CN102109374B - 基于薄膜体声波谐振器的无线微小质量传感器网络节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于薄膜体声波谐振器的无线微小质量传感器网络节点，它包括待测薄膜体声波谐振器传感器振荡电路、参考薄膜体声波谐振器传感器振荡电路、粗通道射频跟踪电路、精通道中频跟踪电路、可编程处理器电路、射频收发电路及天线。本发明将双路差分测量方法和双通道频率跟踪的控制原理相结合，并且通过可编程处理器电路实现对可变本地振荡器的闭环控制，一是实现了高精度、宽范围的微小质量实时测量，二是增加应用灵活性和适用范围，大幅度减小电路在恶劣环境应用中的测量误差。

Description

基于薄膜体声波谐振器的无线微小质量传感器网络节点

技术领域

本发明涉及无线传感器网络领域中的一种质量传感器，特别是薄膜体声波谐振器的无线微小质量传感器网络节点。

背景技术

目前质量传感器的测量电路都是采用双路差分测量的方法，即一路待测FBAR传感器，一路参考FBAR传感器。

待测FBAR传感器随着所感知质量的变化而改变待测FBAR传感器振荡电路输出信号的频率，从而通过测量此信号频率来确定质量的变化量。但是，由于温度、压力、湿度和一些环境因素以及测量过程中不确定干扰的影响，这些因素也会导致待测FBAR传感器振荡电路输出信号频率的变化。所以，就用另一路参考FBAR传感器和待测FBAR传感器处于同一环境中，不同的是参考FBAR传感器对质量变化的传感功能被封闭起来，使参考FBAR传感器信号只对温度、压力、湿度和一些环境因素以及测量过程中不确定干扰的影响而改变参考FBAR传感器振荡电路输出信号的频率。

因此，参考FBAR传感器振荡电路输出信号频率的变化实际上就是外界干扰对传感器传感质量的量化值。用待测FBAR传感器振荡电路输出信号的频率变化值减去参考FBAR传感器振荡电路输出信号的频率变化值就等于待测FBAR传感器振荡电路输出信号由质量变化而导致的频率变化值，这个频率的差值和待测物质质量的变化量成对应关系，而不受温度、压力、湿度和一些环境因素以及测量过程中不确定干扰的影响。

见图6，待测FBAR传感器振荡电路和参考FBAR传感器振荡电路有着相同的谐振频率，两者输出信号的频率大小都是F0，然后通过混频(即将两路信号的频率相减)、滤波，输出信号频率为零。

见图7，当测量质量的过程中，待测质量变化了ΔM，引起待测FBAR传感器振荡电路的输出信号频率变化了Δf1。另外，由于外界因素的干扰引起待测FBAR传感器振荡电路的输出信号频率变化了Δf2，所以待测FBAR传感器振荡电路的输出信号的频率为“F0+Δf1+Δf2”。

在测量质量的过程中，待测质量变化了ΔM，由于参考FBAR传感器对外界质量变化的传感功能被封闭起来，所以待测质量变化了ΔM没有引起参考FBAR传感器振荡电路输出信号的频率。另外，由于外界因素的干扰也会引起参考FBAR传感器振荡电路的输出信号变化，因为待测FBAR传感器和参考FBAR传感器处于同一环境中，所以参考FBAR传感器振荡电路的输出信号频率的变化量也是Δf2，参考FBAR传感器振荡电路的输出信号的频率为“F0+Δf2”。

然后将待测FBAR传感器振荡电路的输出信号和参考FBAR传感器振荡电路的输出信号通过混频器进行混频(即将两路信号的频率相减)、通过低通滤波器进行滤波，输出信号频率为(F0+Δf1+Δf2)枺`0+Δf2)＝Δf1，而Δf1正是待测质量变化ΔM而引起待测FBAR传感器振荡电路的输出信号频率改变的变化量，Δf1和ΔM是成对应关系的，所以通过测量Δf1从而测量到了待测物质质量的变化ΔM。

