CN111245391B - 实现lc无源无线传感系统阻抗自动匹配的读出电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了实现LC无源无线传感系统阻抗的自动匹配读出电路及方法，属于测量、测试的技术领域。该电路包括：扫频信号源模块，用于供电并输出扫频信号；检测模块，用于测量LC无源无线传感系统的反射系数的幅值和相位，并传输给控制模块；控制模块，用于控制扫频信号源模块，接收检测模块的信号，并调整阻抗匹配模块的阻抗值；阻抗匹配模块，基于控制模块的信号调整阻抗匹配模块的阻抗值；LC无源无线传感系统，用于检测并无线传输待测信号。本发明能自动执行LC无源无线传感系统的阻抗匹配，增强远距离时的读出信号强度，延长传感距离。

Description

实现LC无源无线传感系统阻抗自动匹配的读出电路及方法
技术领域
本发明涉及LC无源无线传感技术，特别是实现LC无源无线传感系统阻抗自动匹配的读出电路及方法，属于测量、测试的技术领域。
背景技术
LC无源无线传感系统因其结构简单、制造方便、使用寿命长等优点，已经广泛应用于密闭空间、旋转部件、恶劣环境的监测传感，尤其是人体医疗监测，如眼压监测、颅内压力监测和血管压力监测等需要小尺寸无源器件的情况。但LC无源无线传感系统的工作原理是基于电感线圈间的电感耦合，传感距离受限。当传感距离较近时，电感耦合较强，读出信号强度会比较大，但是当传感距离较远时，读出信号强度会减弱，影响读出的准确性。此时可以通过阻抗匹配读出电路及方法，提高LC无源无线传感系统与信号源之间的匹配程度，提高LC无源无线传感系统的远距离读出信号强度和传感距离。
自动阻抗匹配在无线功率传输和射频识别中已被广泛使用，但是它们的工作频率是固定不变的，而LC无源无线传感系统的谐振频率会随环境发生变化，如果使用现有的阻抗自动匹配电路，LC无源无线传感系统的谐振频率将会受到阻抗匹配电路的影响，导致传感器的读出谐振频率发生严重偏移。另外，现有的阻抗自动匹配电路大多使用继电器开关逐个控制电容阵列或者电感阵列的数值变化，会使整个匹配电路的尺寸变大，而且降低匹配的速度。因此需要重新设计适用于LC无源无线传感系统阻抗自动匹配的读出电路及方法，能在不影响LC无源无线传感系统的谐振频率的情况下，增强弱耦合区时的读出信号强度，延长传感距离。
发明内容
本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，实现了LC无源无线系统阻抗自动匹配的读出电路及方法，通过在弱耦合区接入匹配阻抗模块并根据带测量变化实时调节匹配阻抗模块的最佳参数，实现LC无源无线传输系统的自动阻抗匹配，增强LC无源无线传感系统在远距离时的读出信号强度，延长无线传感距离，解决了LC无源无线传感系统的谐振频率受阻抗自动匹配电路和距离的影响、弱耦合区的读出信号强度弱、传感距离受限的技术问题。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
LC无源无线系统阻抗自动匹配的读出电路，包括：
扫频信号源模块，可以输出控制模块设定的扫频信号至LC无源无线传感系统读出电路的供电端口；
检测模块，接在LC无源无线传感系统读出电路进线上，检测LC无源无线传感系统的反射系数的幅值和相位；
匹配阻抗模块，在收到控制模块输出的接入指令时串接在检测模块与读出电路的线圈之间；及，
控制模块，向扫频信号源模块发送设定频率，根据检测模块上传的LC无源无线传感系统反射系数的幅值和相位判断系统是否工作于弱耦合区，在系统工作于弱耦合区时向匹配阻抗模块发送接入指令，根据LC无源无线传感系统接入匹配阻抗模块后在扫频信号各频率点下反射系数的最小幅值确定匹配阻抗模块的最佳参数及其对应的系统探测频率。
