传感器、遥测器和无线传感器系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术涉及传感器系统，公开了一种传感器、遥测器和无线传感器系统及其使用方法。本发明专利技术的无线传感器系统包括遥测器和至少一个传感器，上述传感器和遥测器在数字通信模式和模拟传感模式间切换，其中数字通信模式用于根据目标地址编码与预置地址编码是否匹配来寻找并激活目标传感器，模拟传感模式用于传输目标传感器的模拟传感信号以提取待测敏感量，其余传感器处于待机状态而不反射传感信号，仅使用地址编码对传感器进行片选，即可从根本上避免同一通信区内多个传感器的冲突，并可利用有限码长提供较大地址容量，可靠提高了频段内的传感器容量以及测量精度与速度，降低了功耗，扩大了通信范围，使传感器可用于近场耦合及中远距遥测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传感器系统，特别涉及。
技术介绍
对通信区内多个共存的无线传感器进行编号并在监测过程中予以区分可统一地称其为传感器多址技术，已成为无线传感器网络技术的核心之一。籍此，可将所测各敏感量与特定编号的传感器关联起来，以便确定该敏感量的处理方式、校准系数、物理位置及所测物件等，并非常利于系统运营状态监控和维护。尤其是对无线无源传感器，如何在没有外部供电条件下融合多址功能，是必须应对的技术挑战。现有技术已有多种带有RFID标签的无源无线传感器。中国专利N0.CN200920108024.3及N0.CN200910084149.1公开了一类在声表面波无线传感器上并联多个延迟型反射栅的技术。该技术中的反射栅可在传感器的时域发射信号中构成多个与传感器编号对应的峰值。根据特定时刻是否存在反射峰值判定该位的二进制逻辑值，从而可构成多位地址编码。该技术的局限在于，其一，只要传感器处于遥测装置通信内，无论是否需要被访问，其均形成包含地址编码和敏感量的反射信号，从而形成对区内其他同类传感器的冲突，而无法确定地址和敏感量。其二，地址编码需要在光刻制程中实现，成本较高且无法改写。针对前述第一条局限，为避免多传感器冲突，可结合使用频分多址或时分多址，但导致系统复杂度提高，同时降低地址编码的价值。或如美国专利N0.US7952482B2及N0.US2011/0285510A1中改用异频正交发射栅，从而形成正交或准正交的OFC-PN编码地址序列，但其仍存在明显使用限制，即当多个传感器共存时，需要所有传感器的反射信号时钟严格同步，否则将出现反射峰错位和交叠，极大地降低地址编码的自相关函数峰值的锐度造成误读，及敏感信息无法正常提取。而且PN码为保证自相关函数锐度而牺牲掉部分码容量，所以不能充分利用有限长度的码字。中国专利N0.CN200780009331.X中的装置将传感器阵列整合进RFID调制器。其将各传感器与独立的逻辑门电路连接，构成简易的模拟-数字信号变换器。这些逻辑门的二进制状态随所连传感器状态变化而反转，按顺序构成数字脉冲序列，并被作为测量编码向遥测装置反射，反射信号为纯数字通信编码信号。遥测装置接收后根据测量编码求解各传感器状态。该装置局限在于，首先，各传感器仅在预设敏感量阈值处发生开/关状态反转，为达精细测量目的，需并联多个类似传感器并设置不同敏感量阈值，提高复杂度和成本；其次，逻辑门电路需要从RFID功率恢复器获得直流供电，并随着监测分辨率和敏感量数目的提高而增大所需功率，从而降低可监测距离；此外，该装置反射信号中测量编码与地址编码一并反射，当多个该型传感器共存时，没有提供避冲突机制，因此该装置仅能用于遥测通信区内单独存在的传感器，而无法在区内并存多个传感器时唯一地访问各传感器。中国专利N0.CN201180032851.9公开了一种方法。这种方法整合数字RFID和模拟传感器阅读器，降低成本和复杂性。其中RFID阅读器读取地址，模拟阻抗监测电路测量传感器天线处的电阻、电感或电容。该方法可在相同或不同频率、相同或不同时间分别获取传感器地址和敏感量反射信号。但是，该方法具有以下局限。