Como discutido anteriormente (ver seção 1.7), os sensores SAW usuais, são aqueles que convertem a mudança de fase em frequência. Para garantir medidas com uma boa precisão, eles necessitam de um oscilador adicional (canal de referência), cuja resposta é extraída da linha de atraso que possui depositado sobre sua superfície um filme sensível (canal de medidas). Este tipo de abordagem necessita de duas operações:
a) A comparação da resposta dos dois canais, o que normalmente é realizado uti- lizando um misturador.
b) A contagem da frequência resposta do misturador, ou seja, a frequência dife- rencial entre os canais.
Ambas operações introduzem erros adicionais e encarecem o sensor. A contagem de frequência, por exemplo necessita de equipamento adicional, um contador de frequência, que se utiliza de um microprocessador, o que mais do que duplica o custo final do sensor. A necessidade do segundo canal pode introduzir erros adicionais, por conta de diferenças nos processos de envelhecimento entre os componentes dos dois canais.
O sensor desenvolvido nesse trabalho dispensa a utilização de um contador de fre- quência e de um segundo canal. Essas principais diferenças fazem desse sensor um dispositivo mais barato em comparação aos sensores tradicionais. No sensor desenvolvido a comparação entre os sinais ocorre no único amplificador. O fato do sinal de referência e o sinal de medida passarem pelo mesmo cristal aumenta a precisão das medidas.
Em suma, foi concluído que o sensor desenvolvido tem as seguintes vantagens:
a) Processo de medidas mais fácil, pois é utilizado o conceite de oscilação ou ausência dessa, sem a necessidade de contar frequências.
Destaca-se também que até presente momento, não existem sensores que contam frequência e que são capazes de funcionar em modo “alarme”, e que possuam uma análise di- gital da resposta do sensor. No trabalho foi sugerido um novo conceito de “alarme”, em que o sinal de disparo é gerado em um circuito analógico relativamente simples.
7.4 TRABALHOS FUTUROS
Para estudos futuros, seria interessante a exploração de diferentes configurações das linhas de atraso, como por exemplo, tamanhos de linhas de atraso diferentes e redução do ITT, para se obter um maior controle sobre as taxas de mudanças na perda de inserção do sinal de oscilação.
As medidas do sensor ainda dependem de uma variação manual da tensão de con- trole do trocador de fase. Apesar de encarecer o sensor SAW, um sistema automático poderia ser desenvolvido, o que poderia torná-lo mais atrativo comercialmente.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1]
B. Drafts, “ Acoustic wave technology sensors.,” IEEE Trans. Microwave
Theory Tech.,49(4), pp. 795-802, Abr. 2001.
[2]
J. Kirschner, “Surface Acoustic Wave Sensors (SAWS). Design for Applica- tion. Microelectromechanical systems”. Dez. 06, 2010.
[3]
Lord Rayleig, “On Waves propagated along the plane surfaces of an elastic solid.” Proc.London Math. Soc., pp. 17:4-11, 1885.
[4]
D. S. Ballantine Jr, R. M. White, S. J. Martin, A. J. Ricco, E. T. Zellers, G. C. Frye, H. Wohltjen, “Acoustic Wave Sensor—Theory, Design, and Physico- Chemical Applications”, Academic Press. 1997.
[5] D. Morgan, “Surface Acoustic Wave Filters With Applications to Electronic Communications and Signal Processing”, Segunda ed., 2007.
[6] H. Matthews,” Surface Wave Filters: Design, Construction, and Use”. New York: John Wiley & Sons, Inc., 1977.
[7]
R. Weigel, D. P. Morgan, J. M. Owens, A. Ballato, K. M. Lakin, K. Hash- imoto and C.C. W. Ruppel, “Microwave acoustic materials, devices and ap- plications.”, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., 50. pp. 738-749, Mar. 2002.
[8]
M. F. Hribšek, Dejan V. Tošić, Miroslav R. Radosavljević, “Surface Acoustic Wave Sensors in Mechanical Engineering”. FME Transactions, 38, pp.11-18, 2010.