上述测量方法就是双路差分测量方法，抵消了敏感的FBAR传感器受到的外界因素的干扰，这是一种在高精度质量传感测量电路中常用的方法。

目前对质量传感器的频率测量电路有分频法结构，参见图8。分频法结构也是采用双路差分测量方法，待测FBAR传感器振荡电路的输出信号Fs通过放大电路后，被分频电路直接分频，转化为低频信号FLs。同理，参考FBAR传感器振荡电路的输出信号Fr通过放大电路后，被分频电路直接分频，转化为低频信号FLr。FLs和FLr两个低频信号直接进入可编程逻辑器件进行计数和相减运算，得出FLs和FLr两个低频信号的差值，然后再除以分频电路的分频比率，得出代表质量变化信息的信号频率差值。

这种结构虽然简单快捷，但是带有其与之俱来的致命缺陷，就是测量精度与分频比率是成完全的比例的。而由于可编程逻辑器件输入端口所允许输入信号的频率限制，导致了分频比一般在2~4个数量级，所以对应的测量精度也就下降2~4个数量级。分频法精度差，测量频率低，且对振荡电路中传感器的压电特性要求高。

目前对质量传感器的频率测量电路有三混频器结构，参见图9。待测FBAR传感器振荡电路的输出信号Fs与本振电路的输出信号Fo1进入混频器，混频器输出信号Fi1，其中Fi1的频率＝|Fs的频率Fo1的频率|；参考FBAR传感器振荡电路的输出信号Fr与本振电路68的输出信号Fo2进入混频器，混频器输出信号Fi2，其中Fi2的频率|＝Fr的频率-Fo2的频率|。

Fi1经过中频滤波器进入混频器，Fi2经过中频滤波器进入混频器，混频器输出信号FL1，其中FL1的频率＝|Fi1的频率Fi2的频率|，FL1通过低通滤波器后进入频率计读出频率值，然后用户根据频率值一一对应出待测质量的变化值ΔM，从而完成质量传感测量工作。

上述待测FBAR传感器振荡电路的输出信号Fs和参考FBAR传感器振荡电路的输出信号Fr都经过了两次混频，即信号第一次混频从射频频段混频到中频频段，第二次混频从中频频段混频到低频频段，这种结构属于二次混频电路结构。由于第二次混频是Fi1和Fi2信号在混频器里直接混频，不存在本振电路，所以这种结构实际上是伪二次混频。

这种结构虽然较之分频法在精度上有所提高，但是其自身的电路结构与双路差分测量方法有本质的致命矛盾。因为双路差分测量方法的设计优势就是使待测信号通路与参考信号通路进行隔离，以保证得到精确的传感信息的变化量，而三混频器结构在第三个混频器中，待测信号通路与参考信号产生交叉干扰，产生大量的高次谐波信号，大量的干扰频率降低了测量的精确度。所以三混频法结构的互扰大，且由于本地振荡频率没有动态调整的依据，导致其测量范围局限，只能针对个别种类和带宽的传感器振荡电路进行测量，因此不具有通用性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，采用双路差分测量方法、二次混频电路结构、双通道频率跟踪控制技术和可编程逻辑器件的使用枛四种技术的结合，提出了一种差分测量中完全数字化相减处理的方法，以实现微小质量高精度实时测量。

本发明包括：

待测薄膜体声波谐振器传感器振荡电路：即传感器电路，用于将待测微小质量信号通过薄膜体声波谐振器传感器振荡电路转化成射频信号；

参考薄膜体声波谐振器传感器振荡电路：即传感器电路，用于将参考微小质量信号通过薄膜体声波谐振器传感器振荡电路转化成射频信号；

粗通道射频跟踪电路：用于将射频信号转化成中频信号，并依据可编程处理器电路的指令动态修改振荡电路的频率设置参数，对射频信号进行频率跟踪，实现基于薄膜体声波谐振器的无线微小质量传感器网络节点的宽带量程；

