声表面波(Surfaceacousticwave,SAW)器件基于材料的压电效应,通过叉指换能器的结构实现电信号和声表面波信号的相互转换。声表面波信号在压电衬底表面传输,其传输特性受周围环境的影响,因此SAW器件被广泛用作温度、湿度、应力、应变等物理量传感器,若在声表面波的传输路径上放置化学敏感膜,则SAW器件也可以用来作为化学或生物传感器。声表面波传感器具有无线无源的特性,能够适应多种复杂恶劣环境,在高温、高速、高压等极端场景中有着独特的应用前景。此外,声表面波传感器还可以实现射频编码的功能,能集传感和标签识别功能为一体,实现多点实时感知。无线无源声表面波传感器及系统已成为近年来的研究热点,具有广泛的实用价值。本文阐述了 SAW传感器件的原理、结构特点,以及制备工艺。对谐振型和延迟线型两类结构的SAW传感器进行了理论设计与有限元仿真分析,并进行了实际制备及性能测试,结果显示谐振型SAW器件Q值约为1760,而延迟线性SAW器件能够实现8位编码功能,符合设计预期。在此基础上,对SAW传感器的阅读器系统进行了分析和研究,提出了基于FPGA和功率检波技术的系统方案,设计了 PCB电路,测试了各功能模块的性能。论文的主要工作和成果有:1.在128° Y切向铌酸锂压电基片上,设计、仿真并制备了谐振型的声表面波器件。有限元仿真采用ComsolMultiphysics软件,分析了谐振情况下粒子的位移场分布,获得的谐振频率与理论分析一致;制备的谐振型声表面波的器件经矢量网络分析仪测试,谐振频率为428MHz,Q值约为1760,与理论分析和有限元仿真较为吻合;测量了器件的谐振频率与温度之间的关系,实测结果表明,该器件的谐振频率与温度呈线性负相关关系,具有良好的温度传感特性。2.在上述铌酸锂压电基片上,设计、仿真并制备了一种带8位射频标签编码的延迟线型声表面波器件。射频标签编码经由固定位置上反射栅的分布实现,有反射条表示1,无反射条表示0;采用有限元方法,仿真分析了器件的时域信号,仿真结果可以清晰地辨别出相应的编码情况;用网络分析仪测试了器件的时域回波特性,测试结果表明,本结构的延迟线型声表面波器件可以通过反射栅的有无实现8位编码,符合设计预期,可以用来制作射频标签。3.设计了一种基于FPGA和功率检波技术的声表面波传感器阅读器系统,该阅读器系统包含射频发射模块、射频接收模块,以及信号控制及处理模块。信号控制及处理模块基于FPGA实现,对射频发射模块和射频接收模块进行参数控制,并对接收到的信号进行分析处理;经测试,射频发射电路能够稳定地产生433 MHz左右的频率信号,符合无线无源声表面波传感系统射频问询信号的需求,信号频率、时序可通过FPGA实时调节;接收电路接收到的声表面波返回的信号经由可变增益放大器增益后送入功率检波模块,功率检波模块可实现功率信号到电压信号的转变。