具有无源协作目标的测量装置制造方法及图纸

技术编号:24596614 阅读:50 留言:0更新日期:2020-06-21 03:38
本发明专利技术涉及一种系统,该系统包括连接到询问单元的第一电声转换器和连接到谐振器的至少一个第二电声转换器。所述第一电声转换器和第二电声转换器形成一个声信道,所述第二电声转换器与所述谐振器一起形成一个无源协作目标,当接收到询问信号时,所述无源协作目标通过所述声信道向所述询问单元发送一响应信号,所述询问信号具有比所述响应信号更高的能量。

Measurement device with passive cooperative target

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有无源协作目标的测量装置
本专利技术涉及一种具有根据独立权利要求1的前序部分以及在从属权利要求中指定的其他实施方式中的无源协作目标的系统。
技术介绍
本专利技术解决的问题是提供一种系统,该系统特别易于操作并且具有成本效益,其具有无源协作目标作为测量装置。软件定义无线电(SoftwareDefinedRadio,SDR)是一个术语,用于描述高频发送器和接收器的概念,在前述概念中,信号处理的较小或较大部分是通过软件实现的。模拟组件可以是直线接收器或超热接收器。最常见的是,选择和调制/解调是通过数字信号处理在SDR中实现的。SDR系统使用通用计算机来执行信号处理的很大一部分,并与专用硬件(例如信号处理器和/或FPGA)结合使用(如果需要)。使用通用计算机(例如PC)可以达到几10MHz的接收器带宽。更大的带宽和更复杂的处理算法需要特殊的处理器,例如信号处理器或FPGA。基本特征是可以通过简单地更改软件来实现无线电系统的不同参数,例如调制,不同的带宽,时间行为和不同的信道编码过程。SDR用于业余无线电,军事和移动通信,但也越来越多地用于民用应用,例如数字无线电接收器。在这种情况下,灵活性和不同协议实时更改的实现特别有益。一个很好的说明性示例是将蜂窝网络的基站实现为SDR。因此,它们可以在很短的时间内以低成本升级到新标准。SDR的硬件包括至少一个发送器和接收器模块,以及每个A/D和D/A转换器以及介于两者之间的基于软件的数字信号处理。从信号路径由两个平行的实数序列对组成的意义上来说,信号处理通常很复杂,这也称为I/Q信号。最简单和理想的SDR接收器将由带天线的模数转换器组成。读取的数据将在模数转换后直接由数字计算机处理。理想的发送器看起来类似:计算机通过数模转换器生成数字数据流,下游天线发送该数据流。SDR的操作原则当今的SDR根据以下三种功能原理之一进行操作:输入信号直接数字化在最经济的模拟处理之后,通过滤波器和前置放大器或衰减器将输入信号直接数字化。根据奈奎斯特定理(Nyquisttheorem),用于数字化的输入信号必须至少以最大有用频率的两倍来进行采样,以重建信号。如今已有12位分辨率下采样频率高达3.6GSPS的A/D转换器。这样可以实现高达1500MHz的接收范围。中频水平的数字化这种接收机的第一级与常规的超外差式接收机几乎没有什么不同。模拟滤波器设计用于最大的有用信号带宽。这不仅降低了对更高信号强度进行进一步处理的要求,而且还大大降低了采样频率:例如,在10kHz的中频带宽下,仅20kHz的采样频率就足够了(二次采样)。由于具有足够强大功能的数字信号处理器(DSP)比具有所需带宽的各种晶体滤波器便宜得多,因此该概念现已得到广泛使用。此外,DSP还可以执行其他功能,例如增益控制和解调-其与传统的模拟技术相比,具有明显更好的特性和更多的可能性。根据I/Q方法的直接混合器直接混合接收器是一种接收器概念,其中输入信号直接与相同载波频率的振荡器信号混合并因此被解调。Audion在1920年代就已经为接收摩尔斯信号研究了这一原理。传统直接混频器的问题是缺乏镜像频率抑制,即,低于振荡器频率1kHz的正弦信号提供的输出信号与高于振荡器频率1kHz的正弦信号完全相同。SDR通过“复杂”信号处理(即通过使用实部和虚部进行计算)来解决此问题,这也称为I/Q信号。I代表“同相”和实部,Q代表正交和信号的虚部。为此,在直接混频器接收器的输入部分中使用了两个并行混频级,其振荡器信号相移了90°。用数字技术很容易产生这样的振荡器信号。两个混频器的输出信号被并行数字化,然后进行数字处理-其中希尔伯特变换起着核心作用。最终,希尔伯特变换会产生与频率相关的延迟,而不会影响信号幅度,从而使信号相位翻转90°。因此,1kHz信号延迟250μs,10kHz信号延迟25μs。最后,提供两个具有0°相移和90°相移的直接叠加信号。通过将两个信号相加或相减,这可以在两个边带之间切换。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种系统,该系统特别易于操作并且具有成本效益,其具有无源协作目标作为测量装置。类似于使用耦合到天线的表面声波设备的无线无源传感,此处介绍的方法基于发射信号和反射信号的时域分离。无线传感器系统包含一个在有源部件上进行信号处理的激励和接收元件,以及一个在无源传感器节点上具有振荡负载的收发器。无源传感器节点由电连接到辐射元件(即超声换能器)的谐振器组成。对于根据本专利技术的上述类型的测量装置,该问题通过独立权利要求1的特征部分的特征来解决。本专利技术的其他实施方式是从属权利要求的主题。在本专利技术的意义内,系统优选地是一种测量装置,用于在优选地先前选择的位置处测量期望的测量值,例如力,温度,电流,电压,流量,湿度以及物理量。根据本专利技术的这种测量系统包括第一电声换能器,该第一电声换能器连接到询问单元。这样的询问单元优选地是遵循软件无线电的原理的软件雷达系统。此外,该系统还包括至少一个连接到谐振器的第二电声换能器,其中第一电声换能器和第二电声换能器形可成声信道,第二电声换能器与谐振器形成无源协作目标,该目标发送响应信号,当从询问单元接收到询问信号时,经由声信道,该询问信号具有比响应信号高的能量。同样,本专利技术的系统可以包括询问单元,该询问单元是按照软件定义的无线电的方式的软件定义的询问单元。而且,在根据本专利技术的系统中,第一和/或第二电声换能器可以是优选地双向声换能器,优选地用于超声或次声。在根据本专利技术的系统中,谐振器是具有高Q因子的谐振器。此外,在根据本专利技术的系统中,谐振器由于其高品质因数可以存储询问信号的能量的至少一部分,直到询问信号的环境引起的信号反射衰减为止。在根据本专利技术的系统中,谐振器可以是压电薄膜谐振器,介电谐振器或石英音叉谐振器。该谐振器也可以是单端口谐振器。此外,在本专利技术的范围内,谐振器可以具有至少一个谐振频率作为测量变量的函数,该谐振频率是温度响应补偿的。在根据本专利技术的系统中,已经证明,如果响应信号相对于询问信号在频率上偏移,则是特别有利的。在根据本专利技术的系统中,询问信号,优选作为至少一个矩形询问脉冲和/或拍频信号和/或调频询问信号,由询问单元发送。在本专利技术的上下文中,询问脉冲可以是在时域中具有矩形包络的脉冲或信号。此外,在本专利技术的上下文中,询问脉冲可以是在时域中具有矩形幅度的脉冲或信号。同样,在本专利技术的上下文中,询问脉冲可以是在时域中具有矩形功率的脉冲或信号。此外,在本专利技术的范围内的询问信号可以是如下的询问信号,其频率随着宽的拍频信号(拍频信号或在技术文献中也称为抖动信号)而周期性地增加和减小。如果该调频询问信号每次都超过应答器的谐振频率,则响应信号在谐振时增大,否则减小。响应信号的包络具有拍频信号频率的两倍,因为它在最大和最小频率上都降低了。如果在接收器中将询问信号的频率锁定为响应信号中拍频的二次谐波的最大值,则可以建立一个PLL,从而可以进行非常精确的测量。根本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种系统,包括连接到一个询问单元的第一电声换能器和连接到一个谐振器的至少一个第二电声换能器,其中,所述第一电声换能器和所述第二电声换能器形成一个声信道,所述第二电声换能器与所述谐振器一起形成一个无源协作目标,所述无源协作目标在从所述询问单元接收到一个询问信号后,通过所述声信道发送一个响应信号,并且所述询问信号具有比所述响应信号更高的能量。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170812 DE 102017007594.81.一种系统,包括连接到一个询问单元的第一电声换能器和连接到一个谐振器的至少一个第二电声换能器,其中,所述第一电声换能器和所述第二电声换能器形成一个声信道,所述第二电声换能器与所述谐振器一起形成一个无源协作目标,所述无源协作目标在从所述询问单元接收到一个询问信号后,通过所述声信道发送一个响应信号,并且所述询问信号具有比所述响应信号更高的能量。