优选地，扫频信号源模块包括依次连接的DDS频率合成器、滤波器和放大器，DDS频率合成器用于产生控制模块设定频率的扫频信号，滤波器和放大器依次对DDS频率合成器生成的扫频信号进行滤波处理和放大处理。
优选地，检测模块包括定向耦合器、幅相检测芯片和放大器，定向耦合器接在LC无源无线传感系统读出电路进线上，幅相检测芯片接收定向耦合器检测的系统入射波信号和反射波信号后输出系统反射系数的幅值和相位，放大器对幅相检测芯片输出的系统反射系数的幅值和相位进行放大处理。
优选地，匹配阻抗模块包括可控电阻和可控电容串联组成的支路以及接在支路两端的可控开关，可控开关在收到控制模块输出的接入指令时断开。
优选地，控制模块包括按键、单片机和显示屏；按键用于输入设定频率；单片机，向扫频信号源模块发送设定频率，根据检测模块上传的LC无源无线传感系统反射系数的幅值和相位判断系统是否工作于弱耦合区，在系统工作于弱耦合区时向匹配阻抗模块发送接入指令，根据LC无源无线传感系统接入匹配阻抗模块后在扫频信号各频率点下反射系数的最小幅值确定匹配阻抗模块的最佳参数及其对应的系统探测频率；显示屏，输出系统探测频率。
优选地，LC无源无线传感系统包括读出电路和至少一个LC无源无线传感器；读出电路中的读出电感连接在匹配阻抗模块后端，接收信号源的能量，在空间形成电磁场；LC无源无线传感器置于待测空间内，由电感、电阻和电容构成谐振回路，其谐振频率随待测量变化；读出电感与LC无源无线传感器的电感之间通过电感耦合进行无线能量与信号的传递。
优选地，匹配阻抗模块中的可控电阻由数字电位器及相应的连接电路构成，受控制模块控制改变其电阻值；可控电容由数字可编程电容器及相应的连接电路构成，受控制模块控制改变其电容值。通过数字电位器及数字可编程电容器实现的阻抗匹配装置面积更小。
优选地，LC无源无线传感系统中的读出电感和LC无源无线传感器的电感为线圈结构；LC无源无线传感器的电阻为电路中的寄生电阻；LC无源无线传感器的电感和电容都可以作为敏感单元，随待测量改变其谐振频率值。
本发明实现LC无源无线传感系统阻抗自动匹配的方法基于上述LC无源无线传感系统阻抗自动匹配的读出电路实现，具体包括如下步骤：
步骤S1，控制模块接收频率起始值、终止值和步进的设定；
步骤S2，控制模块初始化可控电阻值和可控电容值，控制闭合开关；
步骤S3，控制模块控制扫频信号源模块按照设定值进行扫频，检测模块检测每个频率点的反射系数幅值和相位，并发送给控制模块；
步骤S4，控制模块接收检测模块的反射系数幅值和相位，并计算阻抗实部，判断是否需要阻抗匹配，如果不需要，则跳过步骤S5和S8，输出显示此时测得的传感器检测值；
步骤S5，如果需要阻抗匹配，控制模块控制开关打开；
步骤S6，控制模块保持可控电阻为初始值不变，对可控电容值进行扫描，找出最佳匹配电容值；
步骤S7，控制模块保持可控电容值为Cm，对可控电阻值进行扫描，找出最佳匹配电阻值Rm；
步骤S8，控制模块保持可控电容值为Cm，可控电阻值为Rm，重新控制扫频信号源模块进行扫频，控制检测模块进行检测，找出此时的反射系数最小值及其对应的频率fs，输出显示“探测频率为fs”。
每隔预设时间，重复执行步骤S2至步骤S8，定时更新传感器的检测值。
优选地，步骤S1中频率的起始值fs和终止值fp要涵盖LC无源无线传感器的频率测量范围；步骤S2中可控电阻值初始值设为0Ω，扫描可控电阻值时，电阻值递增；可控电容值初始值为
Figure GDA0004105140430000041
扫描可控电容值时，电容值递减；
优选地，步骤S4包括：
步骤S41，控制模块接收每个频率点fi下检测模块测得的反射系数幅值|Γi|和相位
