CN105092080A - 一种应用在声表面波无线无源测温系统中的新型扫频算法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对声表面波传感器的扫频，具体为一种应用在声表面波无线无源测温系统中的新型扫频算法。第一次扫频时，对传感器起振频率[f1，f2]范围内进行全扫频，获得传感器的当前起振频率fa，以后扫频时，以传感器当前起振频率fa为基准频率，以Δf为变化量，递减和递增频率两方向进行相对位置扫频，以相对位置扫频算法，而不是对整个频带范围进行扫频，可以大大的缩短扫频的时间、降低系统的功耗和提高系统的性能。

Description

一种应用在声表面波无线无源测温系统中的新型扫频算法

技术领域

本发明涉及无线、无源测温技术领域，尤其涉及对声表面波传感器的扫频，具体为一种应用在声表面波无线无源测温系统中的新型扫频算法。

背景技术

在电力系统中，经常需要测量温度，监控仪器的工作环境，确保电力设施的安全。对于声表面波无线无源测温系统，为了获得声表面波温度传感器(以下简称传感器)的中心频率，发送相应频率的激励信号使传感器起振，现有的技术都是在传感器的整个频带范围内进行扫频(即盲扫频)，这种方法的缺点是比较浪费时间也增加了处理器的运算量。而温度不可能出现很大范围的突变，因此每一次都扫描传感器的整个频带是很浪费时间的，导致测温仪器反应慢，不能及时的测出温度数值。

发明内容

针对现有对声表面波温度传感器的中心频率扫频方式耗时长的缺陷，本发明提供一种更加快捷高效的扫频算法。

一种应用在声表面波无线无源测温系统中的新型扫频算法，第一次扫频时，对传感器起振频率[f1，f2]范围内进行全扫频，获得传感器的当前起振频率fa，以后扫频时，以传感器当前起振频率fa为基准频率，以Δf为变化量，递减和递增频率两方向进行相对位置扫频，包括以下步骤：

步骤1，传感器的测量温度范围对应频率为[f1，f2]，以[f1，f2]的中间值fc作为起始频率，发送激励信号，对传感器进行第一次扫频，延迟时间t之后测出传感器返回信号的频率，记为fx；如果fx的大小不在[f1，f2]这个区间内，那么就以fc再重新发送q次激励信号，如果这q次中，测得fx都不在[f1，f2]范围内，那么就说明传感器并没有起振，也就是发送的激励信号频率fc偏离传感器的中心频率较远；

步骤2，将当前激励信号频率保存为fa，以一个Δf为步进不断的增减激励信号频率fc并进行扫频测试，直到fx在[f1，f2]内：即将fc减去一个谐振频差Δf，新的激励信号频率fc＝fa-n*Δf(n为激励信号改变次数)，发送激励信号q次之后，如果测得fx在区间[f1，f2]内，扫频结束；如果fx不在区间[f1，f2]内，再次改变激励信号频率，将fc加上一个谐振频差Δf，新的激励信号频率fc＝fa+n*Δf(n为激励信号改变次数)，发送激励信号q次之后，如果测得fx在区间[f1，f2]内，扫频结束；如果测得fx不在区间[f1，f2]内，传感器依然没有起振，重复上述步骤2；

步骤3，判断激励信号的频率和传感器返回信号的频率之差，如果|fc-fx|＜ρ，则更新误差范围以内ρ＝|fc-fx|，由于ρ的初始值非常大，因此在第一次执行时此句肯定成立，这样每一次测量ρ都会变小，直到小于σx便不再更新ρ，上述过程一共重复执行p次，之后会得到一个预选频率fp，然后以这个预选频率重复发射激励信号十次，分别测出传感器返回的信号频率，将测得的每个频率进行排序，取出其中的最大值、次大值、最小值、次小值后，对剩下的六个频率值取平均，得到最终的中心频率fp。

所述的Δf为传感器0.1℃～1℃范围且包含1℃的谐振频率差。通常取1℃的谐振频率差值。

本扫频方法为相对位置扫频算法，和盲扫频算法相比，本方法只有在第一次扫频时，由于预先不知道传感器的先前温度，需要进行一次盲扫频。一旦完成第一次扫频之后，由于传感器的温度变化不会很剧烈，因此下一次扫频时，扫频起始频率肯定就在上一次传感器谐振频率附近，采用相对位置扫频算法，所以会大大的减少扫频的时间，减少硬件的运算量。而且本发明的扫频算法(相对位置扫频算法)采用了误差保护、均值算法等，保证了测量的精度。应用在基于声表面波技术的无线无源测温装置中，以相对位置扫频算法，而不是对整个频带范围进行扫频，可以大大的缩短扫频的时间、降低系统的功耗和提高系统的性能。

附图说明

图1为本发明的算法流程图；

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本发明作进一步说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：一种无线无源的声表面波温度传感器，查询器发送一定频率的激励信号，一旦该激励信号满足传感器的起振条件，传感器便返回已经携带了温度信息的无线信号，然后根据传感器的温度——频率特性，反推出传感器的温度。

