熊志强, 陈智军, 孙 聪, 朱卫俊, 郭佳佳

(1.南京航空航天大学 自动化学院，江苏 南京 211106；2.中电科技德清华莹电子有限公司，浙江 德清 313200)

0 引言

扭矩检测是对各种非旋转或旋转的机械部件上扭转力矩的检测。目前扭矩检测常采用导电滑环、电磁耦合或有源无线等方式供给能量和传输信号，存在测量精度低、使用寿命短、高温高压条件下易燃易爆等问题[1-3]。声表面波(SAW)传感技术以其无源本质和无线功能进行扭矩检测，在阅读器和天线的配合下可以实现能量的可靠供给和信号的有效传输[4]。阅读器天线是SAW扭矩检测系统的关键组成部分。

本文针对转轴结构展开阅读器天线的仿真设计，设计了一种适用于圆柱转轴结构的水平全向性环状天线。环状天线按辐射体尺寸大小可分为电大环和电小环[5]，根据SAW扭矩检测系统的工作频段和转轴大小选择电大环天线进行设计，但电大环在环内各处导体的电流幅值和相位差异较大，天线的全向性将受到影响[6]。文献[7]设计了一种用于SAW扭矩检测的电大环天线，调谐电容将两段辐射体连接构成圆环，全向性较差。本文将天线导体分割成若干段，各段重叠一定角度以代替电容，这样可以通过调整重叠角度的方式减小电流相位变动[8]，从而增强天线的全向性。仿真与测试结果均表明，分段环状天线具有较好的全向性，满足无线无源SAW扭矩检测系统的需求。

1 声表面波扭矩检测原理

SAW扭矩传感以SAW谐振器作为传感器感应扭矩产生的弹性应变。……