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声表面波(SAW: Surface Acoustic Wave)振动传感器具有灵敏度高、良好的稳定性与可靠性等特点，而且利用SAW器件的无源结构，并借助现代射频读取模块数据发送与采集技术，可以实现一种对振动状态的无线无源在线监测，在高温高压极端环境及无人值守中的大型机械设备故障诊断中极具应用潜力。本文围绕用于石油化工领域中往复式压缩机传动臂运动状态在线监测的新型SAW无线无源振动传感系统开展工作，主要集中在悬臂梁式SAW振动传感器敏感机理的理论分析，传感系统整体结构的优化设计以及相应的实验验证与性能评价。 首先从声波波动方程出发，利用有限元分析和微扰理论对加速度作用力作用下SAW传播特性进行了分析，以此构建梁式SAW加速度传感器敏感机理的理论模型，特别分析了压电梁材料(ST-X石英、YX石英和128°YX-LiNbO3)及几何结构、振子质量对传感响应的贡献以确定传感器优化结构参数。为验证理论分析结果，实验研制了基于不同悬臂梁结构的差分振荡式SAW振动传感器，并搭建测试平台对所研制传感器性能进行评价。实验结果很好的验证了理论模型。 利用传感机理的理论模型确定了优化的悬臂梁材料参数和几何结构，并利用耦合模(COM)理论对SAW传感器件进行了优化仿真，以优化传感器性能。无线无源振动传感系统整体结构主要由SAW振动传感器、射频读取模块、天线以及监控服务器组成，其中，射频读取部分的控制单元通过DSP芯片TMS320F28335和FPGA芯片EP1C3T100C8N完成信号的收发和数据的实时传输，信号处理借助流水线式实时数据传输算法、数字滤波器降噪以及FFT变换获得传感器的谐振频率。 利用Agilent E5061B网络分析仪对所研制的SAW传感器件进行了性能测试，包括导纳特性、反射系数S11参数以及品质因数Q值，与通过耦合模仿真计算获得的参数较为一致。借助精密振动台、商用加速度计以及监控服务器搭建了实验测试平台，开展了对所研制的无线无源振动传感系统样机的性能评价实验。振动台的振动频率范围为10 Hz-30 Hz，频率采集软件的采样频率是250 Hz。传感器的检测灵敏度呈现出良好的线性特性，在±14 g的加速度动态范围内，系统的分辨率为0.15 g，传感器读取距离为30 cm，在关键指标上基本满足往复式压缩机传动臂运动状态在线监测的应用需求，在大型机械设备故障诊断中的振动在线监测应用上具有良好的发展前景。