无线无源LC谐振传感器检测电路及相应的信息获取方法技术

本发明专利技术公开了一种无线无源LC谐振传感器信息检测电路，该电路包括：主控制器、直接数字频率合成器、高速模数转换器和差分驱动对称检测电路，主控制器控制信号源输出扫频信号，经过差分驱动对称检测电路后由主控制器控制采样，主控制器通过DFT计算出网络的相位谱，最终主控制器完成相位谱的校准和谐振频率的检测。本发明专利技术还公开了一种无线无源LC谐振传感器信息获取方法，该方法中，首先获取无传感器时系统本身的相位谱，通过与系统本身相位谱相减校准每次获取的相位谱，由校准后的相位谱滤波后检测出LC谐振传感器的谐振峰频率。本发明专利技术有效提高了检测的灵敏度，消除了系统和读取线圈本身相位谱的影响，同时提高了检测的稳定性和系统的便携性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种无线无源LC谐振传感器信息检测电路，该电路包括：主控制器、直接数字频率合成器、高速模数转换器和差分驱动对称检测电路，主控制器控制信号源输出扫频信号，经过差分驱动对称检测电路后由主控制器控制采样，主控制器通过DFT计算出网络的相位谱，最终主控制器完成相位谱的校准和谐振频率的检测。本专利技术还公开了一种无线无源LC谐振传感器信息获取方法，该方法中，首先获取无传感器时系统本身的相位谱，通过与系统本身相位谱相减校准每次获取的相位谱，由校准后的相位谱滤波后检测出LC谐振传感器的谐振峰频率。本专利技术有效提高了检测的灵敏度，消除了系统和读取线圈本身相位谱的影响，同时提高了检测的稳定性和系统的便携性。【专利说明】无线无源LC谐振传感器检测电路及相应的信息获取方法
本专利技术涉及传感器检测领域，尤其涉及一种无线无源LC谐振传感器检测电路及相应的信息获取方法。
技术介绍
无线无源LC谐振传感器是由读取线圈和电感、电容谐振回路组成的传感器系统，图1 (a)是现有技术中常用的无线无源LC谐振传感器的结构示意图，其中可变电感或可变电容作为敏感单元感受被测量(例如:压力、温度、化学量)，谐振回路将被测量转换为谐振回路的谐振频率；图1 (b)是所述无线无源LC谐振传感器的简化模型，其中读取线圈获取谐振回路谐振频率的原理是由于读取线圈与谐振回路中电感的耦合作用，导致读取线圈阻抗相位谱在谐振回路谐振频率处出现小的凹陷，凹陷的位置随着谐振频率的改变而移动，通过检测凹陷位置获取谐振回路的谐振频率，从而实现被测量的检测。由于无线无源LC谐振传感器的敏感单元采用无源器件一电感和电容组成，使其具有结构简单、易于小型化、制造成本较低的优点，同时由于无源特性使其特别适合于长期监测系统，例如人体内部压力监测、工业高温环境下的监测以及密闭系统的检测等。根据无线无源LC谐振传感器的工作原理，在实验中常常使用高精度的网络分析仪测量读取线圈的阻抗相位谱，从阻抗相位谱中检测出谐振频率的位置，但网络分析仪的体积大、设备笨重、成本高，由于网络分析仪存在上述体积、成本等方面的限制使其很难应用于实际检测中。Michel Nowak等人提出使用闭环电路检测谐振频率，其闭环电路的方式为相位法，通过锁定读取线圈阻抗相位为零的位置实现闭环。由于读取线圈本身相位为90°，因此需要读取线圈与电感较强的耦合系数使相位凹陷变化大于90°，从而限制了该电路的检测距离。J.Coosemans等人采用读取线圈构造出压控振荡器器(VC0)，通过电压控制VCO扫频输出，在该过程中，读取线圈两端的电压由于LC谐振传感器的存在而改变，电压变化最大的位置即LC谐振传感器的谐振频率，同样该检测电路需要较强的耦合系数，J.Coosemans等人采用该电路仅实现了耦合距离为7.5mm的无线无源LC谐振传感器的检测。对于低耦合系数、远距离的无线无源LC谐振传感器系统，由于读取线圈相位变化小造成检测困难，本专利技术提出了一种无线无源LC谐振传感器的信息获取方法和检测电路，提高了无线无源LC谐振传感器检测的灵敏度和便捷性。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种无线无源LC谐振传感器检测电路及相应的信息获取方法，目的在于提供在更低耦合系数情况下无线无源LC谐振传感器有效的信息检测电路和获取方法，所述信息检测电路和获取方法同样适用于高耦合系数下无线无源LC谐振传感器的检测。