首先，在模拟阻抗监测电路工作时，多个共存在同一通讯区内的传感器均同时反射模拟阻抗信号，不可避免地形成彼此干扰，无法通过地址编码予以区分。其次，仅能监测反射信号阻抗的实部电阻与虚部电抗，此类测量受无线信号传输路径中的波长周期性影响导致所测复阻抗的相位不确定，限制了监测距离、精度和敏感量数量，因此仅适用于传感器和遥测装置相对位置固定的近场耦合应用，而不是适合中远距离遥测，且不能外接超过三个传感器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，可从根本上避免同一通信区内多个传感器的冲突，可靠提高了频段内的传感器容量以及测量精度与速度，而且，降低了功耗，扩大了通信范围，使传感器可用于近场耦合及中远距遥测。为解决上述技术问题，本专利技术的实施方式公开了一种传感器，包括:射频识别标签，用于在数字通信模式下，与遥测器进行数字通信，并根据从遥测器接收的数字通信信号，判断预置地址编码与遥测器的目标地址编码是否匹配，若不匹配，则维持数字通信模式，若匹配，则传感器为目标传感器，目标传感器的射频识别标签导通第一开关以使目标传感器进入模拟传感模式，在模拟传感模式下，目标传感器的射频识别标签在模拟传感模块反射完模拟传感信号后关断第一开关以将目标传感器切换回数字通信模式；第一开关，用于导通或关断模拟传感模块与遥测器的模拟通信；以及模拟传感模块，用于在模拟传感模式下，向遥测器反射模拟传感信号。本专利技术的实施方式还公开了一种遥测器，包括:第二开关，用于选择模拟收发链路或射频识别前端与传感器进行通信；射频识别前端；模拟收发链路，用于在模拟传感模式下，用射频电磁波辐照目标传感器并从目标传感器接收模拟传感信号并将该模拟传感信号发送给控制器；以及控制器，用于在数字通信模式下，控制第二开关掷向射频识别前端，并控制射频识别前端根据目标地址编码与传感器的预置地址编码是否匹配来寻找目标传感器，在找到目标传感器后，控制器控制第二开关掷向模拟收发链路以使遥测器进入模拟传感模式，在模拟传感模式下，控制器在接收到目标传感器的模拟传感信号后，控制第二开关掷向射频识别前端以使遥测器切换回数字通信模式。本专利技术的实施方式还公开了一种无线传感器系统，包括如上文的遥测器和至少一个如上文的传感器。本专利技术的实施方式还公开了一种传感器的使用方法，传感器包括射频识别标签、第一开关和模拟传感模块，第一开关用于导通或关断模拟传感模块与遥测器的模拟通信；使用方法包括以下步骤:在数字通信模式下，射频识别标签与遥测器进行数字通信，并根据从遥测器接收的数字通信信号，判断预置地址编码与遥测器的目标地址编码是否匹配，若不匹配，维持数字通信模式，若匹配，传感器为目标传感器，目标传感器的射频识别标签导通第一开关以使目标传感器进入模拟传感模式；在模拟传感模式下，模拟传感模块向遥测器反射模拟传感信号，射频识别标签在该模拟传感模块反射完模拟传感信号后关断第一开关以将目标传感器切换回数字通信模式。本专利技术的实施方式还公开了一种遥测器的使用方法，遥测器包括第二开关、射频识别前端、模拟接收链路和控制器，第二开关用于选择模拟收发链路或射频识别前端与传感器进行通信；使用方法包括以下步骤:控制器控制第二开关掷向射频识别前端以使遥测器进入数字通信模式；控制器控制射频识别前端根据目标地址编码与传感器的预置地址编码是否匹配来寻找目标传感器，并在找到目标传感器后，控制器控制第二开关掷向模拟收发链路以使遥测器进入模拟传感模式；模拟收发链路用射频电磁波辐照传感器，并从目标传感器接收模拟传感信号并将该模拟传感信号发送给控制器；控制器在接收到目标传感器的模拟传感信号后，控制第二开关掷向射频识别前端以使遥测器切换回数字通信模式，并控制射频识别前端寻找下一个目标传感器。