CN110806273A - 无源无线温度传感器阅读装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无源无线温度传感器阅读装置，包括：射频发射模块、天线模块、接收放大模块、选频模块、信号处理模块、控制模块、信号传输模块，其中，天线模块与射频发射模块、接收放大模块分别电连接、选频模块与接收放大模块、信号处理模块分别电连接，控制模块与射频发射模块、天线模块、接收放大模块、选频模块、信号处理模块和信号传输模块分别电连接。本发明提供的无源无线温度传感器阅读装置，利用多通道的选频模块，在不增加带宽的基础上，可对频率差异很小的多个温度传感器进行读取，有效增加同一空间内可读取的无源无线温度传感器数量，以满足电缆通道等有较多传感器数量要求的场景。

Description

无源无线温度传感器阅读装置

技术领域

本发明涉及无线传感和电力监测领域，具体地，涉及一种无源无线温度传感器阅读装置。

背景技术

基于声表面波（surface acoustic wave, 简写为SAW）技术的无源、无线感知技术利用压电晶体表面传播的SAW速度对晶体基片的温度、应力、杨氏模量和质量加载等效应的敏感特性，从而制成多种不同类型的多功能物理/化学量传感器，是一个具有广阔应用前景的理想技术平台，是继陶瓷、半导体、MEMS和光纤等传感技术之后的新型传感器技术。在SAW传感信息获取过程中，巧妙地利用压电和逆压电效应，实现电磁波与声表面波的换能变换，仅被动地反射查询电磁波脉冲，因此本质地具有纯无源、信息无线传输的特点，无须考虑传感器供电、高电压绝缘等问题。因器件不牵涉半导体材料中电子的迁移过程，故寿命长、抗放电冲击和抗电磁场等干扰能力强，可耐受高低温（-200-1000℃）；传感器尺寸小（厘米级），重量轻，易于结构设计与安装，目前SAW测温新型传感器已经被广泛报道并试点应用。

在SAW无线传感系统中，阅读器通过阅读器天线发射窄带电磁波，该电磁波被传感器天线接收，激励由压电工艺制作的单端口声表面波谐振器（SAWR），通过逆压电效应，叉指换能器（IDT）将传感器天线接收的电磁波转换为窄带声表面波。单端口声表面波谐振器的实际谐振频率则由谐振腔的结构以及基片所处的环境影响决定（如温度、应变等）。当激励消失之后，带内各频率分量的声表面波会以不同的时间常数自由衰减振荡，只有频率与SAWR固有谐振频率相同的电磁波持续时间最长。IDT通过压电效应将声表面波再次转化为电磁波并由天线辐射出来。阅读器接收受温度影响的衰减振荡电磁波后估计出SAWR的固有谐振频率，即可实现温度的无线测量。

但由于采用频率来区分同一空间内的多个传感器，每个传感器需要占用一定的带宽，而总带宽有限，在现有的技术中，通过划定一个固定的信号通道给每一个传感器使用，这就限制了在同一空间内能使用的传感器数量，因此需要改进阅读装置的机制，降低信号通道的带宽或者可以灵活地重配置信道，以便容纳更多的传感器。

发明内容

针对现有监测技术中，同一空间内，需要多个无源无线传感器同时监测，而现有技术能同时读取的无线传感器数量有限的问题，本发明的目的是提供一种用于提升同一空间内允许读取传感器数量的无源无线温度传感器阅读装置。

本发明的技术解决方案是：

一种无源无线温度传感器阅读装置，包括：射频发射模块、天线模块、接收放大模块、选频模块、信号处理模块、控制模块、信号传输模块，其中，天线模块与射频发射模块、接收放大模块分别电连接、选频模块与接收放大模块、信号处理模块分别电连接，控制模块与射频发射模块、天线模块、接收放大模块、选频模块、信号处理模块和信号传输模块分别电连接。

优选地，所述的无源无线温度传感器阅读装置，选频模块包括信号分配模块、下变频模块和本振模块和带通滤波模块。

优选地，所述的无源无线温度传感器阅读装置，信号分配模块的输入端口数量为1个，信号分配模块的输出端口数量至为2个或以上。

优选地，所述的无源无线温度传感器阅读装置，下变频模块的输出是本振模块的输出频率信号与信号分配模块的输出频率信号的差值，且仅当信号分配模块的输出频率信号大于本振模块的输出频率信号时，下变频模块才输出信号。

优选地，所述的无源无线温度传感器阅读装置，下变频模块和本振模块和带通滤波模块的数量都等于信号分配模块输出端口的数量。。

本发明提供的无源无线温度传感器阅读装置，利用多通道的选频模块，在不增加带宽的基础上，可对频率差异很小的多个温度传感器进行读取，有效增加同一空间内可读取的无源无线温度传感器数量，以满足电缆通道等有较多传感器数量要求的场景。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的无源无线温度传感器阅读装置的总体结构示意图；

