CN103456157A - 一种长距离无源无线传感器遥测系统 - Google Patents

一种长距离无源无线传感器遥测系统 Download PDF

Info

Publication number
CN103456157A
CN103456157A CN2013104366046A CN201310436604A CN103456157A CN 103456157 A CN103456157 A CN 103456157A CN 2013104366046 A CN2013104366046 A CN 2013104366046A CN 201310436604 A CN201310436604 A CN 201310436604A CN 103456157 A CN103456157 A CN 103456157A
Authority
CN
China
Prior art keywords
passive wireless
wireless sensor
circuit
telefault
transmission coil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2013104366046A
Other languages
English (en)
Inventor
董蕾
王立峰
唐丹
黄庆安
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN2013104366046A priority Critical patent/CN103456157A/zh
Publication of CN103456157A publication Critical patent/CN103456157A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

本发明公开一种长距离无源无线传感器遥测系统，包括无源无线传感器、传输线圈组和主电路；传输线圈组包括至少两个电感线圈，每个电感线圈之间通过谐振式强磁耦合；无源无线传感器与主电路分别与传输线圈组通过耦合电感连接；主电路用于通过传输线圈组发送激励信号至所述无源无线传感器，并根据无源无线传感器反馈的调幅信号解析出被测量的变化；主电路的激励信号频率、无源无线传感器反馈的调幅信号频率和传输线圈组的每个线圈自谐振频率相同。本发明利用调幅信号在电感上贮存能量的变化来进行信号传输，采用谐振电感强磁耦合的原理实现了无源无线信号的长距离、高效率的传输，且不易受环境干扰。

