基于阻抗负载的声表面波识别与传感标签结构及方法技术

本发明专利技术公开了一种基于阻抗负载原理的声表面波识别与多参数传感标签及其工作方法，标签为双频多通道结构，第一通道的中心频率为922.5MHz，其它通道均为842.5MHz。每个编码反射栅外接一个负载电容，每个传感反射栅通过一个匹配电路外接一个负载电抗，通过测量相应反射栅的相位来获取编码，并对声表面波标签所处环境的温度和其它多个参数进行传感。本发明专利技术的特点是所有编码的标签都采用同一个掩膜版制作，并且可实现射频识别与多参数传感的一体化功能；不仅可检测温度，而且在编码识别和其它多个参数传感时能够消除温度带来的影响；温度以外的其它参数都作用在负载电抗上，不影响标签的封装及其工作稳定性，并且拓展了声表面波标签作为传感器的应用场景。标签作为传感器的应用场景。标签作为传感器的应用场景。

【技术实现步骤摘要】
基于阻抗负载的声表面波识别与传感标签结构及方法

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[0001]本专利技术涉及一种基于阻抗负载原理的声表面波识别与传感标签结构及方法，属于射频识别、无线传感领域。

技术介绍
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[0002]物联网是信息发展的必然，其实质是通过射频识别、传感器和互联网等技术实现物品的自动识别和感知信息的互联与共享。作为物联网的核心技术，射频识别和传感技术处于物联网发展的最前端。
[0003]标签和阅读器是射频识别系统最重要的组成部分。声表面波标签通过对回波信号进行幅度、位置、相位调制等方式实现编码，主要由压电基底、叉指换能器、反射栅和天线构成。利用压电效应，叉指换能器在压电基底表面激发出声表面波，其频率与天线接收到的激励信号相同。阅读器通过对反射栅反射回来的回波脉冲串进行解调和处理，完成标签的识别。声表面波标签因其独特的工作原理，与IC标签相比有着抗干扰能力强、读取距离远、纯无源等特点，从而使射频识别系统适应于更加复杂的场景。与此同时，声表面波标签的回波信号受温度、湿度、压力、磁场等环境因素影响，由此可同时实现射频识别和无线传感功能，应用于物联网领域具有显著的特色和优势。
[0004]现有的声表面波识别与传感标签存在以下问题：
[0005](1)无论采用脉冲幅度、脉冲时延还是脉冲时延结合相位编码，不同编码的标签都需要采用不同的掩膜版。对于通过光刻工艺加工制作的声表面波标签，成本极高难以实用化。
[0006](2)声表面波在压电基底表面传播的特性决定了将待传感参数直接施加在其传播路径上是最佳的选择，譬如声表面波标签用于温度的检测。但是，很多被测参数不宜直接施加在压电基底表面，而且被测参数直接作用在传播路径上也会给标签的封装带来不便，从而影响标签的工作稳定性，譬如湿度、压力、磁场等参数检测。