图2为本发明选频模块的结构示意图；

图3为本发明具体实施例中选频模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

结合附图进一步说明本发明的实施：

本发明提供的一种无源无线温度传感器阅读装置，包括：射频发射模块1、天线模块2、接收放大模块3、选频模块4、信号处理模块5、控制模块6、信号传输模块7和供能模块8，其中，天线模块2与射频发射模块1、接收放大模块3分别电连接、选频模块4与接收放大模块3、信号处理模块5分别电连接，控制模块6与射频发射模块1、天线模块2、接收放大模块3、选频模块4、信号处理模块5和信号传输模块7分别电连接，供能模块8和所有其他模块电连接。

所述的无源无线温度传感器阅读装置，选频模块4包括信号分配模块41、下变频模块42和本振模块43和带通滤波模块44。

所述的无源无线温度传感器阅读装置，信号分配模块41的输入端口数量为1个，信号分配模块41的输出端口数量至为2个或以上。

所述的无源无线温度传感器阅读装置，下变频模块42的输出是本振模块43的输出频率信号与信号分配模块41的输出频率信号的差值，且仅当信号分配模块41的输出频率信号大于本振模块43的输出频率信号时，下变频模块42才输出信号。

所述的无源无线温度传感器阅读装置，下变频模块42和本振模块43和带通滤波模块44的数量等于信号分配模块41输出端口的数量。

本实施例中，信号分配模块41的输入端口数量为1，输出端口数量为2；分别连接下变频模块1（421）、下变频模块2（422），并具有对应的本振模块1（431）、本振模块2（432）、带通滤波模块1（441）、带通滤波模块2（442）。

整个实施例的工作流程如下：

1）控制模块6控制射频发射模块1发射查询脉冲

2）该查询脉冲经由天线模块2发射到空间中，激励空间中的传感器

3）受激励的传感器发射回波信号至天线模块2，由于空间中存在多个传感器，因此回波信号具有多个频率分量

4）控制模块6控制接收放大模块3放大接收到的回波信号

5）放大的回波信号进入选频模块4，被信号分配模块41分为功率相等的两路信号：信号1和信号2；

6）两路信号分别进入对应的下变频模块1（421）和下变频模块2（422），两路信号在各自对应的下变频模块中分别和对应的本振模块1（431）及本振模块2（432）的输出频率进行下变频；

7）经过下变频模块的信号传输至对应的带通滤波模块1（441）和带通滤波模块2（442），滤去无用频率分量。

8）经过滤波的信号进入信号处理模块（7）进行解算后进入控制模块（6）；

9）控制模块（6）对解算后的信号进行编码送入信号传输模块（8）传输给其他设备或数据平台。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种无源无线温度传感器阅读装置，其特征在于：包括：射频发射模块（1）、天线模块（2）、接收放大模块（3）、选频模块（4）、信号处理模块（5）、控制模块（6）、信号传输模块（7），其中，天线模块（2）与射频发射模块（1）、接收放大模块（3）分别电连接、选频模块（4）与接收放大模块（3）、信号处理模块（5）分别电连接，控制模块（6）与射频发射模块（1）、天线模块（2）、接收放大模块（3）、选频模块（4）、信号处理模块（5）和信号传输模块（7）分别电连接。

2.根据权利要求1所述的无源无线温度传感器阅读装置，其特征在于：选频模块（4）包括信号分配模块（41）、下变频模块（42）和本振模块（43）和带通滤波模块（44）。

3.根据权利要求1所述的无源无线温度传感器阅读装置，其特征在于：信号分配模块（41）的输入端口数量为1个，信号分配模块（41）的输出端口数量至为2个或以上。

4.根据权利要求1所述的无源无线温度传感器阅读装置，其特征在于：下变频模块（42）的输出是本振模块（43）的输出频率信号与信号分配模块（41）的输出频率信号的差值，且仅当信号分配模块（41）的输出频率信号大于本振模块（43）的输出频率信号时，下变频模块（42）才输出信号。

5.根据权利要求1所述的无源无线温度传感器阅读装置，其特征在于：下变频模块（42）和本振模块（43）和带通滤波模块（44）的数量都等于信号分配模块（41）输出端口的数量。

6.根据权利要求1所述的无源无线温度传感器阅读装置，其特征在于：工作流程：

1）控制模块（6）控制射频发射模块（1）发射查询脉冲；

2）该查询脉冲经由天线模块（2）发射到空间中，激励空间中的传感器；

3）受激励的传感器发射回波信号至天线模块（2），由于空间中存在多个传感器，因此回波信号具有多个频率分量；

4）控制模块（6）控制接收放大模块（3）放大接收到的回波信号；

5）放大的回波信号进入选频模块（4），被信号分配模块（41）分为功率相等的两路信号：信号1和信号2；

6）两路信号分别进入对应的下变频模块1（421）和下变频模块2（422），两路信号在各自对应的下变频模块中分别和对应的本振模块1（431）及本振模块2（432）的输出频率进行下变频；

7）经过下变频模块的信号传输至对应的带通滤波模块1（441）和带通滤波模块2（442），滤去无用频率分量；

8）经过滤波的信号进入信号处理模块（7）进行解算后进入控制模块（6）；

9）控制模块（6）对解算后的信号进行编码送入信号传输模块（8）传输给其他设备或数据平台。

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