基于无线无源声表面波传感器的温度检测系统及收发系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于无线无源声表面波传感器的温度检测系统及收发系统，属于温度检测技术领域。温度检测系统包括射频收发系统及声表面波传感器，射频收发系统包括控制单元、人机交互单元、收发天线、发射链路、接收链路及选择开关单元：收发天线为多频天线；发射链路包括电连接的射频信号生成模块、开关模块、可置换的频率适配模块及功率放大模块；接收链路包括电连接的可置换的滤波模块、信号放大模块及功率检波模块；选择开关单元，用于有选择地将发射链路与接收链路中的一者与收发天线连接。基于该结构设计的射频收发系统，能有效的提高其所适配的声表面波传感器范围，可广泛应用于温度检测等技术领域。

Temperature detection system and transceiver system based on wireless passive surface acoustic wave sensor

The invention discloses a temperature detection system and a transceiver system based on a wireless passive surface acoustic wave sensor, belonging to the technical field of temperature detection. The temperature detection system includes the radio frequency transceiver system and the surface acoustic wave sensor. The RF transceiver system includes control unit, man-machine interaction unit, transceiver antenna, transmitting link, receiving link and selection switch unit. The transceiver antenna is a multi frequency antenna; the transmission link includes the radio frequency signal generating module, the switch module, and the switch module, and the transmission link. A replaceable frequency adaptation module and a power amplifier module; the receiving link includes a permutation filter module, a signal amplification module and a power demodulation module for an electrical connection; the selection switch unit is used to selectively connect one of the transmission links to the receiving link and the transceiver antenna. The RF transceiver based on this structure can effectively improve the range of the acoustic surface wave sensor, and can be widely used in the field of temperature detection and other technical fields.

【技术实现步骤摘要】
基于无线无源声表面波传感器的温度检测系统及收发系统
本专利技术涉及温度检测技术，具体地说，涉及一种基于无线无源声表面波传感器的温度检测系统及用于构建该温度检测系统的射频收发系统。
技术介绍
声表面波传感器通常包括压电基体及制备在该压电基体上的电极与天线，常用声表面波传感器为叉指换能器，其利用压电材料的声-电转换特性以实现电磁波和声表面波的相互转换，其优点是无线无源，且可在高温等恶劣环境下工作；其无线特性使其应用场景能突破线缆限制，从而可布局在运动物体等传统无法布线的位置上以实现温度等待检测物理参数的检测，而其无源特性使其无需在传感器内部安装电池，可更好地适应高温、强酸、高电压等恶劣环境，且便于维护。基于无线无源声表面波的传感技术可以用于电气仪表设备、航空发动机等大型机器的温度等待检测参数的传感场景。无线无源声表面波传感器系统通常由射频收发系统和安置在被测对象处的声表面波传感器组成，射频收发系统和声表面波传感器各集成有天线，射频收发系统产生问询射频信号并发送给声表面波传感器，声表面波传感器接收问询射频信号，并将其转换成沿压电基片表面传播的声波信号，该声波信号的传输特性携带传感器周围的温度等物理参数信息，并通过集成的天线重新转换成电磁波信号发送射频收发系统，射频收发系统接收到传感器返回的回波信号，实时分析得到声表面波传感器所处环境的温度等物理参数信息。声表面波器件在制作时，由于工艺原因，其谐振中心频率可能出现偏差。同时，基于不同的应用场景，以及不同材料的声表面波器件所具有的不同的材料特性，实际制备及使用的声表面波传感器其中心频率分散性较大，导致现有技术中，通常要求同型号的声表面波传感器要有专用的射频收发系统与之匹配。