精通道中频跟踪电路：用于将中频信号转化成低频数字信号，并依据可编程处理器电路的指令动态修改振荡电路的频率设置参数，对中频信号进行频率跟踪，实现基于薄膜体声波谐振器的无线微小质量传感器网络节点的高精度测量；

可编程处理器电路：用于对来自精通道中频跟踪电路的含有微小质量信息的低频信号进行计数、运算、寄存、校正、判决和编码处理，并送入射频收发电路；用于对薄膜体声波谐振器传感器振荡电路、射频振荡器和中频振荡器的振荡频率参数进行控制；用于对来自射频收发电路的信号进行解码、寄存、读取指令和执行指令的操作；

射频收发电路：用于将来自可编程处理器电路的数字信号进行调制、滤波、放大，并通过天线进行发射；用于将来自天线的射频信号进行滤波、放大、解调，送入可编程处理器电路；

天线：用于发射来自射频收发电路的射频信号；用于接收空间中射频信号。

所述的粗通道射频跟踪电路包括依次连接的射频振荡电路、射频混频器、放大器和中频滤波器；

射频振荡电路：用于产生本地振荡射频信号，接收可编程处理器电路的指令，对振荡频率参数进行设置；

射频混频器：用于将FBAR传感器振荡电路输出的射频信号和射频振荡电路产生的本地振荡射频信号进行混频，输出中频信号；输出中频信号的频率为FBAR传感器振荡电路输出的射频信号频率和射频振荡电路产生的本地振荡射频信号频率之差；

放大器：用于将射频混频器输出的中频信号进行增益放大；

中频滤波器：用于对放大器放大后的中频信号进行滤波，滤除谐波信号和噪声信号。

所述的精通道中频跟踪电路包括依次连接的中频振荡电路、中频混频器和波形整形电路；

中频振荡电路：用于产生本地振荡中频信号，接收可编程处理器电路的指令，对振荡频率参数进行设置；

中频混频器：用于将中频滤波器输出的中频信号和中频振荡电路产生的本地振荡中频信号进行混频，输出低频信号；输出低频信号的频率为中频滤波器输出的中频信号频率和中频振荡电路产生的本地振荡中频信号频率之差；

波形整形电路：用于将中频混频器输出的低频信号转化成可编程处理器电路可以接收的数字信号。

所述的可编程处理器电路包括依次连接的数字信号处理电路和可编程逻辑器件。

数字信号处理电路：用于对可编程逻辑器件中的数据进行运算和校正；

可编程逻辑器件：用于对来自精通道中频跟踪电路的含有微小质量信息的低频信号进行计数、寄存、判决和编码处理，并送入射频收发电路；用于对薄膜体声波谐振器传感器振荡电路、射频振荡器和中频振荡器的振荡频率参数进行控制；用于对来自射频收发电路的信号进行解码、寄存、读取指令和执行指令的操作；

所述的射频收发电路包括依次连接的射频发射电路、射频接收电路和双工器；

射频发射电路：用于将可编程处理器电路输出的数字信号进行调制、滤波、增益放大和功率放大；

射频接收电路：用于将双工器输出的射频信号进行放大、增益平衡、滤波和解调；

双工器：用于对接收频段和发射频段的射频信号进行隔离和分配，完成信号传输的通道选择。

所述的射频发射电路包括依次连接的调制电路、发射滤波电路、增益放大电路和功率放大电路；

调制电路：用于将可编程处理器电路输出的数字信号调制到射频频段；

发射滤波电路：用于对调制电路调制后的射频信号进行滤波，滤除谐波信号和噪声信号；

增益放大电路：用于对发射滤波电路输出的射频信号进行增益放大；

功率放大电路：用于对增益放大电路输出的射频信号进行功率放大。

所述的射频接收电路包括依次连接的低噪声放大电路、AGC放大电路、接收滤波电路和解调电路；

低噪声放大电路：用于将双工器输出的射频信号进行放大；

AGC放大电路：用于将低噪声放大电路输出的射频信号进行增益平衡；

接收滤波电路：用于将AGC放大电路输出的射频信号进行滤波，滤除谐波信号和噪声信号；

解调电路：用于将接收滤波电路输出的射频信号解调为低频数字信号。

本发明采用了双路差分测量方法、二次混频电路结构、双通道频率跟踪控制技术和可编程逻辑器件的使用枛四种技术的结合，提出了一种差分测量中完全数字化相减处理的方法，以实现微小质量高精度实时测量。