Description

一种长距离无源无线传感器遥测系统
技术领域
本发明涉及一种传感器遥测系统，特别涉及一种长距离无源无线传感器遥测系统。
背景技术
无源无线传感器不需要物理连接，也无需电源供应，在复杂工业环境监测中的应用前景非常广泛，对促进我国物联网的发展有巨大作用。无线遥测目前有以下方式：一种是射频信号通过天线收发，其利用电磁波在空间中的收发来传输信号，其传输距离较长；但全方向的天线辐射效率较低，而单方向的辐射需要不间断的传输视线和复杂的追踪设备；此外，在无源应用中，由于其必须携带电源，发展受到限制。另一种是电感近场耦合，这种方法通常利用LC并联谐振回路：在应变作用下，平面电感或电容的大小如果发生变化，谐振回路的谐振频率也将改变；通过检测回路的谐振频率的变化就可以获得应变的大小。相比第一种方法，其不需要电源，但是由于尺寸限制，电感线圈尺寸很小，其有效耦合的距离非常短，因此具有检测距离短的缺陷。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提供一种长距离无源无线传感器遥测系统，提高无源无线传感器信号的传输距离。
技术方案：一种长距离无源无线传感器遥测系统，包括无源无线传感器、传输线圈组和主电路；所述传输线圈组包括至少两个电感线圈，每个电感线圈之间通过谐振式强磁耦合；所述无源无线传感器与主电路分别与所述传输线圈组通过耦合电感连接；
所述主电路用于通过传输线圈组发送激励信号至所述无源无线传感器，并根据所述无源无线传感器反馈的调幅信号解析出被测量的变化；
所述无源无线传感器用于根据传感器检测值的变化，反馈调幅信号至所述主电路；
所述主电路的激励信号频率、无源无线传感器反馈的调幅信号频率和传输线圈组的每个线圈自谐振频率相同。
作为本发明的优选方案，所述无源无线传感器包括无源传感电路和第一耦合电感；所述无源传感电路包括传感器及其接口电路、能量管理电路和调制电路；所述第一耦合电感、能量管理电路、传感器及其接口电路以及调制电路依次连接构成串联回路；
所述传输线圈组包括通过谐振式强磁耦合的第一电感线圈、第二电感线圈；
所述主电路包括第二耦合电感和信号处理电路；所述信号处理电路包括分别与所述第二耦合电感连接的载波产生电路和信号调制电路；
所述第一电感线圈与第一耦合电感耦合连接，所述第二线电感圈与第二耦合电感耦合连接。
作为本发明的改进，所述第一电感线圈和第二电感线圈之间还包括若干个电感线圈，每个电感线圈通过谐振式强磁耦合，且每个电感线圈的自谐振频率均相同。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
1.本发明完全利用磁场耦合的方式进行信号的传输，周围环境对磁场的影响较小，对信号的干扰程度可忽略，磁场本身对人体的伤害也很小。
2.本发明利用了电感线圈的谐振电感强磁耦合原理，相比普通无源无线传感器信号传输的距离有了极大的提高。
3.传输线圈组中若干个相同的电感线圈平行并列放置，极大地延长了传输距离。
附图说明
图1是本发明的结构框图；
图2是本发明实施例1的结构示意图；
图3是本发明实施例2的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
实施例1：如图1所示，一种长距离无源无线传感器遥测系统，包括无源无线传感器1、传输线圈组2和主电路3；传输线圈组2包括两个电感线圈，两个电感线圈之间通过谐振式强磁耦合；无源无线传感器1与主电路3分别与传输线圈组2通过耦合电感连接。
主电路通3过传输线圈组2发送激励信号至无源无线传感器1，并根据无源无线传感器1反馈的调幅信号解析出被测量的变化；无源无线传感器1根据传感器检测值的变化，反馈调幅信号至主电路3；主电路3的激励信号频率、无源无线传感器1反馈的调幅信号频率和传输线圈组2的每个电感线圈的自谐振频率均相同。
如图2所述，无源无线传感器1包括无源传感电路11和第一耦合电感12；无源传感电路11包括传感器及其接口电路111、整流电路112和调制电路113；第一耦合电感12、整流电路112、传感器及其接口电路111以及调制电路113依次连接构成串联回路。
传输线圈组2包括通过谐振式强磁耦合的第一电感线圈21、第二电感线圈22。
主电路3包括第二耦合电感31和信号处理电路32；信号处理电路32包括分别与第二耦合电感31连接的载波产生电路321和信号调制电路322。
第一电感线圈21与第一耦合电感12耦合连接，第二电感线圈22与第二耦合电感31耦合连接。每个电感线圈通过谐振式强磁耦合，每个电感线圈的自谐振频率均相同。传输线圈组2的电感线圈与第一耦合电感线圈以及第二耦合电感线圈平行并列设置。
实施例2：与实施例1的区别仅在于，第一电感线圈21和第二电感线圈22之间还包括若干个电感线圈，每个电感线圈之间均为谐振式强磁耦合，每个电感线圈的自谐振频率均相同。