技术实现思路
本专利技术的目的为提供一种基于无线无源声表面波传感器的温度检测系统，以提高射频收发系统对声表面波传感器的适配范围；本专利技术的另一目的为提供一种用于构建上述温度检测系统的射频收发系统。为了实现上述目的，本专利技术提供的温度检测系统包括射频收发系统及安置于被测对象处的声表面波传感器，射频收发系统包括控制单元、人机交互单元、收发天线、发射链路、接收链路及选择开关单元：人机交互单元与控制单元通讯连接，用于接收针对检测控制参数的设置输入及受控制单元控制地输出温度检测结果；收发天线为多频天线；发射链路受控于控制单元，沿信号在发射链路中的行进方向，依序包括电连接的射频信号生成模块、开关模块、频率适配模块及功率放大模块，频率适配模块可置换；接收链路受控于控制单元，沿信号在接收链路中的行进方向，依序包括电连接的滤波模块、信号放大模块及功率检波模块，滤波模块可置换；选择开关单元，用于有选择地将发射链路与接收链路中的一者与所述收发天线连接。基于上述结构设计的射频收发系统，可根据不同声表面波传感器，通过人机交互模块输入检测控制参数，并选用与该声表面波传感器相匹配的模块以置换频率适配模块与滤波模块，从而可使该射频收发系统可适用于不同频段的声表面波传感器及检测环境的变化，从而无需配置大量的射频收发系统，有效地节约成本。此外，基于开关模块与选择开关模块的设置，可有效地对发射信号与响应信号进行隔离，以提高该系统的工作稳定性与检测准确度。具体的方案为射频信号生成模块包括锁相环模块，开关模块为单向开关模块，选择开关单元包括单刀双掷开关模块，人机交互单元包括触摸屏，信号放大模块为可变增益放大模块，功率检波模块的下游设有模数转换模块，频率适配模块与滤波模块均为带通滤波模块。优选的方案为检测控制参数包括与声表面波传感器相匹配的问询射频信号组参数及用于表征声表面波传感器的谐振频率与环境温度间转换关系的计算式，问询射频信号组参数包括射频信号频段与信号步长或信号数量；转换关系为线性关系，信号步长为等步长。另一个优选的方案为控制单元包括处理器与存储器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时能实现以下步骤：接收步骤，接收通过人机交互单元输入针对检测控制参数的设置；收发步骤，依据检测控制参数，控制发射链路通过收发天线发射一组问询射频脉冲，及控制接收链路通过收发天线接收针对一组问询射频脉冲反馈的一组响应信号；处理步骤，基于一组响应信号，获取声表面波传感器的谐振频率；计算步骤，基于处理步骤中获取的谐振频率计算出被测对象的当前温度值。更优选的方案为在收发步骤中，一组问询射频脉冲包括若干频率渐变且频率在预设射频信号频段内的射频脉冲；在接收到针对前一问询射频信号的响应信号后，再发射下一问询脉冲信号；在控制发射链路发射问询射频信号时，控制开关模块连通并控制选择开关连接发射链路与收发天线；在控制接收链路接收响应信号时，控制开关模块断开及控制选择开关连接接收链路与收发天线；在处理步骤中，获取由功率检波模块输出用于表征响应信号幅值的幅值数据，以与一组问询射频脉冲对应的幅值数据组中最大的幅值数据对应的问询射频信号的频率为声表面波传感器的谐振频率；在处理步骤中，以在发射一个问询射频信号后预定时长内收到的信号为针对该问询射频信号的响应信号；在计算步骤中，依据收的检测控制参数中用于表征声表面波传感器的谐振频率与环境温度间转换关系的计算式，利用处理步骤获取的谐振频率计算当前温度。为了实现上述另一目的，本专利技术提供的射频收发系统，用于与声表面波传感器匹配使用，包括控制单元、人机交互单元、收发天线、发射链路、接收链路及选择开关单元；人机交互单元与控制单元通讯连接，用于接收针对收发控制参数的设置输入及受控制单元控制地输出检测结果；收发天线为多频天线；发射链路受控于控制单元，沿信号在发射链路中的行进方向，依序包括电连接的射频信号生成模块、开关模块、频率适配模块及功率放大模块，频率适配模块可置换；接收链路受控于控制单元，沿信号在接收链路中的行进方向，依序包括电连接的滤波模块、信号放大模块及功率检波模块，滤波模块可置换；选择开关单元用于有选择地将发射链路与接收链路中的一者与收发天线连接。基于上述结构设计的射频收发系统，可根据不同声表面波传感器，通过人机交互模块输入检测控制参数，并选用与该声表面波传感器相匹配的模块以置换频率适配模块与滤波模块，从而可使该射频收发系统可适用于不同频段的声表面波传感器及检测环境的变化，从而无需配置大量的射频收发系统，有效地节约成本。此外，基于开关模块与选择开关模块的设置，可有效地对发射信号与响应信号进行隔离，以提高该系统的工作稳定性与检测准确度具体的方案为射频信号生成模块包括锁相环模块，开关模块为单向开关模块，选择开关单元包括单刀双掷开关模块，人机交互单元包括触摸屏，信号放大模块为可变增益放大模块，功率检波模块的下游设有模数转换模块，频率适配模块与滤波模块均为带通滤波模块。