Figure GDA0004105140430000042
计算每个频率点fi下的阻抗实部ReZi，阻抗实部ReZi与反射系数幅值|Γi|和相位
Figure GDA0004105140430000043
之间的关系为：
Figure GDA0004105140430000044
其中，Z0为扫频信号源模块的内阻，一般为50Ω；
步骤S42，查找所有频率点fi下的阻抗实部ReZi中的阻抗实部最大值ReZmax及其对应的频率点fz；
步骤S43，如果存在阻抗实部最大值ReZmax且大于Z0，则跳过后续步骤，输出显示“探测频率为fz”，否则，进入步骤S5。
优选地，步骤S6包括：
步骤S61，控制模块保持可控电阻初始值不变，控制可控电容值为Cj；
步骤S62，控制模块控制所述扫频信号源模块进行扫频，并接收检测模块测得每个频点下的反射系数幅值和相位，找出其中的反射系数幅值最小值|Γj|及其对应的频率fj；
步骤S63，可控电容值递减，重复步骤S61和步骤S62，直至所有的电容值扫描完毕，对比每个电容Cj及其对应的|Γj|，找出其中的反射系数最小值，则对应的电容值即为最佳匹配电容Cm。
优选地，步骤S7包括：
步骤S71，控制模块控制可控电阻为Rk；
步骤S72，控制模块控制扫频信号源模块进行扫频，并接收检测模块测得每个频点下的反射系数幅值和相位，找出其中的反射系数幅值最小值|Γk|及其对应的频率fk；
步骤S73，可控电阻值递增，重复步骤S71和步骤S72，直至|Γk|<-40dB，此时对应的电阻值为最佳匹配电阻Rm。
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：LC无源无线传感的读出电路中采用的匹配阻抗模块是可控电容加可控电阻的形式，保证了LC传感系统的谐振频率不受阻抗自动匹配读出电路的影响，使LC无源无线传感系统能在不断变化的传感距离和环境中，自动匹配系统的阻抗，使信号源的能量能有效地被传输到LC无源无线传感系统，增强LC无源无线传感系统在远距离时的读出信号强度，延长无线传感距离。
附图说明
图1是本发明第一实施例中的实现LC无源无线传感系统阻抗自动匹配的读出电路模块图。
图2是本发明第一实施例中的实现LC无源无线传感系统阻抗自动匹配的方法的流程图。
图3是本发明第二实施例中的实现LC无源无线传感系统阻抗自动匹配的读出电路模块图。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。
第一实施例：
图1中示出了根据本发明的实现LC无源无线传感阻抗自动匹配的读出电路示意图，包括：扫频信号源模块1、检测模块2、控制模块3、匹配阻抗模块4以及LC无源无线传感系统5。扫频信号源模块1可以输出控制模块3设定的频率信号，用于LC无源无线传感系统读出电路的供电。检测模块2连接于扫频信号源模块1和匹配阻抗模块4之间，可检测LC无源无线传感系统的反射系数的幅值和相位，并传送给控制模块3。控制模块3连接着扫频信号源模块1、检测模块2和匹配阻抗模块4；可以控制扫频信号源模块1发出设定频率；接收、存储并处理检测模块2检测的反射系数的幅值和相位信号；并控制匹配阻抗模块4进行系统的阻抗匹配。匹配阻抗模块4根据控制模块3的控制改变系统的匹配阻抗，使能量有效传输，提高远距离时的读出信号强度，延长无线传感的距离。LC无源无线传感系统5连接于匹配阻抗模块4后端；可以通过电感耦合的方式无线传感待测量信号。
扫频信号源模块1包括DDS频率合成器11、滤波器12和放大器13；DDS频率合成器11用于产生设定的频率信号；然后通过滤波器12滤波和放大器13放大，将能量和频率信号传递给LC无源无线传感系统的读出电感。
