一种声表面波传感器激励与查询装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术的声表面波传感器激励与查询装置，它包括发射链路，接收链路，过冲整形模块，选择开关以及控制模块；发射链路，用于在过冲整形模块的控制下发射激励信号，其输入端连接控制模块，其输出端连接选择开关；接收链路，用于在过冲整形模块的控制下接收回波信号，其输入端连接选择开关；过冲整形模块，用于将控制模块生成的开关控制信号的过冲消除掉，其输入端连接控制模块，其输出端分别与发射链接，接收链路和选择开关的控制端连接；选择开关，根据接收到的来自过冲整形模块的开关控制信号，选择发射链路或者接收链路的导通，其一端与天线连接；控制模块，用于配置发射链路和接收链路中信号源的输出频率，同时生成开关控制信号。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及传感器
，具体涉及利用声表面传感器激励与查询的装置。
技术介绍
声表面波(surface acoustic wave，以下简称SAW)传感器对许多物理、化学或生物量敏感，已在温度监测、扭矩测量、气压监测以及生化检测等方面得到了较深入的研究。但是一般情况下SAW传感器为无源系统，也就是说需要外部激励信号去激励SAW传感器，然后SAW传感器发出回波，通常回波相对激励信号的频偏就携带有这些物理、化学或生物量的信息，例如温度、扭矩、气压等。对SAW传感器进行激励，并接收传感器回波进行频偏测定的装置就是声表面波(SAW)传感器激励与查询装置，也称为阅读器。在图1中，左侧装置为阅读器，右侧装置为无源SAW传感器。声表面波传感器是一种新型传感器，它具有体积小,精度高,灵敏度高,抗干扰能力强、容易与数字化测试系统连接等优点。SAW谐振器可以工作在30MHz--3GHz频率范围，因此它可直接将射频电磁波转换成SAW或将SAW转换成射频电磁波，无需电源供电。这一特性使得以SAW谐振器为传感元的谐振器型SAW传感器可以实现无源、无线传感，在无源、无线单端对SAW谐振器型传感器中，间歇发送脉冲信号到传感元，在两次发送间歇接收被传感元返回的回波信号。该信号是谐振器的瞬态输出信号，它已受被测量调制，是一个以谐振器的谐振频率振荡的衰减信号。当外界环境变化时SAW谐振器的谐振频率随之改变，因此从回波信号中获得谐振频率，就能提取出传感的被测量信息。现有技术中某些SAW阅读器的如图2所示，未在接收链路中使用开关进行隔离。因此在激励信号发射阶段激励信号会泄漏到接收链路，导致自动增益控制模块将低噪放大器的增益降低，影响回波接收的灵敏度。现有技术中的另外一些SAW阅读器如图2、3所示。有的在发射链路中不设置开关，要么设置开关，但是开关的位置在功放之后。在发射链路中不设置开关会导致激励信号泄漏到接收链路(不管是激励信号发射阶
段还是在回波接收阶段)，大大降低回波信号信噪比。如果在功放之后设置开关，因为此时信号源还在工作，还会有部分激励信号在回波接收阶段泄漏到接收链路中。在当前的声表面波(SAW)传感器激励与查询装置中，控制模块负责生成开关控制信号。开关控制信号是数字脉冲，来自于数字芯片(DSP、MCU以及FPGA等)的管脚输出，因此不可避免的带有过冲(上冲或者下冲)现象(见图4)。过冲主要发生在数字脉冲的开始与结束时刻，会使得开关的开启与闭合不稳定。如果在回波接收阶段，由于开关控制信号过冲，会使得开关闭合时，破坏回波信号的完整，降低接收信号信噪比。在激励信号发射阶段，由于开关控制信号过冲，会使得开关闭合、断开的时候，破坏激励信号的完整性，影响激励效果(见图5、图6)。由于无源声表面波传感器没有电源，只是依靠外部电磁波的激励产生回波，因此有效回波的有效长度极短，一般在10us左右。另外，由于传感器回波的频偏中携带了温度的信息，需要测量计算出此频偏。根据FFT理论，频率的分辨率取决于下式： f s N = f s LT s = 1 L ]]>其中，fs为回波信号采样率，Ts为回波信号采样周期，L为回波时长。从式可以看出，一味地提高回波信号的采样速率，对于频频的分辨率是没有用处的。
技术实现思路