与现有技术相比，本发明将双路差分测量方法和双通道频率跟踪的控制原理相结合，并且通过可编程处理器电路实现对可变本地振荡器的闭环控制，一是实现了高精度、宽范围的微小质量实时测量，二是增加应用灵活性和适用范围，大幅度减小电路在恶劣环境应用中的测量误差。

本发明利用二次混频电路结构，保证测量灵敏度的同时，实现了双路差分测量时待测信号通路和参考信号通路的高隔离性，克服了三混频器法结构无法逾越的缺陷。

本发明利用二次混频电路结构对可编程逻辑器件的信号匹配，在不损失测量精确度的同时，实现了完全数字化处理的方法，以达到微小质量高精度实时测量的目的。

本发明利用可编程逻辑器件对二次混频电路结构的监测与环路控制，实现双通道频率跟踪参数的动态设置、提高电路的测量灵敏度和精确度、提供电路可编程应用的接口，解决了现有技术中测量误差大、抗干扰性能差、数据可信度低、应用环境局限的实际问题，提升了测量电路的应用灵活性和通用性。

本发明主要解决了传统测量方法结构中存在的四个方面的问题：

一是测量精度差、测量灵敏度低；

二是测量范围有限、测量电路对振荡电路中传感器的压电特性要求高；

三是测量电路抗干扰性能差、误差大、数据可信度低、测量环境要求高、应用场合局限；

四是测量电路缺乏可编程应用的接口、不具有通用性。

附图说明

图1是本发明的电路系统图；

图2是本发明的整体电路图；

图3是射频收发电路图；

图4是待测信号通路工作示意图；

图5是参考信号通路工作示意图；

图6是双路差分测量方法示意图(质量未变化状态)；

图7是双路差分测量方法示意图(质量变化状态)；

图8是分频法采用的电路结构图；

图9是三混频器法采用的电路结构图。

具体实施方式：

参见图1。

待测薄膜体声波谐振器传感器振荡电路：即传感器电路，用于将待测微小质量信号通过薄膜体声波谐振器传感器振荡电路转化成射频信号。

参考薄膜体声波谐振器传感器振荡电路：即传感器电路，用于将参考微小质量信号通过薄膜体声波谐振器传感器振荡电路转化成射频信号。

粗通道射频跟踪电路：用于将射频信号转化成中频信号，并依据可编程处理器电路的指令动态修改振荡电路的频率设置参数，对射频信号进行频率跟踪，实现基于薄膜体声波谐振器的无线微小质量传感器网络节点的宽带量程。

精通道中频跟踪电路：用于将中频信号转化成低频数字信号，并依据可编程处理器电路的指令动态修改振荡电路的频率设置参数，对中频信号进行频率跟踪，实现基于薄膜体声波谐振器的无线微小质量传感器网络节点的高精度测量。

可编程处理器电路：用于对来自精通道中频跟踪电路的含有微小质量信息的低频信号进行计数、运算、寄存、校正、判决和编码处理，并送入射频收发电路；用于对薄膜体声波谐振器传感器振荡电路、射频振荡器和中频振荡器的振荡频率参数进行控制；用于对来自射频收发电路的信号进行解码、寄存、读取指令和执行指令的操作。

