CN102003973B - 一种无线无源的测量方法与电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无线无源的测量方法和电路，包括无线无源传感器部分和外部控制器部分，其中无线无源传感器部分由一个电容和一个线圈构成，电容或线圈中的其中一个为传感器，且无需电源即可工作，具有简单、体积小、重量轻等特点，特别适合需要长时间检测而又不能有连线的测量场合。

Description

一种无线无源的测量方法与电路

技术领域

本发明涉及一种测量压力、温度、位移等物理量的方法与电路，特别是涉及一种无线和无电源的物理量的方法与电路。

背景技术

通常，需要测量容器内部、动物或人体内部某个脏器的压力、位移、温度时，可以采用有创的方法，即将压力、位移、温度传感器通过导线输出信号。也可以采用无线的方法。前一种方式通过有线传输信号往往受到限制；后一种方式需要给传感器和无线发射装置配置电子以供给电源，因而其体积、寿命、重量等等都受到电池的制约。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种在空间具有一定距离时，不需要连线也不需要给压力传感器供电的压力、温度等物理量的测量方法与电路。

本发明所采用的技术方案是：一种无线无源物理量测量电路，其特征在于：包括包括无线无源传感器部分和外部控制器部分，其中无线无源传感器部分由一电容传感器与一线圈构成并联谐振电路，或由一电容和电感传感器构成并联谐振电路；外部控制器包括，与上述线圈构成松耦合变压器的检测线圈，脉冲激励信号发生器，谐振信号周期测量电路，以及开关，其中该开关可使检测线圈在脉冲激励信号发生器以及谐振信号周期测量电路之间切换。一种无线无源物理量测量电路的测量方法，其包含如下步骤：a).开关处于第一闭合状态，使检测线圈与脉冲激励信号发生器构成闭合回路；b).脉冲激励信号发生器产生一个脉冲信号；c).通过松耦合变压器激励电容传感器与线圈构成并联谐振电路；d).将开关切换至第二闭合状态，使检测线圈与谐振信号周期测量电路构成闭合回路；e).谐振信号周期测量电路测量谐振电路的振荡信号周期；f).通过计算可以得到传感器所传感的被测量。

本发明的测量方法与电路，具有结构简单、成本低廉、体积小、无需调试等优点。

附图说明

图1是本发明的无线无源测量电路的原理图。

图2是本发明的采用电容传感器的无线无源压力测量电路的原理图。

图3是本发明的采用电感传感器的无线无源位移测量电路的原理图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的无线无源物理量测量方法与电路做出详细说明。

实施例一：如图2所示，本发明的无线无源压力测量电路，电容压力传感器C与线圈L2构成并联谐振电路，而线圈L2与检测线圈L1又构成一个松耦合变压器B。测量时，先通过开关K将松耦合变压器B的检测线圈L1与脉冲激励信号发生器连接，外部电路由脉冲激励信号发生器产生一个脉冲信号，通过松耦合变压器B激励电容压力传感器C与线圈L2构成并联谐振电路，然后通过开关K将松耦合变压器B的检测线圈L1切换到谐振信号周期测量电路，测量谐振网络的振荡信号的周期，进而通过计算可以得到电容压力传感器所传感的压力值。

计算过程为：

电容传感器与线圈L2构成的并联谐振电路的谐振频率为：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}$

或

$C=\frac{1}{{\left(2\mathrm{\π}\right)}^{2}L}$

式中：L为线圈L2的电感值。即在L已知的条件下可以由检测到的f计算出C。而电容传感器的电容量：

C＝F(P)

式中：P为被测压力值，F(P)是计算电容量C的函数。通常，可以选择线性较好的传感器，因而上式的函数关系又可以改写为

C＝kP+C₀

式中：k为灵敏度系数，C₀为电容传感器的0点值。或上式改写为

P＝βC+P₀

式中：β＝1/k为灵敏度系数，P₀＝-C₀/k为电容传感器的0点值。最后可以计算出被测压力值P。

实施例二：如图3所示，本发明的无线无源位移测量电路，电容C与电感位移传感器L2构成并联谐振电路，而电感位移传感器L2与检测线圈L1又构成一个松耦合变压器B。测量时，先通过开关K将松耦合变压器B的检测线圈L1与脉冲激励信号发生器连接，外部电路由脉冲激励信号发生器产生一个脉冲信号，通过松耦合变压器B激励电容C与电感位移传感器L2构成并联谐振电路，然后通过开关K将松耦合变压器B的线圈L1切换到谐振信号周期测量电路，测量谐振网络的振荡信号的周期，进而通过计算可以得到电感位移传感器所传感的位移值。

电容C与电感位移传感器L2构成的并联谐振电路的谐振频率为：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}$

或

$L=\frac{1}{{\left(2\mathrm{\π}\right)}^{2}C}$

式中：即在C已知的条件下可以由检测到的f计算出L。而位移电感传感器L2的电感量：

L＝F(X)

式中：X为被测位移值，F(X)是计算电感量L的函数。通常，可以选择线性较好的传感器，因而上式的函数关系又可以改写为

L＝kX+L₀

式中：k为灵敏度系数，L₀为电感位移传感器的0点值。或上式改写为

X＝βL+T₀

式中：β＝1/k为灵敏度系数，X₀＝-L₀/k为电感位移传感器的0点值。最后可以计算出被测位移值X。

Claims (4)

1.一种无线无源测量电路的测量方法，其是一种采用无线无源测量电路的测量方法，该测量电路包括：无线无源传感器部分和外部控制器部分，其中无线无源传感器部分由一电容传感器与一个线圈构成并联谐振电路；

外部控制器部分包括，与上述线圈构成松耦合变压器的检测线圈，脉冲激励信号发生器，谐振信号周期测量电路，以及开关，其中该开关可使检测线圈在脉冲激励信号发生器以及谐振信号周期测量电路之间相互切换，其特征在于，该方法包含如下步骤：

a）.开关处于第一闭合状态，使检测线圈与脉冲激励信号发生器构成闭合回路；

b）.脉冲激励信号发生器产生一个脉冲信号;

c）.通过松耦合变压器激励电容传感器与线圈构成并联谐振电路；

d）.将开关切换至第二闭合状态，使检测线圈与谐振信号周期测量电路构成闭合回路；

e）.谐振信号周期测量电路测量谐振电路的振荡信号周期;

f）.通过计算可以得到电容传感器所传感的被测值。

2.根据权利要求1的测量方法，其中所述被测值为压力、位移、温度三种物理量中的一种。

3.一种无线无源测量电路的测量方法，其是一种采用无线无源测量电路的测量方法，该测量电路包括：无线无源传感器部分和外部控制器部分，其中无线无源传感器部分由一电容与一电感传感器构成并联谐振电路；

外部控制器部分包括，与上述电感传感器构成松耦合变压器的检测线圈，脉冲激励信号发生器，谐振信号周期测量电路，以及开关，其中该开关可使检测线圈在脉冲激励信号发生器以及谐振信号周期测量电路之间相互切换，其特征在于，该方法包含如下步骤：

a）.开关处于第一闭合状态，使检测线圈与脉冲激励信号发生器构成闭合回路；

b）.脉冲激励信号发生器产生一个脉冲信号;

c）.通过松耦合变压器激励电容与电感传感器构成并联谐振电路；

d）.将开关切换至第二闭合状态，使检测线圈与谐振信号周期测量电路构成闭合回路；

e）.谐振信号周期测量电路测量谐振电路的振荡信号周期;

f）.通过计算可以得到电感传感器所传感的被测值。

4.根据权利要求3的测量方法，其中所述被测值为压力、位移、温度中的一种。

Images