根据本专利技术的一方面，提出一种无线无源LC谐振传感器的信息检测电路，该电路包括:主控制器、直接数字频率合成器DDS、高速模数转换器ADC、差分驱动对称检测电路其中:所述DDS与所述主控制器和差分驱动对称检测电路连接，用于接收所述主控制器的控制信号并产生由所述控制信号决定的扫频信号，所述DDS产生的扫频信号输出至所述差分驱动对称检测电路；所述差分驱动对称检测电路与所述DDS和ADC连接，用于接收所述DDS输出的扫频信号，提取并放大其读取线圈阻抗的相位变化，并将相位变化反馈信号输出至所述ADC;所述ADC与所述差分驱动对称检测电路和所述主控制器连接，用于对于所述差分驱动对称检测电路输出的相位变化反馈信号进行模数转换处理，并将处理后得到的反馈信号输出至所述主控制器；所述主控制器与所述DDS、高速模数转换器ADC连接，用于对所述DDS和ADC进行控制并对接收到的信号进行处理以确定当前LC谐振传感器的谐振峰频率。根据本专利技术的另一方面，提出一种无线无源LC谐振传感器的信息获取方法，该方法包括以下步骤:步骤1，主控制器控制直接数字频率合成器DDS完成一次扫频输出，差分驱动对称检测电路提取并放大其读取线圈阻抗的相位变化，所述主控制器控制高速模数转换器ADC对相位变化反馈信号采样，并读取经过ADC处理的相位变化反馈信号；步骤2，主控制器中的DSP根据所述步骤I处理得到的相位变化反馈信号根据DFT算法得到本次扫频的相位谱；步骤3，利用所述步骤2得到的相位谱对系统相位谱进行更新；步骤4，将待检测的LC谐振传感器放置于差分驱动对称检测电路中的读取线圈内，并重复所述步骤1-2;步骤5，利用所述步骤4得到的相位谱与所述步骤3得到的系统相位谱进行相位谱校准；步骤6，对于所述步骤5校准后的相位谱进行滤波；步骤7，基于滤波后的相位谱，采用峰值检测算法得到所述LC谐振传感器的谐振峰频率。本专利技术所公开的上述一种无线无源LC谐振传感器的信息获取方法和检测电路具有以下优点:a、差分驱动对称检测网络具有放大读取线圈阻抗的相位变化的功能，有效提高了检测的灵敏度；b、系统相位谱的校准消除了系统和读取线圈本身相位谱的影响；C、有限长单位冲激响应(FIR)数字滤波器消除相位谱中的噪声，提高了检测的稳定性；d、DSP和FPGA实现的嵌入式系统提高了系统的便携性。【专利附图】【附图说明】图1是现有技术中的无线无源LC谐振传感器的结构示意图；图2是本专利技术提出的无线无源LC谐振传感器检测电路的结构示意图；图3是本专利技术所采用的差分驱动对称检测电路网络拓扑结构图；图4是本专利技术提出的无线无源LC谐振传感器信息获取方法流程图；图5是本专利技术的扫频相位谱(包括FIR滤波前与滤波后)与Agilent E5061B网络分析仪的扫频相位谱对比图。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术提出一种无线无源LC谐振传感器的信息获取方法和检测电路，目的在于提供在更低耦合系数情况下无线无源LC谐振传感器有效的信息获取方法和检测电路，所述信息获取方法和检测电路同样适用于高耦合系数下无线无源LC谐振传感器的检测。由无线无源LC谐振传感器的工作原理可知，可以通过测量读取线圈阻抗相位的变化来检测谐振峰的频率。因此，本专利技术使用差分驱动对称检测网络来实现读取线圈阻抗相位变化的放大。图2是本专利技术提出的无线无源LC谐振传感器检测电路的结构示意图，如图2所示，所述检测电路包括:主控制器、直接数字频率合成器(DDS)、高速模数转换器(ADC)、差分驱动对称检测电路以及显示器，其中:所述直接数字频率合成器(DDS)与所述主控制器和差分驱动对称检测电路连接，用于接收所述主控制器的控制信号并产生由所述控制信号决定的扫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线无源LC谐振传感器的信息检测电路，其特征在于，该电路包括：主控制器、直接数字频率合成器DDS、高速模数转换器ADC和差分驱动对称检测电路，其中：所述DDS与所述主控制器和差分驱动对称检测电路连接，用于接收所述主控制器的控制信号并产生由所述控制信号决定的扫频信号，所述DDS产生的扫频信号输出至所述差分驱动对称检测电路；所述差分驱动对称检测电路与所述DDS和ADC连接，用于接收所述DDS输出的扫频信号，提取并放大其读取线圈阻抗的相位变化，并将相位变化反馈信号输出至所述ADC；所述ADC与所述差分驱动对称检测电路和所述主控制器连接，用于对于所述差分驱动对称检测电路输出的相位变化反馈信号进行模数转换处理，并将处理后得到的反馈信号输出至所述主控制器；所述主控制器与所述DDS、高速模数转换器ADC连接，用于对所述DDS和ADC进行控制并对接收到的信号进行处理以确定当前LC谐振传感器的谐振峰频率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王军波，鲍凯凯，陈德勇，史强，陈健，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：