工作原理：无源无线传感器1接收由主电路3中载波产生电路321发出的载波信号，由能量管理电路112进行整流与能量储存，为无源无线传感器提供能量。当传感器及其接口电路111检测被测物理量发生变化时，传感器及其接口电路111的阻抗也跟着变化，调制电路113利用变化的阻抗调制第一耦合电感12上的能量幅度。能量幅度的调幅信号变化通过传输线圈组2耦合到主电路3的第二耦合电感31上，最后由信号调制电路322对耦合电感31上能量变化进行分析。由于传输线圈组2所有的电感线圈自谐振频率与主电路3的激励信号、无源无线传感器1的调幅信号的频率相同，当传输线圈组2处于谐振状态，强磁耦合时信号传输的效率比一般状态下高出数倍，因而增加传输线圈数量后系统的信号传输效率得到提高，在相同效率的情况下传输距离增大。其中，传感器及其接口电路111中可集成多种传感器，如温度传感器、湿度传感器、压力传感器等传感器。
工作过程：载波产生电路321发出频率一定的激励信号，经由传输线圈组2耦合到能量管理电路112中进行整流与能量储存，为无源传感器11提供能量。当无源无线传感器11所测物理量发生变化时，传感器的感应电容发生变化，由传感器及其接口电路111完成C/f转换。与此同时，传感器及其接口电路111的阻抗发生相应的变化，调制电路113利用阻抗变化来调制第一耦合电感12上的信号幅值。幅值变化耦合到传输线圈组2中，信号在传输线圈2中进行谐振强磁耦合，最后到达主电路3的耦合电感31，信号调制电路322对耦合电感31上的幅值变化进行分析，进而判断出所测物理量的变化。
使用方法：首先使用标准设备对无源无线传感器进行标定，建立耦合电感上幅值变化与所测物理量之间的对应关系。系统工作时，对耦合电感上幅值的变化进行监测，与标定值进行对比，即可得到待测物理量的变化。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种长距离无源无线传感器遥测系统，其特征在于：包括无源无线传感器(1)、传输线圈组(2)和主电路(3)；所述传输线圈组(2)包括至少两个电感线圈，每个电感线圈之间通过谐振式强磁耦合；所述无源无线传感器(1)与主电路(3)分别与所述传输线圈组(2)通过耦合电感连接；
所述主电路(3)用于通过传输线圈组(2)发送激励信号至所述无源无线传感器(1)，并根据所述无源无线传感器(1)反馈的调幅信号解析出被测量的变化；
所述无源无线传感器(1)用于根据传感器检测值的变化，反馈调幅信号至所述主电路(3)；
所述主电路(3)的激励信号频率、无源无线传感器(1)反馈的调幅信号频率和传输线圈组(2)的每个线圈自谐振频率相同。
2.根据权利要求1所述的一种长距离无源无线传感器遥测系统，其特征在于：所述无源无线传感器(1)包括无源传感电路(11)和第一耦合电感(12)；所述无源传感电路(11)包括传感器及其接口电路(111)、能量管理电路(112)和调制电路(113)；所述第一耦合电感(12)、能量管理电路(112)、传感器及其接口电路(111)以及调制电路(113)依次连接构成串联回路；
所述传输线圈组包括通过谐振式强磁耦合的第一电感线圈(21)、第二电感线圈(22)；
所述主电路包括第二耦合电感(31)和信号处理电路(32)；所述信号处理电路(32)包括分别与所述第二耦合电感(31)连接的载波产生电路(321)和信号调制电路(322)；
所述第一电感线圈(21)与第一耦合电感(12)耦合连接，所述第二电感线圈(22)与第二耦合电感(31)耦合连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种长距离无源无线传感器遥测系统，其特征在于：所述第一电感线圈(21)和第二电感线圈(22)之间还包括若干个电感线圈，每个电感线圈通过谐振式强磁耦合，且每个电感线圈的自谐振频率均相同。
CN2013104366046A 2013-09-23 2013-09-23 一种长距离无源无线传感器遥测系统 Pending CN103456157A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013104366046A CN103456157A (zh) 2013-09-23 2013-09-23 一种长距离无源无线传感器遥测系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013104366046A CN103456157A (zh) 2013-09-23 2013-09-23 一种长距离无源无线传感器遥测系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103456157A true CN103456157A (zh) 2013-12-18

