一种LC传感器时域读出系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种LC传感器时域读出系统，该时域读出系统由读出电路、时

【技术实现步骤摘要】
一种LC传感器时域读出系统


[0001]本技术涉及压力传感
，尤其是一种LC传感器时域读出系统。

技术介绍

[0002]LC无源无线传感器具有体积小、功耗低、使用寿命长、适应能力强等特点，并且LC无源无线传感器可通过由电感和电容形成的谐振回路进行电感耦合的无线读取，结构设计十分简单，因此能够适用于高温高压、密闭、旋转等多种恶劣环境。目前针对LC无源无线传感器的研究大多偏重于对传感器本身的探讨，关于谐振频率的读出方式较为单一。
[0003]目前较多的是采用网络分析仪和阻抗分析仪，通过频域的方式进行测量。但这种大型的集成设备仅适用于固定参数测量，且无法做到目前要求的小型化、集成化的特点，扫频的方式带来的弊端在于对测量的时间要求过长，无法满足快速变化的敏感参数的测量。
[0004]时域读出方法的测量速度快、周期短，能够实现对LC无源无线传感器的谐振频率的快速测量，更能满足时代的发展需求，但时域读出方法有效信号的获取难度较大，处理电路较为复杂，实现难度较高。
[0005]因此急需新的读出方法和原理的提出，进一步拓展LC无源无线传感器的研究领域和进程，构建可以快速测量多参数LC传感器的谐振频率变化的时域读出系统，克服LC无源无线传感器谐振频率读出方式单一的不足。

