一种基于LC结构的柔性无线无源压力传感器系统技术方案

本申请提出一种基于LC结构的柔性无线无源压力传感器系统。该系统包括柔性压力传感器及信号读取电路，所述信号读取电路具有接收线圈，其用于与柔性压力传感器电磁耦合，以获取柔性压力传感器的信息及向柔性压力传感器传输能量。通过这样的设计将柔性压力传感器和电路读取系统配合使用，且将柔性的传感器和硬件电路物理分离，有利于实现传感器部分的全柔性和微型化。同时提高传感器的灵敏度，该系统还可以进行实时的数据分析和处理。可以进行实时的数据分析和处理。可以进行实时的数据分析和处理。

【技术实现步骤摘要】
一种基于LC结构的柔性无线无源压力传感器系统


[0001]本申请涉及传感器
，具体地涉及一种基于LC结构的柔性无线无源压力传感器系统。

技术介绍

[0002]近年来柔性传感器在各个领域不断发展，科研人员的研究朝着高柔性、高灵敏度、集成化、微型化等方向不断深入。其中，柔性无线传感器系统，高度集成了信息传感、数据采集、处理分析和无线传输等功能，可灵活应用于多种场合，备受科研人员的关注。
[0003]Ali团队提出了一种完全集成的传感器阵列，可同时选择性地测量汗液代谢物、电解质以及皮肤温度。该实施方式的核心原理是利用电化学传感器获取信息，使用集成电路组件和蓝牙模块来处理分析和无线传输传感器的输出信号。
[0004]另外Rogers团队针对NICU中新生儿的生命体征监测问题设计了一款超薄柔性传感器，其通过采集血压、心率等数据后利用近场通信技术NFC ISO15693 协议进行数据无线传输，实现了无创监测新生儿体征的需求。在基于NFC芯片的传感系统中，低功率传感器可以从NFC设备的NFC场中获取能量，从而避免了传感器端供能元件的使用，可缩小传感器系统体积、并提高集成度。
[0005]上述的实施方式中使用蓝牙、NFC等技术用于数据传输，可靠性高，但是工艺复杂、制备困难，昂贵的IC芯片也使方案的实施成本较高。另外由于电路器件等平面刚性部件的存在，很难做到系统高度柔性化和体积的微型化。以往基于LC结构的传感系统大都需要网络分析仪等大型设备读取谐振频率，不能实时处理与显示数据，限制了传感器的使用场景，且目前的LC电路系统大都需要多个工作频率对传感器进行激励，旨在检测其谐振频率的变化，这无疑又增加了系统资源的消耗，很难满足对实时性要求较高的任务需求。