Family

ID=49738475

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2013104366046A Pending CN103456157A (zh) 2013-09-23 2013-09-23 一种长距离无源无线传感器遥测系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103456157A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105806410A (zh) * 2016-03-31 2016-07-27 东南大学 一种多点式压力传感器无源无线测量电路
CN105931449A (zh) * 2016-06-15 2016-09-07 中国矿业大学 一种用于地下管网安全监测的磁感应波导通信装置与方法
CN106683387A (zh) * 2016-12-10 2017-05-17 杭州鸿雁智能科技有限公司 无源传感装置及一种无源式无线传感系统
EP3194016A4 (en) * 2014-08-05 2017-08-23 MiniPumps, LLC Implant telemetry with dynamic tuning
CN113701789A (zh) * 2021-09-03 2021-11-26 东南大学 一种基于负阻电路的无源无线lc中性传感器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101996480A (zh) * 2010-11-09 2011-03-30 浙江大学 集成自校准电路的无线传感测量系统
EP2551250A1 (en) * 2011-07-28 2013-01-30 General Electric Company Dielectric materials for power tranfer system
CN103249592A (zh) * 2010-10-29 2013-08-14 高通股份有限公司 经由耦合寄生谐振器的无线能量传递
CN103280898A (zh) * 2013-05-27 2013-09-04 清华大学 磁耦合谐振式无线电能传输装置
CN103312048A (zh) * 2013-05-23 2013-09-18 东南大学 一种频率可调式无线电能传输装置
CN203205991U (zh) * 2013-04-18 2013-09-18 苏州源辉电气有限公司 一种应用于高压线路设备供电的无线电能传输系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103249592A (zh) * 2010-10-29 2013-08-14 高通股份有限公司 经由耦合寄生谐振器的无线能量传递
CN101996480A (zh) * 2010-11-09 2011-03-30 浙江大学 集成自校准电路的无线传感测量系统
EP2551250A1 (en) * 2011-07-28 2013-01-30 General Electric Company Dielectric materials for power tranfer system
CN203205991U (zh) * 2013-04-18 2013-09-18 苏州源辉电气有限公司 一种应用于高压线路设备供电的无线电能传输系统
CN103312048A (zh) * 2013-05-23 2013-09-18 东南大学 一种频率可调式无线电能传输装置
CN103280898A (zh) * 2013-05-27 2013-09-04 清华大学 磁耦合谐振式无线电能传输装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3194016A4 (en) * 2014-08-05 2017-08-23 MiniPumps, LLC Implant telemetry with dynamic tuning
CN105806410A (zh) * 2016-03-31 2016-07-27 东南大学 一种多点式压力传感器无源无线测量电路
CN105931449A (zh) * 2016-06-15 2016-09-07 中国矿业大学 一种用于地下管网安全监测的磁感应波导通信装置与方法
CN105931449B (zh) * 2016-06-15 2021-08-17 中国矿业大学 一种用于地下管网安全监测的磁感应波导通信装置与方法
CN106683387A (zh) * 2016-12-10 2017-05-17 杭州鸿雁智能科技有限公司 无源传感装置及一种无源式无线传感系统
CN113701789A (zh) * 2021-09-03 2021-11-26 东南大学 一种基于负阻电路的无源无线lc中性传感器
CN113701789B (zh) * 2021-09-03 2022-11-29 东南大学 一种基于负阻电路的无源无线lc中性传感器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103456156A (zh) 一种工作频率可调的长距离无源无线传感器遥测系统
CN106371143A (zh) 基于阻抗特性的异物检测方法及系统
CN103456157A (zh) 一种长距离无源无线传感器遥测系统
CN102969802B (zh) 电流型无线供电系统负载自适应控制方法
CN103278181B (zh) 一种无源lc谐振式传感器的无线读出电路
CN107529346A (zh) 感应电力发射器
CN107124046B (zh) 具有活体检测功能的无线充电系统及无线充电方法
CN105005082A (zh) 异物检测装置、无线送电装置以及无线电力传输系统
CN102969801A (zh) 电流型无线供电系统负载识别方法
CN110853318A (zh) 一种远距离lc无源无线传感系统
CN104050499B (zh) 一种高频射频识别标签
WO2018099215A1 (zh) 通过负载调制优化无线充电的系统，装置和方法
CN103151852A (zh) 一种新型磁耦合谐振式无线电能传输装置
CN203502545U (zh) 电缆故障检测仪
CN105305642A (zh) 无线能量传输装置及该种装置的谐振频率控制方法
CN106066974A (zh) 一种低功耗射频卡无开关检卡装置
CN105490501B (zh) 一种振动能量采集与无线发射装置
Xia et al. Application of wireless power transfer technologies and intermittent energy harvesting for wireless sensors in rotating machines
US10411512B2 (en) Methods and apparatus for implementing presence and usage pattern detection in wireless charging applications
Maulana et al. Wireless power transfer characterization based on inductive coupling method
CN105322662A (zh) 无线能量传输系统的谐振频率控制方法和装置
CN110495072B (zh) 无线充电装置和用于检测接收器装置的方法
CN204214388U (zh) 一种振弦式应变计无线节点装置
CN105318823A (zh) 超低功耗无源结构应变监测装置
CN102750570B (zh) 一种带受力敏感装置的rfid标签、rfid系统及受力检测方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20131218