本专利技术实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于:本专利技术的无线传感器系统包括遥测器和至少一个传感器，上述传感器和遥测器在数字通信模式和模拟传感模式间切换，其中数字通信模式用于根据目标地址编码与预置地址编码是否匹配来寻找并激活目标传感器，模拟传感模式用于传输目标传感器的模拟传感信号以提取待测敏感量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器，其特征在于，包括：射频识别标签，用于在数字通信模式下，与遥测器进行数字通信，并根据从遥测器接收的数字通信信号，判断预置地址编码与所述遥测器的目标地址编码是否匹配，若不匹配，则维持数字通信模式，若匹配，则所述传感器为目标传感器，所述目标传感器的射频识别标签导通第一开关以使所述目标传感器进入模拟传感模式，在模拟传感模式下，所述目标传感器的射频识别标签在模拟传感模块反射完模拟传感信号后关断所述第一开关以将所述目标传感器切换回数字通信模式；第一开关，用于导通或关断模拟传感模块与所述遥测器的模拟通信；以及模拟传感模块，用于在模拟传感模式下，向所述遥测器反射模拟传感信号。

【技术特征摘要】
1.一种传感器,其特征在于,包括: 射频识别标签，用于在数字通信模式下，与遥测器进行数字通信，并根据从遥测器接收的数字通信信号，判断预置地址编码与所述遥测器的目标地址编码是否匹配，若不匹配，则维持数字通信模式，若匹配，则所述传感器为目标传感器，所述目标传感器的射频识别标签导通第一开关以使所述目标传感器进入模拟传感模式，在模拟传感模式下，所述目标传感器的射频识别标签在模拟传感模块反射完模拟传感信号后关断所述第一开关以将所述目标传感器切换回数字通信模式； 第一开关，用于导通或关断模拟传感模块与所述遥测器的模拟通信；以及 模拟传感模块，用于在模拟传感模式下，向所述遥测器反射模拟传感信号。2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述射频识别标签用于在数字通信模式下，从所述遥测器接收所述目标地址编码，并判断该目标地址编码与预置地址编码是否匹配，若不匹配，维持数字通信模式，否则所述传感器为目标传感器，该目标传感器的射频识别标签发送应答信号给所述遥测器，并导通所述第一开关以使所述目标传感器进入模拟传感模式。3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述射频识别标签用于在数字通信模式下，从所述遥测器接收数字通信指令，并随后主动向所述遥测器发送预置地址编码，所述遥测器判断是否找到与目标地址编码匹配的预置地址编码，若未有匹配，在随机延时后，所述射频识别标签再次向所述遥测器发送预置地址编码并判断所述遥测器是否发送模拟传感指令，若有匹配，所述遥测器发送模拟传感指令，同时所述射频识别标签判断是否在接收到模拟传感指令之 前的预设门限时长内发送过预置地址编码，若是，则所述传感器为目标传感器，该目标传感器的射频识别标签导通所述第一开关以使所述目标传感器进入模拟传感模式，否则所述传感器维持数字通信模式。4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包括射频整流器和储能件； 所述射频整流器用于将从所述遥测器接收到的射频电磁辐照转换为直流电流以对所述储能件充电； 所述储能件用于给所述射频识别标签和所述第一开关供电。5.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述射频整流器、射频识别标签和第一开关集成封装以形成多端口芯片。6.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器，其特征在于，所述模拟传感模块为射频无源探头，用于在模拟传感模式下，从所述遥测器接收射频信号，并向所述遥测器发送反射信号; 所述射频识别标签在所述射频无源探头发送完反射信号后关断所述第一开关以将所述目标传感器切换回数字通信模式。7.根据权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述射频无源探头为振荡器或传输线型模拟射频无源探头，根据其环境敏感量调制所述射频信号。8.