一种多环境参量无源无线读取装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种多环境参量无源无线读取装置及方法，属于环境参数监测技术领域，解决了现有复杂环境参量非接触测量效率较低的问题。一种多环境参量无源无线读取装置，所述无源无线读取装置包括集成SAW传感器和阅读器；所述集成SAW传感器，包括N个独立的谐振器型SAW传感器，在规定工作频段内，采用频分多址的方式设置各谐振器型SAW传感器的谐振频率允许区间，各区间不重合；所述阅读器，用于向所述集成SAW传感器发射激励信号，并接收所述集成SAW传感器回传的反射信号，根据所述激励信号与所述反射信号的偏差得到当前环境参量。本发明专利技术提出的读取装置实现了多环境参量的短时间内的快速检测，解决SAW传感器信号碰撞干扰的问题，提高了读取效率。

【技术实现步骤摘要】
一种多环境参量无源无线读取装置及方法
本专利技术涉及环境参数监测
，尤其涉及一种多环境参量无源无线读取装置及方法。
技术介绍
无源无线传感测量技术对于解决封闭和危险空间的环境参量非接触测量的难题具有重要意义。传统非接触测量传感器需要内置或外接的电源，或自俘能模块提供其传感测量所需的能量。但对于需要长期监测值守的封闭环境，有源或者有线连接的传感器的布设和维护都存在难以克服的困难。基于声表面波(SAW)技术的传感器是一种真正无源，完全被动的传感器，它实现传感功能的能量全部来自于读取装置对其发射的射频质询信号，只有正确的质询信号能够激励它开始工作并反射含有传感信息的射频信号。SAW传感器也是目前唯一具有实际应用价值的无源无线传感技术方案。受到现有技术水平和SAW技术自身特性的限制，现有的SAW传感系统一般只能读取一到两种环境参量，同一测点附近不能布置多个传感器，不能很好的解决SAW传感器信号碰撞干扰的问题，读取速度也比较慢，效率较低。本专利技术针对现有SAW读取装置存在的问题，提出了一种能够短时间内快速提取多种、多个SAW传感器的传感信息的读取装置，能够较好的解决复杂环境参量非接触测量的难题。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种多环境参量无源无线读取装置及方法，用以解决现有复杂环境参量非接触测量效率较低的问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种多环境参量无源无线读取装置，所述无源无线读取装置包括集成SAW传感器和阅读器；所述集成SAW传感器，包括N个独立的谐振器型SAW传感器，在规定工作频段内，采用频分多址的方式设置各谐振器型SAW传感器的谐振频率允许区间，各区间不重合；所述阅读器，用于向所述集成SAW传感器发射激励信号，并接收所述集成SAW传感器回传的反射信号，根据所述激励信号与所述反射信号的偏差得到当前环境参量。本专利技术有益效果如下：在本专利技术提供的多环境参量无源无线读取装置中，采用频分多址的方式设置了各谐振器型SAW传感器的谐振频率允许区间，能够有效解决SAW传感器信号碰撞干扰的问题，且各谐振器型SAW传感器独立工作，该装置能够短时间内快速提取多个SAW传感器的传感信息，有效提高了读取效率。在上述方案的基础上，本专利技术还做了如下改进：进一步，所述N个独立的谐振器型SAW传感器，分别用于敏感不同的环境参量。采用上述进一步方案的有益效果是：充分利用谐振器型SAW传感器的频率特性，使不同的谐振器型SAW传感器敏感于不同的环境参量，保证本专利技术的读取装置能够快速提取多个SAW传感器的传感信息，有效提高了读取效率。进一步，所述阅读器包括控制器、发射链路、接收链路、高速开关和天线；发射激励信号时，控制器根据谐振器型SAW传感器感知信号的频率带宽调制生成相应的激励信号指令，并将所述激励信号指令发送至所述发射链路，由所述发射链路产生相应频率的激励信号，所述激励信号经所述高速开关和天线发射出去；接收所述集成SAW传感器的反射信号时，所述反射信号由天线接收，经由接收链路传递至控制器，由控制器根据频率与环境参量之间的线性关系获得相应的环境参量信息。采用上述进一步方案的有益效果是：通过阅读器发射激励信号、接收反射信号，并根据二者频率与环境参量之间的变换关系，获得相应的环境参量信息。进一步，所述发射链路包括依次连接的数字信号发生器、锁相环和功率放大器；所述接收链路包括低噪声放大器、混频器。采用上述进一步方案的有益效果是：利用由数字信号发生器、锁相环和功率放大器连接构成的发射链路得到满足需求的激励信号，并利用由接收链路包括低噪声放大器、混频器依次连接构成的接收链路处理反射信号。进一步，所述N不超过16。采用上述进一步方案的有益效果是：由于可供选择的实际频段有限，且为避免不同谐振器型SAW传感器信号碰撞干扰，N一般不超过16。