为了能够确定正确的激励信号的频率，需要对传感器进行扫频测试，本发明采用相对位置扫频算法。只在第一次扫频时，由于预先不知道传感器的先前温度，需要进行一次盲扫频，即在传感器的整个频带范围内进行扫频。一旦完成一次扫频之后，由于传感器的温度变化不会很剧烈，因此下一次扫频时，扫频起始频率肯定就在上一次传感器谐振频率附近，使用相对扫频法也就是以上次的谐振频率为扫频中心频率，然后进行增减频率扫频，此法可以有效的降低扫频的时间。

如图1所示，其方法具体步骤为：

步骤1，传感器的测量温度范围为-25℃～125℃，对应频率范围为[f1，f2]，以[f1，f2]的中间值50℃时对应的频率fc作为起始频率，发送激励信号，对传感器进行第一次扫频，延迟时间t之后测出传感器返回信号的频率，记为fx；如果fx的大小不在[f1，f2]这个区间内，那么就以fc再重新发送q次激励信号，如果这q次中，测得fx都不在[f1，f2]范围内，那么就说明传感器并没有起振，也就是发送的激励信号频率fc偏离传感器的中心频率较远；

步骤2，将当前激励信号频率保存为fa，以传感器1℃的谐振频率差Δf为步进，不断的减小和增大激励信号频率fc并进行扫频测试，直到fx在[f1，f2]内：即将fc减去传感器1℃的谐振频率差Δf，新的激励信号频率fc＝fa-n*Δf(n为激励信号改变次数)，发送激励信号q次之后，如果测得fx在区间[f1，f2]内，扫频结束；如果fx不在区间[f1，f2]内，再次改变激励信号频率，将fc加上一个谐振频差Δf，新的激励信号频率fc＝fa+n*Δf(n为激励信号改变次数)，发送激励信号q次之后，如果测得fx在区间[f1，f2]内，扫频结束；如果测得fx不在区间[f1，f2]内，传感器依然没有起振，重复上述步骤2；

步骤3，判断激励信号的频率和传感器返回信号的频率之差，如果|fc-fx|＜ρ，则更新误差范围以内ρ＝|fc-fx|，由于ρ的初始值非常大，因此在第一次执行时此句肯定成立，这样每一次测量ρ都会变小，直到小于σx便不再更新ρ，上述过程一共重复执行p次，之后会得到一个预选频率fp，然后以这个预选频率重复发射激励信号十次，分别测出传感器返回的信号频率，将测得的每个频率进行排序，取出其中的最大值、次大值、最小值、次小值后，对剩下的六个频率值取平均，得到最终的中心频率fp。

传统的扫频方法都是在传感器的整个频带范围内进行盲扫频，这种方法的缺点是比较浪费时间也增加了DSP处理器的运算量。由于温度的变化是缓慢连续的，因此传感器的温度不会出现巨大的波动，使用本发明的相对位置扫频算法，也就是以上次的谐振频率为扫频中心频率，然后进行左右扫频，此法可以有效的降低扫频的时间。

Claims (3)

1.一种应用在声表面波无线无源测温系统中的新型扫频算法，其特征在于，第一次扫频时，对传感器起振频率[f1，f2]范围内进行全扫频，获得传感器的当前起振频率fa，以后扫频时，以传感器当前起振频率fa为基准频率，以Δf为变化量，递减和递增频率两方向进行相对位置扫频，具体步骤为：

步骤1，传感器的测量温度范围对应频率为[f1，f2]，以[f1，f2]的中间值fc作为起始频率，发送激励信号，对传感器进行第一次扫频，延迟时间t之后测出传感器返回信号的频率，记为fx；如果fx的大小不在[f1，f2]这个区间内，那么就以fc再重新发送q次激励信号，如果这q次中，测得fx都不在[f1，f2]范围内，那么就说明传感器并没有起振，也就是发送的激励信号频率fc偏离传感器的中心频率较远；

步骤2，将当前激励信号频率保存为fa，将fc减去一个谐振频差Δf，新的激励信号频率fc＝fa-n*Δf(n为激励信号改变次数)，发送激励信号q次之后，如果测得fx在区间[f1，f2]内，扫频结束；如果fx不在区间[f1，f2]内，再次改变激励信号频率，将fc加上一个谐振频差Δf，新的激励信号频率fc＝fa+n*Δf(n为激励信号改变次数)，发送激励信号q次之后，如果测得fx在区间[f1，f2]内，扫频结束；如果测得fx不在区间[f1，f2]内，传感器依然没有起振，重复上述步骤2；

步骤3，判断激励信号的频率和传感器返回信号的频率之差，如果|fc-fx|＜ρ，则更新误差范围以内ρ＝|fc-fx|，由于ρ的初始值非常大，因此在第一次执行时此句肯定成立，这样每一次测量ρ都会变小，直到小于σx便不再更新ρ，上述过程一共重复执行p次，之后会得到一个预选频率fp，然后以这个预选频率重复发射激励信号十次，分别测出传感器返回的信号频率，将测得的每个频率进行排序，去除其中的最大值、次大值、最小值、次小值后，对剩下的六个频率值取平均，得到最终的中心频率fp。

2.根据权利要求1所述的一种应用在声表面波无线无源测温系统中的新型扫频算法，其特征在于所述的Δf为传感器0.1℃～1℃范围且包含1℃的谐振频率差。

3.根据权利要求1所述的一种应用在声表面波无线无源测温系统中的新型扫频算法，其特征在于所述的σx值为1KHZ。