谐振编码型声表面波无源无线阵列传感系统技术方案

谐振编码型声表面波无源无线阵列传感系统，包括传感部分和信号查询、接收及处理部分，其特征在于传感部分由谐振频率分布在相同或不同的频率点上的声表面波谐振器和不同延迟时间的延迟线构成的多个不相同编码排列的多个传感器或标识器单元放置在相同的或者不同的空间位置构成。在信号接收处理部分采用计算机控制可调本振的形式。本系统不仅有谐振式无源无线传感器距离远的优点，而且具有延迟型大规模编码的优点，还可用于无源无线的目标识别。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于声表面波传感
，具体涉及一种用一个以上声表面波谐振器(包括双端口及单端口谐振器)和延迟线实现的无源多或者阵列传感器及标识器，以及用于无线信号查询及非接触获取、处理多个或阵列传感信号或标识器的系统。
技术介绍
从上个世纪八十年代开始，美、德、日等国家开展了对声表面波无源无线传感器的研究，在已经发表的专利和技术文献中，报道了采用声表面波元件实现无源传感器的各种方法。由于声表面波谐振器较之其它类型的声表面波元件具有更高得品质因素(Q值)，特别适合于无源无线传感应用。例如专业文献1、Reindl Leonhard，Scholl Gerd，Ostertag Thomas等，“无源声表面波应答器用作传感器的理论和方法”/IEEE Transactions onUltrasonics，Ferroelectrics，and Frequency Control/1998，45(5)1281-1291；文献2、A.Pohl，G.Ostermayer and F.Seifer，“用振荡器电路锁定远程高Q值声表面波谐振器的无线传感”/IEEE Trans.UFFC/vol.45，no.5，pp.1161-1168，1998；文献3、A.Springer，R.Weigel，A.Phol and F.Seifert，“用声表面波器件的无线识别和传感”/Mechatronics，/1999，No.9 pp745-756.上述文献都介绍了采用声表面波谐振器作为无源无线传感器的技术。图1是这些文献中报告的用于无源无线声表面波传感器信号查询、接收和处理的典型仪器系统原理框图。这个系统构成的特点在于，用于产生查询信号的本振的频率在使用中是不调整的，它固定在和用作传感器的谐振器频率范围内的一个频率点上。已有技术的一个典型特征就是一个传感器系统中只包含单个的用作传感器的声表面波谐振器。如果要使用多个这种无源无线声表面波谐振器式传感器，必须要使用多个信号查询、接收单元。所以这种方法，不适用于多传感器、大规模阵列传感器应用。这种系统电路结构复杂、控制灵活性较差。声表面波谐振器用作传感器，被传感量主要引起谐振器自然谐振频率的变化。在专业文献Pohl Alfred，Ostermayer Gerald，Seifert Franz，“用振荡器电路锁定远程高Q值声表面波谐振器的无线传感”/IEEETransactions on Ultrasonics，Ferroelectrics，and FrequencyControl/1998，45(5)1261-1268中，采用门控锁相环检测技术，锁定提取回波信号的振荡频率，并由此得到相应的传感信息。该系统电路复杂，难于调试和控制，并且闭环带宽窄，不能应用于传感器阵列所要求的宽频带控制。为了能够识别在多传感器或者阵列传感器中的各个传感单元或者传感器，已有和公开报到的技术主要是采用编码器型声表面波器件。例如德国西门子公司在中国申请的专利技术专利(申请号97117768.6)采用脉冲时间间隔编码。美国专利采用线性调频换能器的无源声表面波标识器(Passive SAW-IDTags Using Chirp Transducer，Patent Number5469170，Nov.，21，1995)采用声表面波线性调频编码器。这些传感器系统的实现可采用和图一相似的信号查询、接收采集单元。其中采用线性调频编码时，图1中的本振必须是一扫频信号源。仪器系统运用传统雷达技术，采用外差接收机结构，通过对回波信号幅度、相位信息的提取得到多个被测参量或目标身份识别和传感信息。然而，在所有的编码标识器和传感器中，都仅仅利用收发间的时延和相位不同来编码，传感量也由时延和相位改变来确定。因此，信号较弱，传感量的变化非常小。本专利技术针对现有技术存在的问题，提出一种谐振编码型声表面波无源无线阵列传感系统，该系统不仅有谐振式无源无线传感器距离远的优点，而且，具有延迟型大规模编码的优点，还可用于无源无线的目标识别。