[9]
C. Campbell, “ Surface Acoustic Wave Devices and their Signal Processing Applications”, pp. 110, 1989.
[10]
P. de A. Gláucio, “Estudo das propriedades acústicas do filme fino de TiO2 usando SAW.” Dissertação de mestrado, pp 8. Universidade Estadual de Campinas. FEEC, Jul. 2005.
[11] Schedin F, Geim A. K, Morozov S.V, Hill E. W, Blake P, Katsnelson M. I, Novoselov, “Detection of individual gas molecules adsorbed on graphene.”, Nature materials, v.6, n. 9, pp. 652–5. 2007.
[12] Barroso-Bujans F, Cerveny S, Alegría A, Colmenero J. Sorption, “Sorption and desorp- tion behavior of water and organic solvents from graphite oxide. Carbon”, v. 48, n. 11 pp. 3277–3286. 2010.
[13] Zhao C. L., Qin M, Huang Q. A, “Humidity sensing properties of the sensor based on graphene oxide films with different dispersion concentrations.”, IEEE SENSORS Proceedings, pp.129–132, 2. 2011.
[14] Yao Y., Chen X., Guo H, Wu Z. “Graphene oxide thin film coated quartz crystal micro- balance for humidity detection.”, Applied Surface Science , Elsevier B.V. v. 257, n. 17 ,pp. 7778–7782. 2011.
[15] A. S. Sedra, “ Microelectronic Circuits”, Quinta edição, New York Oxford, pp. 1167. 2004.
[16]
H. Wohltjen, “Mechanism of operation and design considerations for surface acoustic wave device vapour sensors,” Sensors and Actuators, vol. 5, pp.307- 325, Maio 1984.
[17] Thomas E. Parker, Jay P. Sager, “A SAW oscillator using two acoustic paths.”, 1976.
[18] Sorrentino, R. and Bianchi, G., “Microwave and RF Engineering-Microwave and Optical Engineering.”, 2010.
[19]
Hoang T. Design and realization of SAW pressure sensor using Aluminum Nitride. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2009
[20]
Cross P. S. , Schmidt, R. V. "Coupled surface-acoustic-wave resonators," Bell System Technical Journal, Vol. 56, pp. 1447-1481, 1977.
[21]
Braga, A.V.U. Balashov, S. Balashov O. V. Pavani Filho, A., “Characteriza- tion of a water activity SAW sensor with nanostructured sensitive film depos- ited by the SAW atomizer”.2013.
[22] Balashov S.M, Balachova O.V., Braga, A.V.U., Bazetto, M.C.Q, Pavani Filho, A., “The Optimized SAW Humidity Sensor with Nanofilms of Gra- phene Oxide.” 2013.
[23] Balashov S.M, Balachova O.V., Pavani Filho, A, Bazetto, M.C.Q and Al- meida M. G, “Surface acoustic wave humidity sensors based on graphene ox- ide thin films deposited with the surface acoustic wave atomizer”, ECS trans- actions, vol. 49, pp. 445-450, 2012.
[24] http://www.chemandy.com/calculators/microstrip-transmission-line-calcula- tor.htm .Microstrip Transmission Line Characteristic Impedance Calculator Using a Formula by Brian C. Wadell
[25] Barbosa. Cánovas G. V.; Fontana, A. J.; Schimidt, S. J.; Labuza, T. P., “Water
activity in Foods”. 1.ed. Iowa: Blackwell publishing, 2007.
[26] Grate, J.W.; Stephen, J.M.; Richard, M.W, “ Acoustic wave microsensors.”, Anal. Chem. 65, 940A 848A, 1993.
[27]
A . Hollister,. “Scattering Parameters & Smith Charts”, Appendix A. 2007.
[28]
Caliendo,C., Verona E., Anisimkin V. I. , “Surface acoustic wave humidity sensors: a comparison between different types of sensitive membrane.”, Smart Mater. Struct. 6. 707–715. 1997.
ANEXOS