CN109211283B - 一种lc传感系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种LC传感系统，其包括读取部分和传感部分，其中所述读取部分包括读出电路及与读出电路串联的第一电感；所述传感部分包括第二电感、经过整流电路与第二电感串联的悬臂梁开关、与悬臂梁开关的两端相连的并联支路，所述并联支路至少包括第一电容式传感器和第二电容式传感器，所述第一电感和所述第二电感互感耦合。本发明的LC传感系统通过控制悬臂梁开关的形变，利用悬臂梁开关在不同驱动电压下不同的形变程度以及其形状回复特性，依次将第一电容式传感器与第二电容式传感器连入电路，实现无源无线多参数测量，系统简单，易操作。

Description

一种LC传感系统
技术领域
本发明涉及传感技术领域，特别地涉及一种利用悬臂梁开关实现多参数测量的LC传感系统。
背景技术
无源无线传感器不需要电源供电，通过电感耦合的方式进行信号耦合。因此其具备两个天然优势：一是不需要电气连接；二是不需要更换电池，从而理论上具有无限寿命。正是由于这两点本质上的优势，使得无源无线传感器在某些特殊的应用环境下具有无可比拟的优势，比如密闭环境、机械旋转结构等等。在实际应用过程中往往要求无源无线传感器能同时监测多个参数。
已有的实现多个参数无源无线传感的技术手段有两种，一种每个传感器连接一个电感，利用多个电感-电容的谐振回路分别进行测试；另一种是在传感部分加入负载调制电路、分时复用电路以及整流稳压电路等形成一个复杂的分时调制系统，然后调制后的信号再由读取部分进行解调得到多个传感器信号。然而，在实现多参数测量方面存在很大改进空间，因此，有必要提供一种新的LC传感系统。
发明内容
本发明要解决LC传感器多参数测量的技术问题，要达到一个LC串联谐振回路能够同时进行个待测参数测量的目标，因此，本发明提供了一种LC传感系统，所述LC传感系统，包括读取部分和传感部分，其中所述读取部分包括读出电路及与读出电路串联的第一电感；所述传感部分包括第二电感、经过整流电路与第二电感串联的悬臂梁开关、与悬臂梁开关的两端相连的并联支路，所述并联支路至少包括第一电容式传感器和第二电容式传感器，所述第一电感和所述第二电感互感耦合。
作为一种改进，所述悬臂梁开关具有可动端与固定端。
作为一种改进，所述第一电容式传感器、所述第二电容式传感器分别设有第一电容可动极板和第二电容可动极板。
作为一种改进，所述可动端与所述第一电容可动极板相接触，所述第一电容可动极板与第二电容可动极板相接触。
本发明还提供了一种LC传感系统的测量方法，所述测量方法通过控制悬臂梁开关的可动端，利用不同驱动电压使所述可动端形变，并与并联的多个电容式传感器电连接，以实现无源无线多参数测量，所述测量方法包括：
在读出电路扫频周期的初始状态，所述悬臂梁开关的可动端与第一电容式传感器接触，形成电感-电容谐振回路，产生驱动电压，所述驱动电压施加在所述悬臂梁开关上；
施加在所述悬臂梁开关上的驱动电压越来越大，使得所述可动端产生形变，所述可动端带动第一电容可动极板向第二电容可动极板靠近，并使所述第一电容可动极板和所述第二电容可动极板接触，将第一电容式传感器与第二电容式传感器并联接入电路，分别读取所述第一电容式传感器与所述第二电容式传感器的数据；
在驱动电压的作用下，所述可动端与所述第二电容可动极板解除连接，再次恢复到电感-电容谐振回路的初始状态，如此往复，实现对所述第一电容式传感器与所述第二电容式传感器的连续多参数测量。
作为一种改进，所述测量方法包括通过第一电感和第二电感的互感耦合作用进行相互传递频率信号，所述第二电感的两端产生次生磁场，从而产生耦合交流电压。
作为一种改进，所述耦合交流电压通过整流电路的作用后转化为驱动电压，所述驱动电压施加在悬臂梁开关上。