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器，其特征在于，所述传感器具有多个模拟传感模块，所述第一开关为多掷开关，用于选择与所述遥测器模拟通信的模拟传感模块； 所述射频识别标签预置多级地址编码，分别对应所述传感器及其模拟传感模块，在确认预置地址编码与所述遥测器的目标地址编码匹配后，所述射频识别标签被选中，并根据次级地址编码控制所述第一开关掷向所选择的模拟传感模块以使所述目标传感器进入模拟传感模式。9.一种遥测器，其特征在于，包括: 第二开关，用于选择模拟收发链路或射频识别前端与传感器进行通信； 射频识别前端； 模拟收发链路，用于在模拟传感模式下，用射频电磁波辐照目标传感器并从目标传感器接收模拟传感信号并将该模拟传感信号发送给控制器；以及 控制器，用于在数字通信模式下，控制所述第二开关掷向所述射频识别前端，并控制所述射频识别前端根据目标地址编码与传感器的预置地址编码是否匹配来寻找目标传感器，在找到所述目标传感器后，所述控制器控制所述第二开关掷向所述模拟收发链路以使所述遥测器进入模拟传感模式，在模拟传感模式下，所述控制器在接收到所述目标传感器的模拟传感信号后，控制所述第二开关掷向所 述射频识别前端以使所述遥测器切换回数字通信模式。10.根据权利要求9所述的遥测器，其特征在于，所述控制器用于在数字通信模式下，控制所述射频识别前端向所述传感器发送目标地址编码，并在接收到预置地址编码与所述目标地址编码匹配的目标传感器的应答信号后控制所述第二开关掷向所述模拟收发链路以使所述遥测器进入模拟传感模式； 所述射频识别前端用于从所述目标传感器接收所述应答信号并将该应答信号发送给所述控制器。11.根据权利要求9所述的遥测器，其特征在于，所述控制器用于在数字通信模式下，控制所述射频识别前端向通信区发送数字通信指令，所述控制器判断所述射频识别前端从传感器接收的预置地址编码与目标地址编码是否匹配，若不匹配，则所述控制器继续控制所述射频识别前端向通信区发送数字通信指令，并继续判断所述射频识别前端接收的预置地址编码与目标地址编码是否匹配，若匹配，则所述控制器控制所述射频识别前端向所述通信区发送模拟传感指令，并控制所述第二开关掷向所述模拟收发链路以使所述遥测器进入模拟传感模式； 所述射频识别前端用于从所述传感器接收所述预置地址编码。12.根据权利要求9至11中任一项所述的遥测器，其特征在于，所述控制器还用于控制所述射频识别前端向通信区发射射频电磁辐照以给所述传感器充电。13.根据权利要求9至11中任一项所述的遥测器，其特征在于，所述模拟收发链路包括模拟接收链路和模拟发射链路，所述第二开关用于选择所述模拟接收链路和所述模拟发射链路与所述传感器进行通信； 所述模拟接收链路用于在模拟传感模式下，从目标传感器接收反射信号，并将该反射信号发送给所述控制器； 所述控制器还用于在数字通信模式下，在找到所述目标传感器后，控制所述第二开关掷向所述模拟发射链路以使所述遥测器进入模拟传感模式，在模拟传感模式下，所述控制器控制所述模拟发射链路向所述目标传感器发射射频信号，控制所述第二开关掷向所述模拟接收链路，并在接收到所述目标传感器的反射信号后，控制所述第二开关掷向所述射频识别前端以将所述遥测器切换回数字通信模式。14.一种无线传感器系统，其特征在于，包括如权利要求9所述的遥测器和至少一个如权利要求1所述的传感器。15.根据权利要求14所述的无线传感器系统，其特征在于，所述系统还包括数据中心； 所述遥测器还用于将从目标传感器的模拟传感信号提取的敏感量和相应的目标地址编码发送给所述数据中心； 所述数据中心用于通过数据总线向所述遥测器发送开机指令，并接收、存储和转发所述遥测器发送的敏感量和目标地址编码。16.一种传感器的使用方法，其特征在于，所述传感器包括射频识别标签、第一开关和模拟传感模块，所述第一开关用于导通或关断模拟传感模块与遥测器的模拟通信；所述使用方法包括以下步骤: 在数字通信模式下，所述射频识别标签与所述遥测器进行数字通信，并根据从遥测器接收的数字通信信号，判断预置地址编码...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑启洪，李泽晨，
申请(专利权)人：上海赛赫信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31