检测单元2包括定向耦合器21、幅相检测芯片22和放大器23；定向耦合器21可以检测系统的入射波和反射波信号，输送给幅相检测芯片22；幅相检测芯片22计算系统的反射系数的幅值和相位；经过放大器23输送给控制模块3。
控制模块3包括按键31、显示屏32、单片机33；按键31用于接收初始化的设定；显示屏32用于显示LC无源无线传感器的探测频率；单片机33用于接收用户按键的频率设定，控制扫频信号源模块1产生扫频，接收、存储并处理检测模块2的反射系数幅值和相位信号，控制匹配阻抗模块4，并输出显示LC无源无线传感器的探测频率。
匹配阻抗模块4包括受控开关K1、可控电阻R1和可控电容C1；K1根据控制模块3的控制在弱耦合区启动匹配阻抗模块4；可控电阻R1和可控电容C1受控调整LC无源无线系统在弱耦合区的匹配阻抗，使能量有效传输，提高远距离时的读出信号强度，延长无线读出的距离。
LC无源无线传感系统5包括读出电感L1和LC无源无线传感器51；读出电感L1连接在匹配阻抗模块4后端，接收信号源的能量，在空间形成电磁场；LC无源无线传感器51置于待测空间内，由电感L2、电阻R2和电容C2构成谐振回路，其谐振频率随待测量变化；读出电感L1与电感L2之间通过电感耦合进行无线能量与信号的传递。
优选地，可控电阻R1和可控电容C1相互串联，然后串联于检测模块2和LC无源无线传感模块5之间。
优选地，可控电阻R1由数字电位器及相应的连接电路构成，受控制模块3控制改变其电阻值；可控电容C1由数字可编程电容器及相应的连接电路构成，受控制模块3控制改变其电容值。
优选地，LC无源无线传感系统5中的读出电感L1和电感L2为线圈结构；电阻R2为电路中的寄生电阻；电感L2和电容C2都可以作为敏感单元，随待测量改变其谐振频率值。
优选地，DDS频率合成器11选用AD9851；幅相检测芯片22选用AD8302；单片机33选用STM32F103C876微控制器；数字电位器选用AD5252；数字可编程电容器选用MAX1474。
图2示出了根据本发明的实现LC无源无线传感系统阻抗自动匹配的方法的流程图，该方法基于所述图1所示LC无源无线传感系统实现，包括如下步骤：
步骤S1，控制模块3接收频率起始值、终止值和步进的设定；
步骤S2，控制模块3初始化可控电阻值和可控电容值，控制闭合开关K1；
步骤S3，控制模块3控制扫频信号源模块1按照设定值进行扫频，检测模块2检测每个频率点的反射系数幅值和相位，并发送给控制模块；
步骤S4，控制模块3接收检测模块2的反射系数幅值和相位，并计算阻抗实部，判断是否需要阻抗匹配，如果不需要，则跳过步骤S5和S8，输出显示此时测得的传感器检测值；
步骤S5，如果需要阻抗匹配，控制模块控制开关K1打开；
步骤S6，控制模块3保持可控电阻为初始值不变，对可控电容值进行扫描，找出最佳匹配电容值Cm；
步骤S7，控制模块3保持可控电容值为Cm，对可控电阻值进行扫描，找出最佳匹配电阻值Rm；
步骤S8，控制模块3保持可控电容值为Cm，可控电阻值为Rm，重新控制扫频信号源模块1进行扫频，控制检测模块2进行检测，找出此时的反射系数最小值及其对应的频率fs，输出显示“探测频率为fs”。
每隔预设时间，重复执行步骤S2至步骤S8，定时更新传感器的检测值。
优选地，步骤S1中频率的起始值fs和终止值fp要涵盖LC无源无线传感器的频率测量范围；步骤S2中可控电阻值初始值设为0Ω，扫描可控电阻值时，电阻值递增；可控电容值初始值为
Figure GDA0004105140430000074
扫描可控电容值时，电容值递减；
优选地，步骤S4包括：
步骤S41，控制模块3接收每个频率点fi下所述检测模块测得的反射系数幅值|Γi|和相位
Figure GDA0004105140430000071