作为一种改进，读出电路发出的扫频频率与第二电感和第一电容式传感器形成的谐振回路的谐振频率接近且直至相等，所述可动端带动第一电容可动极板向第二电容可动极板靠近，并使所述第一电容可动极板和所述第二电容可动极板接触。
作为一种改进，所述扫频频率和所述谐振频率不相等，所述可动端与所述第二电容可动极板解除连接，恢复至初始状态。
作为一种改进，所述多个电容式传感器的数量可以为两个、三个或更多个。
有益效果：本发明的LC传感系统，通过控制悬臂梁开关的可动端，利用不同驱动电压使所述可动端的形变，并与并联的多个电容式传感器电连接，可以分别对并联的多个电容式传感器的数据进行读取，实现无源无线多参数测量，系统简单，易操作和实现。
附图说明
图1为本发明的LC传感系统的初始状态示意图；
图2为本发明的悬臂梁开关将第二电容式传感器接入谐振回路时的原理示意图；
图3为本发明的LC传感系统并联多个电容传感器的另一实施方式的示意图。
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，本发明提供一种利用悬臂梁开关实现多参数测量的LC传感系统，该LC传系统包括读取部分和传感部分，其中，读取部分包括读出电路1和第一电感2，第一电感2串联在读出电路1上；传感部分包括第二电感3、整流电路4、悬臂梁开关5、第一电容式传感器6、第二电容式传感器7。
具体地，第二电感3经过整流电路4与所述悬臂梁开关5串联，第一电容式传感器6、第二电容式传感器7构成的并联支路，该并联支路并联在第二电感3、整流电路4和悬臂梁开关5的串联电路中；不限于此，上述并联支路还可以包括第三电容式传感器(具体参见图3)，或者包括三个以上的电容式传感器。
进一步地，悬臂梁开关5具有可动端51与固定端52，可动端51通过不同的驱动电压而发生形变；悬臂梁开关5的可动端51与第一电容式传感器6接触，形成电感-电容(LC)谐振回路；第一电容式传感器6、第二电容式传感器7分别设有第一电容可动极板61和第二电容可动极板71；在驱动压力的作用下，悬臂梁5的可动端51可与第一电容可动极板61接触，使第一电容可动极板61和第二电容可动极板71接触，以将第一电容式传感器6与第二电容式传感器7连入电路，从而实现无源无线多参数测量。
实施例2
本发明还提供了一种LC传感系统的测量方法，该测量方法通过控制悬臂梁开关的可动端，利用不同驱动电压使所述可动端的形变，并与并联的多个电容式传感器电连接，以实现无源无线多参数测量，在本实施方式中，所述多个电容式传感器为两个，具体包括第一电容式传感器6和第二电容式传感器7，该测量方法具体包括：
在读出电路扫频周期的伊始，悬臂梁开关的可动端51与第一电容式传感器6接触，形成电感-电容(LC)谐振回路(参见图1)，通过所述第二电感3和第一电感2的互感耦合作用进行相互传递频率信号。同时，由于磁耦合的存在，使得第二电感3两端产生次生磁场，从而产生耦合交流电压，此耦合交流电压通过整流电路4的作用后转化为驱动电压，此驱动电压施加在悬臂梁开关5上；
随着扫频周期的进行，读出电路1发出的扫频频率与第二电感3和第一电容式传感器6形成的谐振回路的谐振频率接近，第二电感3两端的耦合交流电压越来越大，当扫频频率与谐振频率一致时，耦合交流电压达到最大。此时，施加在悬臂梁开关5上的驱动电压越来越大，由于静电力的作用，使得可动端51产生形变，逐步向固定端52靠拢，在此过程中，可动端51带动第一电容式传感器6的第一电容可动极板61向第二电容式传感器7的第二电容可动极板71靠近，直到两者接触(参见图2)。此时，第二电容式传感器7与第一电容式传感器6并联接入电路，谐振回路的谐振频率改变；