技术实现思路
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[0007]本专利技术针对现有声表面波识别与传感标签存在的问题，提出了一种基于阻抗负载原理的声表面波识别与传感标签结构及方法，不仅所有编码的标签都采用同一个掩膜版制作，而且可实现射频识别与多参数传感的一体化功能。
[0008]本专利技术采用如下技术方案：一种基于阻抗负载的声表面波识别与传感标签结构，所述声表面波标签采用同一个掩膜版制作，通过外接负载电容、负载电抗并测量相应反射栅的相位来确定声表面波标签的编码，以及对声表面波标签所处环境的温度和其它n(n≥1)个参数进行传感；
[0009]所述声表面波标签为双频多通道结构，通道数为n+1，包括压电基底，第一叉指换能器、第二叉指换能器，第一参考反射栅、第二参考反射栅，第一温补反射栅、第二温补反射栅，第一编码反射栅、第二编码反射栅、
…
、第m编码反射栅，第一负载电容、第二负载电
容、
…
、第m负载电容，第一传感反射栅、第二传感反射栅、第三传感反射栅、
…
、第n传感反射栅，第一匹配电路、第二匹配电路、第三匹配电路、
…
、第n匹配电路，第一负载电抗、第二负载电抗、第三负载电抗、
…
、第n负载电抗以及天线；其中，两个参考反射栅和两个温补反射栅为开路栅结构，m个编码反射栅和n个传感反射栅为叉指栅结构；每个编码反射栅外接一个负载电容，每个传感反射栅通过一个匹配电路外接一个负载电抗；
[0010]所述第一负载电容、第二负载电容、
…
、第m负载电容的容值均有q个可选项，对应于每个编码反射栅可能出现的q种编码，记为1、2、
…
、q；第一编码反射栅、第二编码反射栅、
…
、第m编码反射栅的编码分别记为x1、x2、
…
、x
m
，声表面波标签的编码相应记为x1‑
x2‑…‑
x
m
，从而包括m个编码反射栅的声表面波标签的编码容量为q
m
；
[0011]每个匹配电路由电容和电感通过串联或并联构成；每个负载电抗为电容或电感；
[0012]所述第一叉指换能器沉积在压电基底的左侧上方，位于声表面波的第一传播通道；
[0013]所述第二叉指换能器沉积在压电基底的左侧并位于第一叉指换能器的正下面，占据声表面波的第二传播通道～第(n+1)传播通道；
[0014]所述第一叉指换能器与第一参考反射栅、第一温补反射栅、第一编码反射栅、第二编码反射栅、
…
、第m编码反射栅一起，构成声表面波的第一传播通道；
[0015]所述第二叉指换能器的部分区域与第二参考反射栅、第二温补反射栅、第一传感反射栅一起，构成声表面波的第二传播通道；
[0016]所述第二叉指换能器的部分区域与第二传感反射栅一起，构成声表面波的第三传播通道；所述第二叉指换能器的部分区域与第三传感反射栅一起，构成声表面波的第四传播通道；
…
；所述第二叉指换能器的部分区域与第n传感反射栅一起，构成声表面波的第(n+1)传播通道；
[0017]通过设计第一叉指换能器、第一编码反射栅、第二编码反射栅、
…
、第m编码反射栅的指条宽度和第一参考反射栅、第一温补反射栅的栅条宽度，使声表面波的第一传播通道的中心频率f1为922.5MHz；通过设计第二叉指换能器、第一传感反射栅、第二传感反射栅、第三传感反射栅、
…
、第n传感反射栅的指条宽度和第二参考反射栅、第二温补反射栅的栅条宽度，使声表面波的第二传播通道、第三传播通道、第四传播通道、
…
、第(n+1)传播通道的中心频率f2为842.5MHz；
[0018]所述第二参考反射栅、第二温补反射栅、第一传感反射栅、第二传感反射栅、第三传感反射栅、
…
、第n传感反射栅与第二叉指换能器的距离各不相同，以确保声表面波标签的第二传播通道、第三传播通道、第四传播通道、
…
、第(n+1)传播通道的所有反射栅对应的回波脉冲信号在时间上互不干涉。
[0019]进一步地，所述天线为双频天线，涵盖840～845MHz、920～925MHz两个频段，制作在PCB上；所述m个负载电容、n个匹配电路焊接在制作了天线的PCB上；所述压电基底、两个叉指换能器、两个参考反射栅、两个温补反射栅、m个编码反射栅、n个传感反射栅采用掩膜版制作完成后进行封装，再焊接在制作了天线的PCB上；所述第一叉指换能器、第二叉指换能器两端的汇流条均通过封装上的焊盘与PCB上的天线连接，每个编码反射栅两端的汇流条通过封装上的焊盘与PCB上的其中一个负载电容连接，每个传感反射栅两端的汇流条通过封装上的焊盘与PCB上的其中一个匹配电路连接；每个负载电抗与PCB上对应的匹配电路
连接。
[0020]本专利技术还采用如下技术方案：一种基于阻抗负载的声表面波识别与传感标签结构的识别和传感方法，包括如下步骤：其中步骤A为编码阶段、步骤B为负载电抗与匹配电路的优化阶段：