射频收发电路：用于将来自可编程处理器电路的数字信号进行调制、滤波、放大，并通过天线进行发射；用于将来自天线的射频信号进行滤波、放大、解调，送入可编程处理器电路。

天线：用于发射来自射频收发电路的射频信号；用于接收空间中射频信号。

参见图2。

所述的粗通道射频跟踪电路包含依次连接的射频振荡电路、射频混频器、放大器、中频滤波器。

射频振荡电路：用于产生本地振荡射频信号，接收可编程处理器电路的指令，对振荡频率参数进行设置。

射频混频器：用于将FBAR传感器振荡电路输出的射频信号和射频振荡电路产生的本地振荡射频信号进行混频，输出中频信号。输出中频信号的频率为FBAR传感器振荡电路输出的射频信号频率和射频振荡电路产生的本地振荡射频信号频率之差。

放大器：用于将射频混频器输出的中频信号进行增益放大。

中频滤波器：用于对放大器放大后的中频信号进行滤波，滤除谐波信号和噪声信号。

所述的精通道中频跟踪电路包含依次连接的中频振荡电路、中频混频器、波形整形电路。

中频振荡电路：用于产生本地振荡中频信号，接收可编程处理器电路的指令，对振荡频率参数进行设置。

中频混频器：用于将中频滤波器输出的中频信号和中频振荡电路产生的本地振荡中频信号进行混频，输出低频信号。输出低频信号的频率为中频滤波器输出的中频信号频率和中频振荡电路产生的本地振荡中频信号频率之差。

波形整形电路：用于将中频混频器输出的低频信号转化成可编程处理器电路可以接收的数字信号。

所述的可编程处理器电路包含依次连接的数字信号处理电路、可编程逻辑器件。

数字信号处理电路：用于对可编程逻辑器件中的数据进行运算和校正。

可编程逻辑器件：用于对来自精通道中频跟踪电路的含有微小质量信息的低频信号进行计数、寄存、判决和编码处理，并送入射频收发电路；用于对薄膜体声波谐振器传感器振荡电路、射频振荡器和中频振荡器的振荡频率参数进行控制；用于对来自射频收发电路的信号进行解码、寄存、读取指令和执行指令的操作。

所述的射频收发电路包含依次连接的射频发射电路、射频接收电路和双工器。参见图3。

射频发射电路：用于将可编程处理器电路输出的数字信号进行调制、滤波、增益放大和功率放大。

射频接收电路：用于将双工器输出的射频信号进行放大、增益平衡、滤波和解调。

双工器：用于对接收频段和发射频段的射频信号进行隔离和分配，完成信号传输的通道选择。

所述的射频发射电路包含依次连接的调制电路、发射滤波电路、增益放大电路和功率放大电路。

调制电路：用于将可编程处理器电路输出的数字信号调制到射频频段。

发射滤波电路：用于对调制电路调制后的射频信号进行滤波，滤除谐波信号和噪声信号。

增益放大电路：用于对发射滤波电路输出的射频信号进行增益放大。

功率放大电路：用于对增益放大电路输出的射频信号进行功率放大。

所述的射频接收电路包含依次连接的低噪声放大电路、AGC放大电路、接收滤波电路和解调电路。

低噪声放大电路：用于将双工器输出的射频信号进行放大。

AGC放大电路：用于将低噪声放大电路输出的射频信号进行增益平衡。

接收滤波电路：用于将AGC放大电路输出的射频信号进行滤波，滤除谐波信号和噪声信号。

解调电路：用于将接收滤波电路输出的射频信号解调为低频数字信号。

所述的双路差分测量方法包括待测信号通路和参考信号通路。

所述的待测信号通路包括待测薄膜体声波谐振器传感器振荡电路、粗通道射频跟踪电路11、精通道中频跟踪电路12和可编程处理器电路。

所述的参考信号通路包括参考薄膜体声波谐振器传感器振荡电路、粗通道射频跟踪电路21、精通道中频跟踪电路22和可编程处理器电路。

所述的二次混频电路结构包括粗通道射频跟踪电路11和精通道中频跟踪电路12，或者粗通道射频跟踪电路21和精通道中频跟踪电路22

所述的双通道频率跟踪控制系统包括粗通道射频跟踪电路11、精通道中频跟踪电路12和可编程处理器电路，或者粗通道射频跟踪电路21、精通道中频跟踪电路22和可编程处理器电路。