扫频周期继续进行，此时扫频频率与谐振频率不再一致，使得悬臂梁开关5两端的驱动电压变小，可动端51逐步远离固定端52；在此过程中，可动端51与第二电容式传感器7的第二电容可动极板71分离，使其不再连入电路中，LC回路的状态逐渐恢复到第一步的谐振状态，直到扫频周期结束，迎来下一次的扫频周期，如此往复，实现对第一电容式传感器6与所述第二电容式传感器7的连续检测。
需要说明的是，上述电容式传感器不局限于第一电容式传感器6与第二电容式传感器7，也可在第一电容式传感器6与第二电容式传感器7之间增加更多的电容式传感器，并且与第一电容式传感器6和第二电容式传感器7并联，实现多个敏感参数的测量。
与现有技术相比，本发明的LC传感系统，通过控制悬臂梁开关的可动端，利用不同驱动电压使所述可动端的形变，并与并联的多个电容式传感器电连接，可以分别对并联的多个电容式传感器的数据进行读取，实现无源无线多参数测量，系统简单，易操作和实现。
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 (6)

1.一种LC传感系统，其特征在于，所述LC传感系统包括读取部分和传感部分，其中所述读取部分包括读出电路及与读出电路串联的第一电感；所述传感部分包括第二电感、经过整流电路与第二电感串联的悬臂梁开关、与悬臂梁开关的两端相连的并联支路，所述并联支路至少包括第一电容式传感器和第二电容式传感器，所述第一电感和所述第二电感互感耦合；
其中，所述悬臂梁开关具有可动端与固定端；所述第一电容式传感器、所述第二电容式传感器分别设有第一电容可动极板和第二电容可动极板。
2.根据权利要求1所述的LC传感系统，其特征在于，所述可动端与所述第一电容可动极板相接触，所述第一电容可动极板与第二电容可动极板相接触。
3.一种LC传感系统的测量方法，根据权利要求1或2所述的LC传感系统，其特征在于，所述测量方法通过控制悬臂梁开关的可动端，利用不同驱动电压使所述可动端形变，并与并联的多个电容式传感器电连接，以实现无源无线多参数测量，所述测量方法包括：
在读出电路扫频周期的初始状态，所述悬臂梁开关的可动端与第一电容式传感器接触，形成电感-电容谐振回路，产生驱动电压，所述驱动电压施加在所述悬臂梁开关上；
施加在所述悬臂梁开关上的驱动电压越来越大，使得所述可动端产生形变，所述可动端带动第一电容可动极板向第二电容可动极板靠近，并使所述第一电容可动极板和所述第二电容可动极板接触，将第一电容式传感器与第二电容式传感器并联接入电路，分别读取所述第一电容式传感器与所述第二电容式传感器的数据；
在驱动电压的作用下，所述可动端与所述第二电容可动极板解除连接，再次恢复到电感-电容谐振回路的初始状态，如此往复，实现对所述第一电容式传感器与所述第二电容式传感器的连续多参数测量；
其中，所述测量方法包括通过第一电感和第二电感的互感耦合作用进行相互传递频率信号，所述第二电感的两端产生次生磁场，从而产生耦合交流电压；
所述耦合交流电压通过整流电路的作用后转化为驱动电压，所述驱动电压用作驱动电压施加在悬臂梁开关上。
4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，读出电路发出的扫频频率与第二电感和第一电容式传感器形成的谐振回路的谐振频率接近且直至相等，所述可动端带动第一电容可动极板向第二电容可动极板靠近，并使所述第一电容可动极板和所述第二电容可动极板接触。
5.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，所述扫频频率和所述谐振频率不相等，所述可动端与所述第二电容可动极板解除连接，恢复至初始状态。
6.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述多个电容式传感器的数量可以为两个、三个或更多个。
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