Wireless strain measurement with a micromachined magnetoelastic resonator using ringdown frequency locking

谐振器 声学 探测器 材料科学 无线 500千赫 频率响应 电气工程 光电子学 电子工程 物理 计算机科学 工程类 电信
作者
Venkatram Pepakayala,Scott R. Green,Yogesh B. Gianchandani
出处
期刊:ISSS journal of micro and smart systems [Springer Nature]
卷期号:6 (1): 3-13 被引量:5
标识
DOI:10.1007/s41683-017-0001-3
摘要

Resonant magnetoelastic devices are widely used as anti-theft tags and are also being investigated for a range of sensing applications. The vast majority of magnetoelastic devices are operated at resonance, and rely upon an external interface to wirelessly detect the resonant frequency, and other characteristics. For micromachined devices, this detection method must accommodate diminished signal strength and elevated resonant frequencies. Feedthrough of the interrogating stimulus to the detector also presents a significant challenge. This paper describes a method of interrogating wireless magnetoelastic strain sensors using a new frequency-lock approach. Following a brief excitation pulse, the sensor ring-down is analyzed and a feedback loop is used to match the excitation frequency and the resonant frequency. Data acquisition hardware is used in conjunction with custom software to implement the frequency-lock loop. Advantages of the method include temporal isolation of interrogating stimulus from the sensor response and near real-time tracking of resonant frequencies. The method was investigated using a family of wireless strain sensors with resonant frequencies ranging from 120 to 240 kHz. Strain levels extending to 3.5 mstrain and sensitivities up to 14300 ppm/mstrain were measured with response times faster than 0.5 s. The standard deviation of the locked frequency did not exceed 0.1%.

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