工作时，分待测信号通路和参考信号通路。

待测信号通路。

待测FBAR传感器振荡电路输出的信号Fs1的频率代表了待测质量信息，射频振荡器13输出的本振信号Fso1和Fs1进入射频混频器14，Fso1和Fs1混频后输出中频信号Fi1，其中信号频率关系为Fi1的频率＝|Fs1的频率-Fso1的频率|，Fi1经过放大器15放大后送入中频滤波器16滤除谐波信号、噪声信号和干扰信号，然后送入中频混频器18，和中频振荡器17的本振信号Fio1进行混频，中频混频器18的输出信号送入滤波整形电路19，滤除谐波信号、噪声信号和干扰信号，并将信号转化成同频率的低频数字信号FL1送入可编程逻辑器件，其中信号频率关系为“FL1的频率＝|Fi1的频率-Fio1的频率|”。由可编程逻辑器件读出FL1的频率值，再送入射频收发电路进行调制放大。

可编程逻辑器件分别对粗通道射频跟踪电路11和精通道中频跟踪电路12设置了频率跟踪的跳变门限频率Fso1_en和Fio1_en。

例如：Fso1_en跳变门限为10MHz，Fio1_en的跳变门限为100MHz。

随着待测质量的变化，对应的FL1进行变化。当质量变化到一定程度，FL1的频率变化超过门限频率Fso1_en(即10MHz)时，可编程逻辑器件将Fio1的频率设置为从初始值增加Fio1_en(即10MHz)；

当质量再次变化到一定程度，FL1的频率变化再次超过门限频率Fio1_en(即10MHz)时，可编程逻辑器件再次将Fio1的频率设置为在原来频率值的基础上增加Fio1_en(即10MHz)。由于“FL1的频率＝|Fi1的频率-Fio1的频率|”，这样Fi1和Fio1混频后的信号频率FL1始终小于Fio1_en(即10MHz)，使得相对带宽变窄，适合可编程逻辑器件处理，在保证良好的抗干扰特性的同时，可以实现高灵敏度和高精度。

当Fio1单方向跳变10次后，Fio1的频率从初始值变化了100MHz。此时，可编程逻辑器件将Fio1的频率设置为初始值，同时将Fso1的频率设置为从初始值增加100MHz。

当Fio1_en每次跳变100MHz，单方向跳变10次后，Fso1的频率变化1GHz，扩展了绝对带宽，实现了基于薄膜体声波谐振器的可编程高精度无线微小质量传感器网络节点的宽范围动态测量的过程。

参考信号通路。

参考FBAR传感器振荡电路输出的信号Fs2的频率代表了参考质量信息，射频振荡器23输出的本振信号Fso2和Fs2进入射频混频器24，Fso2和Fs2混频后输出中频信号Fi2，其中信号频率关系为Fi2的频率＝|Fs2的频率-Fso2的频率|，Fi2经过放大器25放大后送入中频滤波器26滤除谐波信号、噪声信号和干扰信号，然后送入中频混频器28，和中频振荡器27的本振信号Fio2进行混频，中频混频器28的输出信号送入滤波整形电路29，滤除谐波信号、噪声信号和干扰信号，并将信号转化成同频率的低频数字信号FL2送入可编程逻辑器件，其中信号频率关系为“FL2的频率＝|Fi2的频率-Fio2的频率|”。由可编程逻辑器件读出FL2的频率值，再送入射频收发电路进行调制放大。

可编程逻辑器件分别对粗通道射频跟踪电路21和精通道中频跟踪电路22设置了频率跟踪的跳变门限频率Fso2_en和Fio2_en。

例如：Fso2_en跳变门限为10MHz，Fio2_en的跳变门限为100MHz。

随着参考质量的变化，对应的FL2进行变化。当质量变化到一定程度，FL2的频率变化超过门限频率Fso2_en(即10MHz)时，可编程逻辑器件将Fio2的频率设置为从初始值增加Fio2_en(即10MHz)；