2.根据权利要求1所述的系统,其中,所述询问单元是一个由软件定义的询问单元。


3.根据权利要求1或2所述的系统,其中,所述第一和/或第二电声换能器优选为双向的声换能器,并优选为超声或次声的声换能器。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统,其中,所述谐振器是一个具有高Q因数的谐振器。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统,其中,由于具有所述高Q因子,所述谐振器存储所述询问信号的能量的至少一部分,直到所述询问信号的由环境引起的信号反射衰减为止。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统,其中,所述谐振器是一个压电的薄膜谐振器,介电谐振器或石英音叉谐振器。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统,其中,所述谐振器是一个单端口谐振器。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统,其中,所述谐振器具有至少一个谐振频率,而所述谐振频率是一个所测量的量的函数。


9.根据权利要求8所述的系统,其中,所述谐振频率为温度响应补偿。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统,其中,所述响应信号相对于所述询问信号在频率上发生偏移。


11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统,其中,所述询问信号优选地作为至少一个矩形询问脉冲和/或差拍信号和/或调频询问信号由所述询问单元发送。


12.根据权利要求1至11中任一项所述的系统,其中,优选地,作为至少一个所述矩形询问脉冲,所述询问...

【专利技术属性】
技术研发人员:T·阿富塔布J·霍普D·施D·J·舒特L·赖因德尔
申请(专利权)人:阿尔贝特路德维希斯弗赖堡大学
类型:发明
国别省市:德国;DE

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