技术实现思路
本专利技术的总体构思是用作传感器或标识器的无源声表面波谐振器经延迟线和天线连接，或者经过无源阻抗匹配网络和天线连接，直接从无线发射的查询信号中获取能量，并返回携带传感信息的射频信号。传感器或标识器本身不包含有源器件，无需电源(交、直流电源、电池等)供电。该传感器可用于传感温度、压力、应力、应变、加速度、流量等物理参量，也可以通过在敏感元件(声表面波谐振器)基片上，对声表面波传播路径覆盖选择性的化学吸附膜、生物膜来传感相应的物理及化学参量、生物参量。传感仪器系统用编码识别的方法，用同一仪器系统可以查询并获取在同一监测环境中的若干个这种敏感元件的传感信号，经过信号调理、转换获取传感信号，并用数字信号处理得到相应传感参量或标识器的输出。在同一个传感或标识器系统中用作敏感元件的谐振器的谐振频率分布可在不同的频率点上，也可工作在相同的频率点上。任何一个传感器和标识器的选定由编码信号决定，而谐振器在受到物理、化学、生物参量的影响反应为固有谐振频率的变化。本谐振编码型声表面波无源无线阵列传感系统包括传感部分和信号查询、接收及处理两部分。其中，传感部分是用谐振频率分布可以相同也可不同的频率点上的声表面波谐振器和不同延迟时间的延迟线构成的多个不相同编码排列的多个传感器或标识器，放置在相同的或者不同的空间位置，各个传感器用于测量相同或者不同的被传感量，标识器则可自动识别被标识物体。每一个编码谐振传感器或标识器单元可以是分离的声表面波和其它无源器件组成，也可在一个基片上加工而成单片结构。在分离结构中，最典型的由声表面谐振器、延迟线和天线相连，或者通过无源阻抗耦合匹配器件实现各部分的连接，如图2所示。延迟线的延迟时间将决定编码。单片结构可以有许多的形式，如图3和4。在图3中，IDT与不同距离的反射栅就构成了不同延迟时间的谐振器，IDT可以是一个频率点，也可以是多个频率点组成的扫频IDT，每组反射栅的工作频率可以是相同，也可不同，如图3中f1、f2、f3。在图4中，传感器由天线、二极管组、单向叉指换能器、接收IDT和反射栅组成。天线接收的信号由二极管组控制流向，保证该信号加在单向叉指换能器上，在单向叉指换能器上激励的声表面波经基片单向传向接收IDT，声表面波在单向叉指换能器与反射栅间构成谐振器。接收IDT是一个可编码的IDT组，图中为PSK编码IDT(也可为其它编码)，当激励信号的激励编码与接收IDT的编码相同时，才能选通该接收IDT，将声表面波转换成电磁波，然后经二极管组加到天线上发射出去。其信号的激励方式可以是间歇正弦信号、ASK信号、FSK信号和PSK信号，由于激励的不同，其响应也有所不同。其中，PSK信号有更强的抗干扰能力和更小的误码率。编码信号由延迟器件的延迟时间和谐振器振荡持续时间共同决定。在多个传感器的阵列系统中，谐振器振荡持续时间越长，信号的幅度越大。整个系统可以是如下几种形式如图5所示，传感部分的每一个声表面传感器通过无源阻抗匹配器件和一个延迟线、一副天线相连，与信号查询、接收及处理部分构成整个系统。也可以是传感部分由多个传感器共用一副天线，与信号查询、接收及处理部分构成整个系统，如图6所示。还可以是传感部分采用一个谐本文档来自技高网...

【技术保护点】
谐振编码型声表面波无源无线阵列传感系统，包括传感部分和信号查询、接收及处理部分，其特征在于传感部分由谐振频率分布在相同或不同的频率点上的声表面波谐振器和不同延迟时间的延迟线构成的多个不相同编码排列的多个传感器或标识器单元放置在相同的或者不同的空间位置构成；信号查询、接收及处理部分是由计算机的输出接口连接一个可调本振，该可调本振依次连接功率放大器、接收发送开关和天线，发出查询信号，查询信号的回波经由天线和发送接收开关输入射频放大器，再依次连接带通滤波器和Ａ／Ｄ转换器后接入计算机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：文玉梅，李平，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]