当质量再次变化到一定程度，FL2的频率变化再次超过门限频率Fio2_en(即10MHz)时，可编程逻辑器件再次将Fio2的频率设置为在原来频率值的基础上增加Fio2_en(即10MHz)。由于“FL2的频率＝|Fi2的频率-Fio2的频率|”，这样Fi2和Fio2混频后的信号频率FL2始终小于Fio2_en(即10MHz)，使得相对带宽变窄，适合可编程逻辑器件处理，在保证良好的抗干扰特性的同时，可以实现高灵敏度和高精度。

当Fio2单方向跳变20次后，Fio2的频率从初始值变化了100MHz。此时，可编程逻辑器件将Fio2的频率设置为初始值，同时将Fso2的频率设置为从初始值增加100MHz。

当Fio2_en每次跳变100MHz，单方向跳变20次后，Fso2的频率变化2GHz，扩展了绝对带宽，实现了基于薄膜体声波谐振器的可编程高精度无线微小质量传感器网络节点的宽范围动态测量的过程。

当待测信号通路和参考信号通路将FL1和FL2送入可编程处理器电路后，可编程逻辑器件对FL1和FL2进行计数、寄存后，送入数字信号处理电路进行运算，运算结果返回可编程逻辑器件进行寄存。

然后可编程逻辑器件一方面将运算结果和阈值进行比对和判决，根据判决结果输出指令，对薄膜体声波谐振器传感器振荡电路、射频振荡器和中频振荡器的振荡频率参数进行控制

另一方面将运算结果进行编码后送入射频收发电路，依次通过调制电路进行调制、通过发射滤波电路进行滤波、通过增益放大电路进行增益放大和通过功率放大电路进行功率放大、通过双工器进行频段选择，最后经过天线发射出去。

同时，天线接收空间中射频信号，依次通过双工器进行、通过低噪声放大电路进行放大、通过AGC放大电路进行增益平衡、通过接收滤波电路进行滤波、通过解调电路将射频信号解调为低频数字信号后，送入可编程逻辑器件。

然后可编程逻辑器件对解调后的低频数字信号进行缓存、解码、判决和寄存，读取其中的指令信息，并进行判决和编码处理，用于对来自射频收发电路的信号进行解码、寄存、读取指令和执行指令的操作指令的操作，对测量系统的各个工作参数进行设定。

Claims (7)

1.一种基于薄膜体声波谐振器的无线微小质量传感器网络节点，它包括：

待测薄膜体声波谐振器传感器振荡电路：即传感器电路，用于将待测微小质量信号通过薄膜体声波谐振器传感器振荡电路转化成射频信号；

参考薄膜体声波谐振器传感器振荡电路：即传感器电路，用于将参考微小质量信号通过薄膜体声波谐振器传感器振荡电路转化成射频信号；

粗通道射频跟踪电路：用于将射频信号转化成中频信号，并依据可编程处理器电路的指令动态修改振荡电路的频率设置参数，对射频信号进行频率跟踪，实现基于薄膜体声波谐振器的无线微小质量传感器网络节点的宽带量程；

精通道中频跟踪电路：用于将中频信号转化成低频数字信号，并依据可编程处理器电路的指令动态修改振荡电路的频率设置参数，对中频信号进行频率跟踪，实现基于薄膜体声波谐振器的无线微小质量传感器网络节点的高精度测量；

可编程处理器电路：用于对来自精通道中频跟踪电路的含有微小质量信息的低频信号进行计数、运算、寄存、校正、判决和编码处理，并送入射频收发电路；用于对薄膜体声波谐振器传感器振荡电路、射频振荡器和中频振荡器的振荡频率参数进行控制；用于对来自射频收发电路的信号进行解码、寄存、读取指令和执行指令的操作；