技术实现思路

[0006]本技术由读出电路、时
‑
频域转换单元、显示单元组成。所述读出电路与时
‑
频域转换单元连接，时
‑
频域转换单元与显示单元连接。所述读出电路由可移动电压源和切换电路模块组成。所述切换电路由开关、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻和读出线圈组成。所述开关、所述第一电容、所述第二电容、所述第一电阻、所述第二电阻、所述读出线圈串联，所述第二电容与所述第三电阻并联且接地。所述时
‑
频域转换单元由现场可编程逻辑门阵列和高速ADC模块组成。
[0007]为了提高所述读出电路的测量速度，优选的，采用压控模拟开关MAX4644作为电路的开关。MAX4644开关是一款单刀双掷的低功耗开关，能快速在两个回路之间切换。在切换到与可移动电压源相连的回路中时，给所述第二电容充电；在切换到与所述第一电容串联的回路中时，所述第二电容开始放电。此开关的导通电阻小，仅为4Ω，导通时间为11ns
‑
15ns，关断时间为3ns
‑
5ns，通过不同回路之间的快速切换，并保证该通路在所述开关置a时近似断路，所述开关置b时提供到地路径供所述第二电容放电，从而对整个电路在保持瞬态特性的同时，能最大程度的保证信号的稳定传输，因而能够极大地满足所述读出电路对高速测量的需求。
[0008]为了满足所述读出电路稳定性的要求，优选的，采用印刷在PCB电路板的平面电感进行实验测量，绘制在PCB电路板上的平面电感的稳定性更强，且便于与其他的电子元器件的集成。
[0009]优选的，所述读出线圈的电感值范围是2.16
‑
10.24μH。
[0010]为了实现所述时
‑
频域转换单元的集成性和可操作性，优选的，采用现场可编程逻辑门阵列配合高速ADC芯片，对信号进行采集、处理，并利用现有技术的快速傅里叶变换算法实现信号时
‑
频域转换。
[0011]为了满足所述系统要求的快速、低功耗的数据采集方案，优选的，采用集成的DAQ4225高速ADC模块，其低功耗高性能模数转换芯片，能够实现双通道12位高速125MSPS模数转换，总功率仅为277mW。
[0012]为了便于对转换结果的读取，优选的，采用HDMI外接显示屏的方式，可以更加客观的显示出系统等效阻抗虚部的变化情况，并能够实现对系统谐振频率和阻抗虚部最大值的实时动态显示。
[0013]所述系统的工作机理是，所述读出电路将接收到的传感器信号转换成呈时域振荡衰减的时域可读的电压信号。该电压信号在所述时
‑
频域转换单元被采集，并转换成频域中频率与阻抗的表现形式，通过对阻抗虚部最值的判断，实现对系统谐振频率的计算，利用所述显示单元实现结果的可视化。
[0014]相比于现有的研究，该技术的优化创新在于，所述系统能够实现对LC传感器系统谐振频率的连续快速读取，单次测量的总耗时短，测量功率小。在所述现场可编程逻辑门阵列的控制下，能够实现对LC传感器谐振频率的重复快速测量，为实时监测系统进行环境敏感信号的快速读取，提供了一种稳定有效的方法。
附图说明
[0015]下面结合附图和实例对本技术作进一步说明。
[0016]图1是本技术的整体原理设计框图；
[0017]图2是本技术中读出电路的原理图；
[0018]图3是本技术中读出电路中的读出线圈。
具体实施方式
[0019]为进一步阐释本技术为达成预定技术目的所采取的技术手段，以下结合附图以及较佳实施例，详细说明如下：
[0020]图1所示为本技术的系统框图，所述系统由读出电路1、时
‑
频域转换单元2和显示单元3组成。所述读出电路1与所述时
‑
频域转换单元2连接，所述时
‑
频域转换单元2与所述显示单元3连接。根据待测环境参数的变化，LC无源无线传感器的敏感元件参数发生变化，并将接收的传感器信号传递到所述读出电路1。所述读出电路1由可移动电压源11和切换电路模块12组成。所述时
‑
频域转换单元2由现场可编程逻辑门阵列21和高速ADC模块22组成。
[0021]图2所示为本技术读出电路的原理图，所述切换电路模块12由开关121、第一电容122、第二电容123、第一电阻124、第二电阻125、第三电阻126和读出线圈127组成。所述切换电路模块12中，所述开关121、所述第一电容122、所述第二电容123、所述第一电阻124、所述第二电阻125、所述读出线圈127形成串联回路，所述第二电容123两端并联所述第三电阻126并接地。
[0022]图3所示为读出线圈127的形状，采用印刷在PCB电路板的平面电感进行实验测量，绘制在PCB电路板上的平面电感的稳定性更强，且便于与其他电子元器件的集成。
[0023]整个读出电路1的工作方式如下所示：初始状态时，所述开关121置于a端，所述可移动电压源12对所述第二电容123进行充电，直到所述第二电容123两端的电压与可移动电压源相等；所述开关121置于b端，所述第二电容123开始放电，获得一簇衰减的振荡信号。当发生电荷注入效应时，耦合过来的电荷被存储在所述第一电容122中，当所述开关121置于a处时，所述第三电阻126的存在为所述第一电容122提供到地路径，将内部存储的电荷释放掉，以减弱电荷注入效应对电路的影响，从而实现将传感器信号转换成时域可读的电压信号，时域可读的电压信号呈时域振荡衰减信号。
[0024]所述读出线圈127本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LC传感器时域读出系统，其特征在于：所述系统由读出电路、时
‑
频域转换单元和显示单元组成；所述读出电路与时
‑
频域转换单元连接，时
‑
频域转换单元与显示单元连接；所述读出电路由可移动电压源和切换电路模块组成；所述切换电路模块由开关、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻和读出线圈组成；所述开关、所述第一电容、所述第二电容、所述第一电阻、所述第二电阻和所述读出线圈串联，所述第二电容与所述第三电阻并联，并接地；所述时
‑
频域转换单元由现场可编程逻辑门阵列和高速ADC模块组成。2.如权利要求1所述的一种LC传感器时域读出系统，其特征在于：所述读...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁镓骏，缪谨柒，张文斌，耿圆，赵子瑞，徐欣筑，张彬辉，黄俊晟，赵辉东，王世杰，姚飞，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：