计算每个频率点fi下的阻抗实部ReZi，阻抗实部ReZi与反射系数幅值|Γi|和相位
Figure GDA0004105140430000072
之间的关系为：
Figure GDA0004105140430000073
其中，Z0为所述扫频信号源模块的内阻，一般为50Ω；
步骤S42，查找所有频率点fi下的阻抗实部ReZi中的阻抗实部最大值ReZmax及其对应的频率点fz；
步骤S43，如果存在阻抗实部最大值ReZmax且大于Z0，则跳过后续步骤，输出显示“探测频率为fz”，否则，进入步骤S5。
优选地，步骤S6包括：
步骤S61，控制模块3保持可控电阻初始值不变，控制可控电容值为Cj；
步骤S62，控制模块3控制所述扫频信号源模块1进行扫频，并接收检测模块2测得每个频点下的反射系数幅值和相位，找出其中的反射系数幅值最小值|Γj|及其对应的频率fj；
步骤S63，可控电容值递减，重复步骤S61和步骤S62，直至所有的电容值扫描完毕，对比每个电容Cj及其对应的|Γj|，找出其中的反射系数最小值，则对应的电容值即为最佳匹配电容Cm。
优选地，步骤S7包括：
步骤S71，控制模块3控制可控电阻为Rk；
步骤S72，控制模块3控制扫频信号源模块1进行扫频，并接收所述检测模块2测得每个频点下的反射系数幅值和相位，找出其中的反射系数幅值最小值|Γk|及其对应的频率fk；
步骤S73，可控电阻值递增，重复步骤S71和步骤S72，直至|Γk|<-40dB，此时，对应的电阻值为最佳匹配电阻Rm。
在第一实施例中描述了只包含单个LC传感器的LC无源无线传感系统的自动匹配装置及方法。在第二实施例中，将讨论用于同时探测含有多个传感器的LC无源无线传感系统的自动匹配装置及方法。
第二实施例：
图3是示出在第二实施例中用于探测多个LC无源无线传感器的阻抗自动匹配读出电路结构框图。该实现LC无源无线系统的自动阻抗匹配装置包括：扫频信号源模块1、检测模块2、控制模块3、匹配阻抗模块4以及LC无源无线传感系统5。
本实施例中的实现LC无源无线传感器阻抗自动匹配的读出电路与实施例1的区别在于，LC无源无线传感系统5中包含多个的LC无源传感器谐振回路，多个LC传感器之间相互独立，传感器的频率范围不重叠，没有耦合，每个传感器与读出电感之间的距离近似相等。其它模块的构造与第一实施例中相同。
本实施例中的实现LC无源无线传感器阻抗自动匹配的方法，基于图3所示LC无源无线传感系统实现，由于存在多个传感器，需要探测多个谐振频率，方法会与第一实施例中稍有不同，主要包括如下步骤：
步骤S1，控制模块3接收频率起始值、终止值和步进的设定；
步骤S2，控制模块3初始化可控电阻值和可控电容值，控制闭合开关K1；
步骤S3，控制模块3控制扫频信号源模块1按照设定值进行扫频，检测模块2检测每个频率点的反射系数幅值和相位，并发送给控制模块3；
步骤S4，控制模块3接收检测模块2的反射系数幅值和相位，并计算阻抗实部，判断是否需要阻抗匹配，如果不需要阻抗匹配的谐振频率，则输出显示此时测得的(N-1)个传感器检测值fz2,fz3,……,fzN，如果需要阻抗匹配的传感器，则进入下一步；
步骤S5，如果需要阻抗匹配，控制模块3控制开关K1打开；
步骤S6，控制模块3保持可控电阻为初始值不变，对可控电容值进行扫描，找出(N-1)个传感器对应的最佳匹配电容值Cm2,Cm3,……CmN；
步骤S7，控制模块3保持可控电容值分别为Cmx(2≤x≤N)，对可控电阻值进行扫描，分别找出每个最佳匹配电容对应的最佳匹配电阻值Rmx；