本专利技术还公开了一种使用多环境参量无源无线读取装置的方法，根据独立的谐振器型SAW传感器个数，将阅读器的检测过程分为N个周期；每个周期均执行以下过程：在所述阅读器中，控制器控制高速开关切换至发射链路，并根据谐振器型SAW传感器感知信号的频率带宽调制出相应的激励信号指令；所述控制器将所述激励信号指令发送至所述发射链路，由所述发射链路产生相应频率的激励信号，并将所述激励信号经高速开关和天线发射出去；控制器控制高速开关切换至接收链路；所述集成SAW传感器接收所述激励信号，并将相应谐振器型SAW传感器谐振出的反射信号，发送至所述阅读器；在所述阅读器中，所述反射信号经天线和高速开关进入接收链路，经所述接收链路得到所述激励信号与所述反射信号的差值，所述差值再通过AD转换为数字信号，随后发送至所述控制器；所述控制器将接收到的所述控制信号进行快速傅里叶变换运算，得到所述数字信号的频率值和功率值；根据所述频率值与环境参量之间的关系，得到当前环境参量。本专利技术有益效果如下：利用在本专利技术提供的方法，能够有效解决SAW传感器信号碰撞干扰的问题，且各谐振器型SAW传感器独立工作，该装置能够短时间内快速提取多个SAW传感器的传感信息，有效提高了读取效率。在上述方案的基础上，本专利技术还做了如下改进：进一步，根据所述频率值与环境参量之间的关系，得到当前环境参量，包括：查找标定的频率与环境参量之间的变换关系，得到当前环境参量，其中，所述频率值为功率值最大时对应的频率点。采用上述进一步方案的有益效果是：谐振器型SAW传感器与环境参量之间存在对应关系，本专利技术充分利用传感器的谐振特性，进而得到当前环境参量。进一步，当控制器控制高速开关切换至接收链路时，同时关断锁相环。采用上述进一步方案的有益效果是：切换到接收链路时，同时关断锁相环，实现发射和接收信号的隔离。进一步，所述由所述发射链路产生相应频率的激励信号，进一步包括以下步骤：数字信号发生器根据所述激励信号指令合成激励信号对应的中频信号，所述中频信号经锁相环倍频至激励信号所在的射频频段，然后通过功率放大器放大至激励信号所对应的功率强度，由此得到所述激励信号。采用上述进一步方案的有益效果是：通过给出产生激励信号的具体过程，便于本领域的技术人员，根据本专利技术所述方法得到激励信号。进一步，所述经所述接收链路得到所述激励信号与所述反射信号的差值，进一步包括以下步骤：所述反射信号经低噪声放大器放大后，输入混频器；同时将数字信号发生器合成的中频信号输入混频器，所述中频信号在混频器内首先倍频到与激励信号相同的频率，然后与所述经过低噪声放大器放大后的反射信号进行混频器处理，得到所述激励信号与所述反射信号的差值。采用上述进一步方案的有益效果是：通过混频器处理得到激励信号与所述反射信号的差值，便于控制器根据该差值得到环境参量。本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为谐振型SAW传感器结构示意图；图2为本专利技术中的多环境参量无源无线读取装置示意图；图3为本专利技术中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多环境参量无源无线读取装置，其特征在于，所述无源无线读取装置包括集成SAW传感器和阅读器；所述集成SAW传感器，包括N个独立的谐振器型SAW传感器，在规定工作频段内，采用频分多址的方式设置各谐振器型SAW传感器的谐振频率允许区间，各区间不重合；所述阅读器，用于向所述集成SAW传感器发射激励信号，并接收所述集成SAW传感器回传的反射信号，根据所述激励信号与所述反射信号的偏差得到当前环境参量。

【技术特征摘要】
1.一种多环境参量无源无线读取装置，其特征在于，所述无源无线读取装置包括集成SAW传感器和阅读器；所述集成SAW传感器，包括N个独立的谐振器型SAW传感器，在规定工作频段内，采用频分多址的方式设置各谐振器型SAW传感器的谐振频率允许区间，各区间不重合；所述阅读器，用于向所述集成SAW传感器发射激励信号，并接收所述集成SAW传感器回传的反射信号，根据所述激励信号与所述反射信号的偏差得到当前环境参量。2.根据权利要求1所述的多环境参量无源无线读取装置，其特征在于，所述N个独立的谐振器型SAW传感器，分别用于敏感不同的环境参量。3.根据权利要求1或2所述的多环境参量无源无线读取装置，其特征在于，所述阅读器包括控制器、发射链路、接收链路、高速开关和天线；发射激励信号时，控制器根据谐振器型SAW传感器感知信号的频率带宽调制生成相应的激励信号指令，并将所述激励信号指令发送至所述发射链路，由所述发射链路产生相应频率的激励信号，所述激励信号经所述高速开关和天线发射出去；接收所述集成SAW传感器的反射信号时，所述反射信号由天线接收，经由接收链路传递至控制器，由控制器根据频率与环境参量之间的线性关系获得相应的环境参量信息。4.根据权利要求3所述的多环境参量无源无线读取装置，其特征在于，所述发射链路包括依次连接的数字信号发生器、锁相环和功率放大器；所述接收链路包括低噪声放大器、混频器。5.根据权利要求4所述的多环境参量无源无线读取装置，其特征在于，所述N不超过16。6.一种使用权利要求1-5任一所述读取装置的多环境参量无源无线读取方法，其特征在于，根据独立的谐振器型SAW传感器个数，将阅读器的检测过程分为N个周期；每个周期均执行以下过程：在所述阅读器中，控制器控制高速开关切换至发射链路，并根据谐振器型SAW传感器感知信号的频率带宽调制出相应的激励信...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇鹏，赵一宇，彭雪明，张志彦，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11