技术实现思路

[0006]为克服上述存在的缺陷，本申请的目的在于：提出一种基于LC结构的柔性无线无源压力传感器系统，该系统实现柔性传感器和硬件电路物理分离，且能极大地提高传感器的实时性、使用便捷。
[0007]为实现上述目的，本申请采用如下的技术方案：
[0008]一种基于LC结构的柔性无线无源压力传感器系统，其特征在于，包括：
[0009]柔性压力传感器及信号读取电路，
[0010]所述信号读取电路具有接收线圈，其用于与柔性压力传感器电磁耦合，以获取柔性压力传感器的信息及向柔性压力传感器传输能量。通过这样的设计将无线传感器标签和电路读取系统配合使用，提高传感器的灵敏度，还可以进行实时的数据分析和处理。将传感器和硬件电路物理分离，有利于实现传感器部分的全柔性和微型化。
[0011]优选的，该柔性压力传感器包括：无线传感器标签，其具有依次层叠的双层螺旋线圈层、弹性织物层和具有高磁导率的铁氧体薄膜层。通过这样的设计，
[0012]优选的，该信号读取电路包括：
[0013]电源、稳压器模块、振荡器模块、匹配模块、检波器模块及控制器模块，所述稳压器其具有第一端、第二端及第三端，
[0014]所述第一端电性连接至电源，
[0015]第二端电性连接至控制器模块，
[0016]第三端电性连接至振荡器模块，所述振荡器模块电性连接匹配模块，所述匹配模块连接检波模块，所述检波模块将电磁感应耦合后获得的信号转化为直流电压信号，
[0017]所述控制器模块接收所述直流电压信号并进行A/D采集和数据处理，传输至智能设备。
[0018]优选的，该控制器模块接收所述直流电压信号并进行A/D采集和数据处理，通过蓝牙的方式传输至智能设备。
[0019]优选的，该双层螺旋线圈的电感和线圈之间寄生的电容组合形成LC谐振器，所述LC谐振器将外界的压力信号转变成电信号通过电磁耦合传输给信号读取电路。
[0020]优选的，该稳压器模块具有第一电压转换单元及第二电压转换单元，
[0021]第一电压转换单元将接收的电源电压转换为第一预设电压(3.3V)，以向控制器模块供电，
[0022]第二电压转换单元将接收的电源电压转换为第二预设电压(5.0V)，以向振荡器模块供电。该振荡器模块产生的频率与传感器的LC谐振器频率相同或接近。频率与工作产生13.56MH频率的方波。
[0023]优选的，该基于LC结构的柔性无线无源压力传感器系统，还包括固定绑带，其与无线传感器标签匹配后固定于关节部位以将关节的活动通过对绑带的拉伸转换成对传感器的压力。
[0024]有益效果
[0025]与现有技术相比，本申请实施方式的柔性无线无源压力传感器系统具有出色的灵敏度(1.23
×
10
‑2kPa
‑1)、快速的机械响应(响应时间53ms，恢复时间 26ms)和优良的稳定性(在0至60℃和20
‑
100％湿度环境下电压输出变化小于1％)。该系统将传感器和电路读取系统配合使用，提高传感器测量的灵敏度，同时可以进行实时的数据分析和处理。
附图说明
[0026]图1为本申请实施例的基于LC结构的柔性无线无源压力传感器系统框图；
[0027]图2为本申请实施例的柔性无线无源压力传感器的结构示意图；
[0028]图3为本申请实施例的传感器标签耦合接收线圈的等效电路示意图；
[0029]图4为本申请实施例的接收线圈分别与四种传感器耦合时的相位谱图；
[0030]图5中a
‑
d图的四种结构传感器标签的压力
‑
电压曲线示意图；
[0031]图6为本申请实施例的系统在0至60℃和20
‑
100湿度环境电压输出示意图；
[0032]图7为本申请实施例的系统在动态快速力的作用下的电压随时间的变化曲线图；
[0033]图8为本申请实施例的传感器系统分辨出的最小力示意图；
[0034]图9中a,b图为本申请实施例的系统用于监测说话时输出波形图；
[0035]图10中a,b图为本申请实施例的传感器用于颈椎检测助手APP显示界面及 APP内
将弹出警示对话框示意；
[0036]图11为本申请实施例的系统用于颈椎病预防连续活动颈椎7次输出的电压波形图；
[0037]图12中a,b图为本申请实施例的基于多路选通的传感器系统的可穿戴式交互系统示意图；
[0038]图13中a
‑
d图为本申请实施例的系统在不同手势动作来控制小车执行不同行进方向的示意图；
[0039]图14为本申请实施例的小车在响应指令行进不同方向产生的电压波形图。
具体实施方式
[0040]以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本申请而不限于限制本申请的范围。实施例中采用的实施条件可以如具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
[0041]本申请提出一种基于LC结构的柔性无线无源压力传感器系统。该柔性无线无源压力传感器为无线传感器标签，其与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于LC结构的柔性无线无源压力传感器系统，其特征在于，包括：柔性压力传感器及信号读取电路，所述信号读取电路具有接收线圈，其用于与柔性压力传感器电磁耦合，以获取柔性压力传感器的信息及向柔性压力传感器传输能量。2.如权利要求1所述的基于LC结构的柔性无线无源压力传感器系统，其特征在于，所述柔性压力传感器包括：无线传感器标签，其具有依次层叠的双层螺旋线圈层、弹性织物层和具有高磁导率的铁氧体薄膜层。3.如权利要求2所述的基于LC结构的柔性无线无源压力传感器系统，其特征在于，所述双层螺旋线圈的电感和线圈之间寄生的电容组合形成LC谐振器，所述LC谐振器将外界的压力信号转变成电信号通过电磁耦合传输给信号读取电路。4.如权利要求2所述的基于LC结构的柔性无线无源压力传感器系统，其特征在于，所述双层螺旋线圈层包括：聚酰亚胺膜，所述聚酰亚胺膜的两侧分别覆上结构相同的电感线圈，所述聚酰亚胺膜上设有穿孔，所述穿孔内配置有用于将两侧电感线圈的对应端口电性连接的金属材料。5.如权利要求4所述的基于LC结构的柔性无线无源压力传感器系统，其特征在于，所述金属材料为铜或铜铝合金。6.如权利要求1
‑
5中任一项所述的基于LC结构的柔性无线无源压力传...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂宝清，闫金礼，陈新建，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：