步骤S8，控制模块3保持可控电容值分别为Cmx，可控电阻值为对应的Rmx，对(N-1)个最佳匹配电容和最佳匹配电阻值都控制扫频信号源模块1进行扫频，控制检测模块2进行检测，分别找出每个最佳匹配条件下的反射系数最小值及其对应的频率fsx，完成所有扫描后，输出显示(N-1)个传感器的“探测频率为fs1,fs2,……,fsN”。
每隔预设时间，重复执行步骤S2至步骤S8，定时更新传感器的检测值。
优选地，步骤S1中频率的起始值fs和终止值fp要涵盖所有LC无源无线传感器的频率测量范围；步骤S2中可控电阻值初始值设为0Ω，扫描可控电阻值时，电阻值递增；可控电容值初始值为
Figure GDA0004105140430000094
扫描可控电容值时，电容值递减；
优选地，步骤S4包括：
步骤S41，控制模块3接收每个频率点fi下检测模块2测得的反射系数幅值|Γi|和相位
Figure GDA0004105140430000091
计算每个频率点fi下的阻抗实部ReZi，阻抗实部ReZi与反射系数幅值|Γi|和相位
Figure GDA0004105140430000092
之间的关系为：
Figure GDA0004105140430000093
其中，Z0为所述扫频信号源模块的内阻，一般为50Ω；
步骤S42，查找所有频率点fi下的阻抗实部ReZi中的阻抗实部极大值ReZmax2,ReZmax3,……,ReZmaxN及其对应的频率点fz2,fz3,……,fzN；
步骤S43，如果存在(N-1)个阻抗实部极大值ReZmax2,ReZmax3,……,ReZmaxN且大于Z0，则跳过后续步骤，输出显示“探测频率为fz2,fz2,……,fzN”，否则，进入步骤S5。
优选地，步骤S6包括：
步骤S61，控制模块3保持可控电阻初始值不变，控制可控电容值为Cj；
步骤S62，控制模块3控制扫频信号源模块1进行扫频，并接收检测模块2测得每个频点下的反射系数幅值和相位，找出(N-1)个反射系数幅值极小值|Γj2|,|Γj3|,……,|ΓjN|及其对应的频率fj2,fj3,……,fjN；
步骤S63，可控电容值递减，重复步骤S61和步骤S62，直至所有的电容值扫描完毕，对比每个电容Cj及其对应的|Γj2|,|Γj3|,……,|ΓjN|，找出每组|Γjx|(2≤x≤N)中的反射系数最小值、对应的频率和对应的可控电容值，该电容值即为每个传感器对应的最佳匹配电容Cm2,Cm3,……CmN，对应的谐振频率为fm2,fm3,……,fmN。
优选地，步骤S7包括：
步骤S71，控制模块3保持可控电容值分别为Cmx,(2≤x≤N)，控制可变电阻为Rk；
步骤S72，控制模块3控制扫频信号源模块1输出每个最佳匹配电容Cmx对应的频率fmx，并接收检测模块2测得该频点下的反射系数幅值|Γk|和相位；
步骤S73，保持可控电容值为Cmx，可控电阻值递增，重复步骤S71和步骤S72，如果|Γk|<-40dB，此时，对应的电阻值为最佳匹配电阻Rmx。
步骤S74，改变可控电容值Cmx，重复步骤S71和步骤S73，找到每个Cmx对应的Rmx。
第二实施例中，展示了本发明用于测量多个互不耦合的传感器，且每个传感器与读出线圈间的耦合大小近似相等时，依然能实现自动阻抗匹配，输出每个传感器的检测频率值，提高多个传感器在远距离时的信号强度，提高整个传感器系统的读出距离。而且在查找最佳匹配电阻时，可以不使用扫频查找，直接固定频率为最佳匹配电容对应的频率。
以上所述实施例只是示例地说明本发明的有益效果，不限制于所披露各实施例，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等均应包含在本发明所的保护范围内。

Claims (10)

1.实现LC无源无线传感系统阻抗自动匹配的读出电路，其特征在于，包括：
扫频信号源模块，输出控制模块设定频率的扫频信号至LC无源无线传感系统读出电路的供电端口；