优选的方案为收发控制参数包括与声表面波传感器相匹配的问询射频信号组参数及用于表征声表面波传感器的谐振频率与待检测参数间转换关系的计算式，问询射频信号组参数包括射频信号频段与信号步长或信号数量；转换关系为线性关系，信号步长为等步长。另一个优选的方案为控制单元包括处理器与存储器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被所述处理器执行时能实现以下步骤：接收步骤，接收通过人机交互单元输入针对收发控制参数的设置；收发步骤，依据收发控制参数，控制发射链路通过收发天线发射一组问询射频脉冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无线无源声表面波传感器的温度检测系统，包括射频收发系统及安置于被测对象处的所述声表面波传感器，其特征在于，所述射频收发系统包括：控制单元；人机交互单元，与所述控制单元通讯连接，用于接收针对检测控制参数的设置输入及受所述控制单元控制地输出温度检测结果；收发天线，为多频天线；发射链路，受控于所述控制单元，沿信号的行进方向，依序包括电连接的射频信号生成模块、开关模块、频率适配模块及功率放大模块，所述频率适配模块可置换；接收链路，受控于所述控制单元，沿信号的行进方向，依序包括电连接的信号放大模块、滤波模块及功率检波模块，所述滤波模块可置换；选择开关单元，用于有选择地将所述发射链路与所述接收链路中的一者与所述收发天线连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于无线无源声表面波传感器的温度检测系统，包括射频收发系统及安置于被测对象处的所述声表面波传感器，其特征在于，所述射频收发系统包括：控制单元；人机交互单元，与所述控制单元通讯连接，用于接收针对检测控制参数的设置输入及受所述控制单元控制地输出温度检测结果；收发天线，为多频天线；发射链路，受控于所述控制单元，沿信号的行进方向，依序包括电连接的射频信号生成模块、开关模块、频率适配模块及功率放大模块，所述频率适配模块可置换；接收链路，受控于所述控制单元，沿信号的行进方向，依序包括电连接的信号放大模块、滤波模块及功率检波模块，所述滤波模块可置换；选择开关单元，用于有选择地将所述发射链路与所述接收链路中的一者与所述收发天线连接。2.根据权利要求1所述的温度检测系统，其特征在于：所述射频信号生成模块包括锁相环模块，所述开关模块为单向开关模块，所述选择开关单元包括单刀双掷开关模块，所述人机交互单元包括触摸屏，所述信号放大模块为可变增益放大模块，所述功率检波模块的下游设有模数转换模块，所述频率适配模块与所述滤波模块均为带通滤波模块。3.根据权利要求1或2所述的温度检测系统，其特征在于：所述检测控制参数包括与所述声表面波传感器相匹配的问询射频信号组参数及用于表征所述声表面波传感器的谐振频率与环境温度间转换关系的计算式，所述问询射频信号组参数包括射频信号频段与信号步长或信号数量；所述转换关系为线性关系，所述信号步长为等步长。4.根据权利要求1至3任一项权利要求所述的温度检测系统，其特征在于，所述控制单元包括处理器与存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时能实现以下步骤：接收步骤，接收通过所述人机交互单元输入针对所述检测控制参数的设置；收发步骤，依据所述检测控制参数，控制所述发射链路通过所述收发天线发射一组问询射频脉冲，及控制所述接收链路通过所述收发天线接收针对所述一组问询射频脉冲反馈的一组响应信号；处理步骤，基于所述一组响应信号，获取所述声表面波传感器的谐振频率；计算步骤，基于所述处理步骤中获取的谐振频率计算出所述被测对象的当前温度值。5.根据权利要求4所述的温度检测系统，其特征在于：在所述收发步骤中，所述一组问询射频脉冲包括若干频率渐变且频率在预设射频信号频段内的射频脉冲；在接收到针对前一问询射频信号的响应信号后，再发射下一问询脉冲信号；在控制发射链路发射问询射频信号时，控制所述开关模块连通并控制所述选择开关单元连接所述发射链路与所述收发天线；在控制接收链路接收响应信号时，控制所述开关模块断开及控制所述选择开关单元连接所述接收链路与所述收发天线；在所述处理步骤中，获取由所述功率检波模块输出用于表征响应信号幅值的幅值数据，以与所述一组问询射频脉冲对应的幅值数据组中最大的幅值数据对应的问询射频信号的频率为所述声表面波传感器的谐振频率；在所述处理步骤中，以在发射一个问询射频信号后预定时长内收到的信号为针对该问询射频信号的响应信号；在所述计算步骤中，依据所接收的检测控制参数中用于表征所述声表面波传感器的谐振频率与环境温度间转换关系的计算式，利用所述处理步骤获取的谐振...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘子赫，金浩，董树荣，陶翔，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33