有鉴于此，本技术提供一种改进的声表面波传感器激励与查询装置。本技术采用如下技术方案，构造声表面波传感器激励与查询装置，它包括发射链路，接收链路，过冲整形模块，选择开关以及控制模块；发射链路，用于在过冲整形模块的控制下发射激励信号，其输入端连接控制模块，其输出端连接选择开关；接收链路，用于在过冲整形模块的控制下接收回波信号，其输入端连接选择开关，其输出端连接外部设备；过冲整形模块，用于将控制模块生成的开关控制信号的过冲消除掉，其输入端连接控制模块，其输出端分别与发射链接，接收链路和选择开关的控制端连接；选择开关，根据接收到的来自过冲整形模块的开关控制信号，选择发射链路或者接收链路的导通，其一端与天线连接；控制模块，用于配置发射链路和接收链路中信号源的输出频率，同时生成开关控制信号。优选的，所述接收链路包括控制端与过冲整形模块一输出端连接的开关S2，开关S2根据过冲整形模块输出的控制信号，控制接收链路的通断。优选的，所述发射链路包括开关S1，锁相环1，功放2；开关S1，根据过冲整形模块输出的控制信号，控制发射链路的通断，其输出端连接锁相环1，其控制端连接过冲整形模块的一输出端；锁相环1，用于锁定信号源输出激励信号的频率，其输出端和反馈端连接功放2；功放2，用于对信号源输出激励信号进行放大。优选的，它还包括回波信号处理模块，回波信号处理模块，用于对声表面波传感器输出的回波信号进行FFT处理，输出频偏，其输入端连接接收链路和控制模块；所述控制模块，还用于向回波信号处理模块提供回波到来通知信号。本技术还提供一种声表面波传感器激励与查询装置的回波频偏获取方法，它包括如下步骤：A1:利用最大谱线及其相邻的1根“第二大”谱线进行插值来确定真实频率位置。对回波离散信号s(n)作N点FFT处理，最大谱线值记为|S(k0)|，第二大谱线值记为|S(k0+r)|，则得到的频率估计值为： f ^ 0 = 1 NT s [ k 0 + m | S ( k 0 + m ) | | S ( k 0 + m ) | + | S ( k 0 ) | ] ]]>其中，当|S(k0+1)|≥|S(k0-1)|时，m＝1；|S(k0+1)|＜|S(k0-1)|时，m＝-1；A2:计算δ：A3:如果则频率估计值为：A4:如果则频率估计值为: 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种声表面波传感器激励与查询装置，其特征在于：它包括发射链路，接收链路，过冲整形模块，选择开关以及控制模块；发射链路，用于在过冲整形模块的控制下发射激励信号，其输入端连接控制模块，其输出端连接选择开关；接收链路，用于在过冲整形模块的控制下接收回波信号，其输入端连接选择开关，其输出端连接外部设备；过冲整形模块，用于将控制模块生成的开关控制信号的过冲消除掉，其输入端连接控制模块，其输出端分别与发射链接，接收链路和选择开关的控制端连接；选择开关，根据接收到的来自过冲整形模块的开关控制信号，选择发射链路或者接收链路的导通，其一端与天线连接；控制模块，用于配置发射链路和接收链路中信号源的输出频率，同时生成开关控制信号。

【技术特征摘要】
1.一种声表面波传感器激励与查询装置，其特征在于：它包括发射链路，接收链路，过冲整形模块，选择开关以及控制模块；发射链路，用于在过冲整形模块的控制下发射激励信号，其输入端连接控制模块，其输出端连接选择开关；接收链路，用于在过冲整形模块的控制下接收回波信号，其输入端连接选择开关，其输出端连接外部设备；过冲整形模块，用于将控制模块生成的开关控制信号的过冲消除掉，其输入端连接控制模块，其输出端分别与发射链接，接收链路和选择开关的控制端连接；选择开关，根据接收到的来自过冲整形模块的开关控制信号，选择发射链路或者接收链路的导通，其一端与天线连接；控制模块，用于配置发射链路和接收链路中信号源的输出频率，同时生成开关控制信号。2.如权利要求1中所述的声表面波传感器激励与查询装置，其特征在于：所述接收链路包括控制端与...

【专利技术属性】
技术研发人员：张连波，苏秉华，陈景国，程加斌，王云平，姚叔敏，曾雪亮，
申请(专利权)人：北京理工大学珠海学院，
类型：新型
国别省市：广东;44