检测模块，接在LC无源无线传感系统读出电路进线上，检测LC无源无线传感系统反射系数的幅值和相位；
匹配阻抗模块，在收到控制模块输出的接入指令时串接在检测模块与读出线圈之间；及，
控制模块，向扫频信号源模块发送设定频率，根据检测模块上传的LC无源无线传感系统反射系数的幅值和相位判断系统是否工作于弱耦合区，所述判断系统是否工作于弱耦合区的方法为：计算N个子系统在扫频信号各频点下的阻抗实部后查找阻抗实部极大值及其对应的频率点，在不满足N-1个子系统的阻抗实部具有极大值且极大值大于扫频信号源模块内阻这一条件时，系统工作于弱耦合区；在系统工作于弱耦合区时向匹配阻抗模块发送接入指令，检测接入匹配阻抗模块后N-1个子系统在扫频信号所有频率点下的反射系数并根据所检测的反射系数最小幅值确定匹配阻抗模块的最佳参数及其对应的子系统探测频率，N个子系统中的每一个子系统由读出电路以及一个与读出电路电感耦合的LC无源无线传感器组成，N为大于或等于1的整数；
所述系统在扫频信号各频点下的阻抗实部与对应频点下反射系数幅值和相位的关系为：其中，ReZi为系统在扫频信号第i个频点下的阻抗实部，|Γi|和为扫频信号第i个频点下反射系数的幅值和相位，Z0为所述扫频信号源模块的内阻。
2.根据权利要求1所述实现LC无源无线传感系统阻抗自动匹配的读出电路，其特征在于，所述扫频信号源模块包括依次连接的DDS频率合成器、滤波器和放大器，所述DDS频率合成器用于产生控制模块设定频率的扫频信号，滤波器和放大器依次对DDS频率合成器生成的扫频信号进行滤波处理和放大处理。
3.根据权利要求1所述实现LC无源无线传感系统阻抗自动匹配的读出电路，其特征在于，所述检测模块包括定向耦合器、幅相检测芯片和放大器，所述定向耦合器接在读出电路进线上，幅相检测芯片接收定向耦合器检测的系统入射波信号和反射波信号后输出系统反射系数的幅值和相位，放大器对幅相检测芯片输出的系统反射系数的幅值和相位进行放大处理。
4.根据权利要求1所述实现LC无源无线传感系统阻抗自动匹配的读出电路，其特征在于，所述匹配阻抗模块包括可控电阻和可控电容串联组成的支路以及接在支路两端的可控开关，可控开关在收到控制模块输出的接入指令时断开。
5.根据权利要求1所述实现LC无源无线传感系统阻抗自动匹配的读出电路，其特征在于，所述控制模块包括：
按键，用于输入设定频率；
单片机，向扫频信号源模块发送设定频率，根据检测模块上传的LC无源无线传感系统反射系数的幅值和相位判断系统是否工作于弱耦合区，在系统工作于弱耦合区时向匹配阻抗模块发送接入指令，根据LC无源无线传感系统接入匹配阻抗模块后在扫频信号各频率点下反射系数的最小幅值确定匹配阻抗模块的最佳参数及其对应的系统探测频率；及，
显示屏，输出系统探测频率。
6.LC无源无线传感系统，其特征在于，包括权利要求1至5中任意一项所述读出电路以及至少一个与读出电路电感耦合的LC无源无线传感器。
7.实现权利要求6所述LC无源无线传感系统的阻抗自动匹配的方法，其特征在于，针对每一个LC无源无线传感器与读出电路构成的子系统，初始化系统工作于未接入匹配阻抗模块的状态下，检测系统在扫频信号各频点下反射系数的幅值和相位后判断系统是否工作于弱耦合区，在系统工作于弱耦合区时接入匹配阻抗模块，检测接入匹配阻抗模块后N-1个子系统在扫频信号所有频率点下的反射系数并根据所检测的反射系数最小幅值确定匹配阻抗模块的最佳参数及其对应的子系统探测频率，N为子系统个数。
8.根据权利要求7所述阻抗自动匹配的方法，其特征在于，判断系统是否工作于弱耦合区的方法为：计算N个子系统在扫频信号各频点下的阻抗实部后查找阻抗实部极大值及其对应的频率点，在不满足N-1个子系统的阻抗实部具有极大值且极大值大于扫频信号源模块内阻这一条件时，系统工作于弱耦合区。
