基片2，且在其上表面制作与第一基片1完全相同的输入叉指换能器3和输出叉指换能器4。两个基片上表面的换能器分别通过各自的反馈放大器5与混频器6相连，最后信号经过低通滤波器7后输出。

如图2所示，第一基片1采用一端固定、另一端加载力的悬臂梁结构。所述的输入叉指换能器3为小波变换式叉指换能器。输入叉指换能器3激励出声表面波，声表面波沿着由压电材料制成的第一基片1传播，输出叉指换能器4接收声表面波并将其转换成电信号。当悬臂梁一端受力后，第一基片1会产生应变，使得沿着第一基片1表面传播的声表面波的传播路径或者传播速度发生改变，输出信号的中心频率发生偏移，根据测量输出信号大小的变化，从而达到测量力大小的目的。

如图3所示，在第一基片1下面制作与第一基片1完全相同的第二基片2，在第二基片2上制作输入叉指换能器3和输出叉指换能器4，两个基片表面的输出叉指换能器4各自通过反馈放大器后接入混频器，得到差频信号。通过两个基片表面两路信号的频差可以消除因环境温度、湿度等引起的误差。同时，输入叉指换能器具有小波变换功能，可以抑制检测过程中的噪声误差。输出信号通过混频器后，经过低通滤波器后输出。

不难发现，由于本发明采用声表面波器件制作而成，能够提供实时而稳定的高精度测量数据；采用悬臂梁结构设计，能消除基片材料由于环境温度、湿度等条件的改变对测量中声表面波器件的影响；同时具有小波变换功能，能够抑制测量中的噪声误差，具有测量精度高、稳定度好、制作简便、适用于微力测量领域的特点。

Claims (4)

1.一种基于声表面波的小波变换式纱线张力传感器，包括第一基片(1)、第二基片(2)、输入换能器(3)、输出换能器(4)、两个反馈放大器(5)、混频器(6)和低通滤波器(7)，其特征在于，所述的第一基片(1)采用一端固定，另一端加载力的悬臂梁结构；所述的第一基片(1)下方有与其相同的第二基片(2)；所述的第一基片(1)和第二基片(2)上表面均制有所述的输入换能器(3)和输出换能器(4)；所述的第一基片上表面的输入换能器(3)和输出换能器(4)分别与反馈放大器(5)相连；所述的第二基片(2)上表面的输入换能器(3)和输出换能器(4)分别与另一个反馈放大器(5)相连；所述的两个反馈放大器(5)分别与所述的混频器(6)相连；所述的混频器(6)与所述的低通滤波器(7)相连。

2.根据权利要求1所述的基于声表面波的小波变换式纱线张力传感器，其特征在于，所述的第一基片(1)和第二基片(2)采用压电材料制作而成。

3.根据权利要求1所述的基于声表面波的小波变换式纱线张力传感器，其特征在于，所述的输入换能器(3)为输入叉指换能器；所述的输出换能器(4)为输出叉指换能器。

4.根据权利要求3所述的基于声表面波的小波变换式纱线张力传感器，其特征在于，所述的输入叉指换能器为小波变换式叉指换能器；所述的输入叉指换能器导条包络按照Morlet二进小波函数的包络确定。

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