射频收发电路：用于将来自可编程处理器电路的数字信号进行调制、滤波、放大，并通过天线进行发射；用于将来自天线的射频信号进行滤波、放大、解调，送入可编程处理器电路；

天线：用于发射来自射频收发电路的射频信号；用于接收空间中射频信号。

2.根据权利要求1所述的基于薄膜体声波谐振器的无线微小质量传感器网络节点，其特征在于：

所述的粗通道射频跟踪电路包括依次连接的射频振荡电路、射频混频器、放大器和中频滤波器；

射频振荡电路：用于产生本地振荡射频信号，接收可编程处理器电路的指令，对振荡频率参数进行设置；

射频混频器：用于将薄膜体声波谐振器传感器振荡电路输出的射频信号和射频振荡电路产生的本地振荡射频信号进行混频，输出中频信号；输出中频信号的频率为薄膜体声波谐振器传感器振荡电路输出的射频信号频率和射频振荡电路产生的本地振荡射频信号频率之差；

放大器：用于将射频混频器输出的中频信号进行增益放大；

中频滤波器：用于对放大器放大后的中频信号进行滤波，滤除谐波信号和噪声信号。

3.根据权利要求2所述的基于薄膜体声波谐振器的无线微小质量传感器网络节点，其特征在于：

所述的精通道中频跟踪电路包括依次连接的中频振荡电路、中频混频器和波形整形电路；

中频振荡电路：用于产生本地振荡中频信号，接收可编程处理器电路的指令，对振荡频率参数进行设置；

中频混频器：用于将中频滤波器输出的中频信号和中频振荡电路产生的本地振荡中频信号进行混频，输出低频信号；输出低频信号的频率为中频滤波器输出的中频信号频率和中频振荡电路产生的本地振荡中频信号频率之差；

波形整形电路：用于将中频混频器输出的低频信号转化成可编程处理器电路可以接收的数字信号。

4.根据权利要求1所述的基于薄膜体声波谐振器的无线微小质量传感器网络节点，其特征在于：

所述的可编程处理器电路包括依次连接的数字信号处理电路和可编程逻辑器件；

数字信号处理电路：用于对可编程逻辑器件中的数据进行运算和校正；

可编程逻辑器件：用于对来自精通道中频跟踪电路的含有微小质量信息的低频信号进行计数、寄存、判决和编码处理，并送入射频收发电路；用于对薄膜体声波谐振器传感器振荡电路、射频振荡器和中频振荡器的振荡频率参数进行控制；用于对来自射频收发电路的信号进行解码、寄存、读取指令和执行指令的操作。

5.根据权利要求1所述的基于薄膜体声波谐振器的无线微小质量传感器网络节点，其特征在于：

所述的射频收发电路包括依次连接的射频发射电路、射频接收电路和双工器；

射频发射电路：用于将可编程处理器电路输出的数字信号进行调制、滤波、增益放大和功率放大；

射频接收电路：用于将双工器输出的射频信号进行放大、增益平衡、滤波和解调；

双工器：用于对接收频段和发射频段的射频信号进行隔离和分配，完成信号传输的通道选择。

6.根据权利要求5所述的基于薄膜体声波谐振器的无线微小质量传感器网络节点，其特征在于：

所述的射频发射电路包括依次连接的调制电路、发射滤波电路、增益放大电路和功率放大电路；

调制电路：用于将可编程处理器电路输出的数字信号调制到射频频段；

发射滤波电路：用于对调制电路调制后的射频信号进行滤波，滤除谐波信号和噪声信号；

增益放大电路：用于对发射滤波电路输出的射频信号进行增益放大；

功率放大电路：用于对增益放大电路输出的射频信号进行功率放大。

7.根据权利要求5所述的基于薄膜体声波谐振器的无线微小质量传感器网络节点，其特征在于：

所述的射频接收电路包括依次连接的低噪声放大电路、AGC放大电路、接收滤波电路和解调电路；

低噪声放大电路：用于将双工器输出的射频信号进行放大；

AGC放大电路：用于将低噪声放大电路输出的射频信号进行增益平衡；

接收滤波电路：用于将AGC放大电路输出的射频信号进行滤波，滤除谐波信号和噪声信号；

解调电路：用于将接收滤波电路输出的射频信号解调为低频数字信号。

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