9.根据权利要求7所述阻抗自动匹配的方法，其特征在于，检测接入匹配阻抗模块后N-1个子系统在扫频信号所有频率点下的反射系数并根据所检测的反射系数最小幅值确定匹配阻抗模块的最佳参数及其对应的子系统探测频率的具体方法为：
保持匹配阻抗模块的阻值不变，扫描匹配阻抗模块的容值，查找N-1个子系统在扫频信号所有频率点下反射系数幅值的极小值确定每个子系统反射系数最小幅值对应的容值为匹配阻抗模块的最佳匹配电容值；
对于参与测量的子系统，保持匹配阻抗模块的容值为该子系统反射系数最小幅值对应的容值不变，控制扫频信号源模块输出最佳匹配电容值对应频率的激励信号，改变匹配阻抗模块的阻值查找最佳匹配电容值对应频率下该子系统反射系数幅值最小时的阻值，以查找到的阻值为该子系统的最佳匹配电阻值。
10.根据权利要求8所述阻抗自动匹配的方法，其特征在于，系统在扫频信号各频点下的阻抗实部与对应频点下反射系数幅值和相位的关系为：其中，ReZi为系统在扫频信号第i个频点下的阻抗实部，|Γi|和为扫频信号第i个频点下反射系数的幅值和相位，Z0为所述扫频信号源模块的内阻。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021258239A1 (en) * 2020-06-22 2021-12-30 Qualcomm Incorporated Feedback-based transmission parameter adjustment for passive sensing in nr system
CN111829559B (zh) * 2020-06-24 2022-07-08 东南大学 一种pt对称型lc无源无线传感系统实现多参数测量的方法
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
CN116190190B (zh) * 2023-04-25 2023-07-25 季华实验室 自动阻抗匹配方法、装置、系统、电子设备及存储介质

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103278181A (zh) * 2013-05-03 2013-09-04 东南大学 一种无源lc谐振式传感器的无线读出电路

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012169015A1 (ja) * 2011-06-07 2012-12-13 パイオニア株式会社 インピーダンス整合装置、制御方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103278181A (zh) * 2013-05-03 2013-09-04 东南大学 一种无源lc谐振式传感器的无线读出电路

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ming-Zhu Xie等.Low Cost Paper-Based LC Wireless Humidity Sensors and Distance-Insensitive Readout System.IEEE Sensors Journal.2019,第19卷(第12期),第4717-4725页. *
王晓龙等.无源LC压力传感器的定频读取电路.微纳电子技术.2014,(第12期),第780-784页. *

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