[0021]步骤A：针对不同编码的声表面波标签，在PCB上的对应位置焊接相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于阻抗负载的声表面波识别与传感标签结构，其特征在于：所述声表面波标签采用同一个掩膜版制作，通过外接负载电容、负载电抗并测量相应反射栅的相位来确定声表面波标签的编码，以及对声表面波标签所处环境的温度和其它n(n≥1)个参数进行传感；所述声表面波标签为双频多通道结构，通道数为n+1，包括压电基底(01)，第一叉指换能器(02)、第二叉指换能器(03)，第一参考反射栅(04)、第二参考反射栅(05)，第一温补反射栅(06)、第二温补反射栅(07)，第一编码反射栅(08)、第二编码反射栅(09)、
…
、第m编码反射栅(10)，第一负载电容(11)、第二负载电容(12)、
…
、第m负载电容(13)，第一传感反射栅(14)、第二传感反射栅(15)、第三传感反射栅(16)、
…
、第n传感反射栅(17)，第一匹配电路(18)、第二匹配电路(19)、第三匹配电路(20)、
…
、第n匹配电路(21)，第一负载电抗(22)、第二负载电抗(23)、第三负载电抗(24)、
…
、第n负载电抗(25)以及天线(26)；其中，两个参考反射栅和两个温补反射栅为开路栅结构，m个编码反射栅和n个传感反射栅为叉指栅结构；每个编码反射栅外接一个负载电容，每个传感反射栅通过一个匹配电路外接一个负载电抗；所述第一负载电容(11)、第二负载电容(12)、
…
、第m负载电容(13)的容值均有q个可选项，对应于每个编码反射栅可能出现的q种编码，记为1、2、
…
、q；第一编码反射栅(08)、第二编码反射栅(09)、
…
、第m编码反射栅(10)的编码分别记为x1、x2、
…
、x
m
，声表面波标签的编码相应记为x1‑
x2‑…‑
x
m
，从而包括m个编码反射栅的声表面波标签的编码容量为q
m
；每个匹配电路由电容和电感通过串联或并联构成；每个负载电抗为电容或电感；所述第一叉指换能器(02)沉积在压电基底(01)的左侧上方，位于声表面波的第一传播通道；所述第二叉指换能器(03)沉积在压电基底(01)的左侧并位于第一叉指换能器(02)的正下面，占据声表面波的第二传播通道～第(n+1)传播通道；所述第一叉指换能器(02)与第一参考反射栅(04)、第一温补反射栅(06)、第一编码反射栅(08)、第二编码反射栅(09)、
…
、第m编码反射栅(10)一起，构成声表面波的第一传播通道；所述第二叉指换能器(03)的部分区域与第二参考反射栅(05)、第二温补反射栅(07)、第一传感反射栅(14)一起，构成声表面波的第二传播通道；所述第二叉指换能器(03)的部分区域与第二传感反射栅(15)一起，构成声表面波的第三传播通道；所述第二叉指换能器(03)的部分区域与第三传感反射栅(16)一起，构成声表面波的第四传播通道；
…
；所述第二叉指换能器(03)的部分区域与第n传感反射栅(17)一起，构成声表面波的第(n+1)传播通道；通过设计第一叉指换能器(02)、第一编码反射栅(08)、第二编码反射栅(09)、
…
、第m编码反射栅(10)的指条宽度和第一参考反射栅(04)、第一温补反射栅(06)的栅条宽度，使声表面波的第一传播通道的中心频率f1为922.5MHz；通过设计第二叉指换能器(03)、第一传感反射栅(14)、第二传感反射栅(15)、第三传感反射栅(16)、
…
、第n传感反射栅(17)的指条宽度和第二参考反射栅(05)、第二温补反射栅(07)的栅条宽度，使声表面波的第二传播通道、第三传播通道、第四传播通道、
…
、第(n+1)传播通道的中心频率f2为842.5MHz；所述第二参考反射栅(05)、第二温补反射栅(07)、第一传感反射栅(14)、第二传感反射
栅(15)、第三传感反射栅(16)、
…
、第n传感反射栅(17)与第二叉指换能器(03)的距离各不相同，以确保声表面波标签的第二传播通道、第三传播通道、第四传播通道、
…
、第(n+1)传播通道的所有反射栅对应的回波脉冲信号在时间上互不干涉。2.根据权利要求1所述的基于阻抗负载的声表面波识别与传感标签结构，其特征在于：所述天线(26)为双频天线，涵盖840～845MHz、920～925MHz两个频段，制作在PCB上；所述m个负载电容、n个匹配电路焊接在制作了天线(26)的PCB上；所述压电基底(01)、两个叉指换能器、两个参考反射栅、两个温补反射栅、m个编码反射栅、n个传感反射栅采用一个掩膜版制作完成后进行封装，再焊接在制作了天线(26)的PCB上；所述第一叉指换能器(02)、第二叉指换能器(03)两端的汇流条均通过封装上的焊盘与PCB上的天线...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春涛，陈智军，刘翔宇，薛雅丽，李真，徐君，王帅，薛昕烁，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：