CN111325959A - 一种无线无源型传感器信号检测电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及信号检测技术领域，特别涉及一种无线无源型传感器信号检测电路和方法。考虑到传感器可以等效为电阻电感电容(RLC)串联谐振回路，其中，电感(L)为信号耦合元件，因此，可以基于瞬变电磁法原理提取传感器信号。根据本发明实施例提供的方案，激励电路可以通过激励线圈发送激励信号给传感器，并可以通过接收电路获取接收线圈检测到的所述传感器产生的回波信号，信号检测仪根据对回波信号的分析，即可以确定传感器对应的信号，所检测到的信号频率高、频率分辨率高、检测距离长且抗干扰能力较强。

Description

一种无线无源型传感器信号检测电路和方法

技术领域

本发明涉及信号检测技术领域，特别涉及一种无线无源型传感器信号检测电路和方法。

背景技术

现有的无线无源型传感器的信号检测方法主要包括阻抗分析法和闭环检测法。

阻抗分析法：外部检测电路的电感线圈与传感器电感线圈形成电感耦合，该部分等效为电路的无源负载，外部检测电路通过在等效负载的两端扫描输出一定频率范围内的正弦信号，从而获取负载的阻抗特性，根据该特性分析得到传感器信号。

闭环检测法：外部检测电路为带选频网络的闭环反馈电路，将传感器置于选频网络中，外部检测电路的反馈频率即为传感器的固有谐振频率，根据该频率得到传感器信号。

阻抗分析法信号耦合弱、检测距离有限，在检测信号频率较高的传感器时需要设计复杂的电路，当信号频率过高时需要用到更精密的设备，成本增大。此外，该方法还存在检测的信号频率低、噪声干扰大等问题。

闭环检测法可以通过数字信号处理算法来估计出传感器的参数，这种用软件算法代替部分硬件的方法，在一定程度上降低了硬件设备的成本，但是仍然存在检测的信号频率低、检测距离短、容易受到外界噪声的干扰等问题。

发明内容

本发明实施例提供一种无线无源型传感器信号检测电路和方法，用于解决目前对无线无源型传感器检测的信号频率低、检测距离短、且容易受到干扰的问题。

本发明提供了一种无线无源型传感器信号检测电路，所述电路中包括信号检测仪、激励电路、接收电路、激励线圈和接收线圈，所述信号检测仪的一路为所述激励电路和所述激励线圈形成的回路，所述信号检测仪的另一路为所述接收电路和所述接收线圈形成的回路，其中：

所述激励电路，用于在所述信号检测仪的控制下产生激励信号；

所述激励线圈，用于将所述激励信号发射给所述无线无源型传感器；

所述接收线圈，用于检测所述无线无源型传感器在所述激励信号的作用下产生的回波信号；

所述接收电路，用于在所述信号检测仪的控制下获取所述接收线圈检测到的回波信号；

所述信号检测仪，用于根据所述接收电路获取到的回波信号，确定所述无线无源型传感器对应的信号。

本发明还提供了一种无线无源型传感器信号检测方法，所述方法包括：

产生激励信号；

将所述激励信号发射给所述无线无源型传感器；

检测所述无线无源型传感器在所述激励信号的作用下产生的回波信号；

获取检测到的回波信号；

根据获取到的回波信号，确定所述无线无源型传感器对应的信号。

考虑到传感器可以等效为电阻电感电容(RLC)串联谐振回路，其中，电感(L)为信号耦合元件，因此，可以基于瞬变电磁法原理提取传感器信号。根据本发明实施例提供的方案，激励电路可以通过激励线圈发送激励信号给传感器，并可以通过接收电路获取接收线圈检测到的所述传感器产生的回波信号，信号检测仪根据对回波信号的分析，即可以确定传感器对应的信号，所检测到的信号频率高、频率分辨率高且检测距离长且抗干扰能力较强。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的无线无源型传感器信号检测电路的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的无线无源型传感器信号检测方法的步骤流程图。

具体实施方式

本发明实施例提出一种基于瞬变电磁法原理的无线无源型传感器信号检测方法，这种检测方法不需要预估传感器的中心谐振频率，输出信号的频率分辨率与输入信号的频率不相关，只与噪声水平有关。能够检测高频信号，不会受到白噪声的影响，且采用本发明实施例提供的方案来检测无线无源型传感器信号的抗干扰能力强、频率分辨率高，且检测距离较长。

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本文中提及的“多个或者若干个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

本发明实施例一提供一种无线无源型传感器信号检测电路，该电路的结构示意图可以如图1所示，包括信号检测仪11、激励电路12、接收电路13、激励线圈14和接收线圈15，所述信号检测仪11的一路为所述激励电路12和所述激励线圈13形成的回路，所述信号检测仪11的另一路为所述接收电路14和所述接收线圈15形成的回路，其中：

所述激励电路12用于在所述信号检测仪的控制下产生激励信号；

所述激励线圈13用于将所述激励信号发射给所述无线无源型传感器；

所述接收线圈14用于检测所述无线无源型传感器在所述激励信号的作用下产生的回波信号；

所述接收电路15用于在所述信号检测仪的控制下获取所述接收线圈检测到的回波信号；

所述信号检测仪11用于根据所述接收电路获取到的回波信号，确定所述无线无源型传感器对应的信号。

在本实施例中，在产生激励信号时，可以对激励信号进行调节，使得产生的激励信号，可以适应传感器的共振频率，使得确定出的传感器信号的信噪比达到最优。

在一种可能的实现方式中，可以确定各设定的激励信号的信号频率下，所述接收电路获取的回波信号的信噪比；将最大信噪比对应的激励信号的信号频率，确定为所述激励信号的信号频率。

在另一种可能的实现方式中，可以确定各设定的激励信号的脉冲宽度下，所述接收电路获取的回波信号的信噪比；将最大信噪比对应的激励信号的脉冲宽度，确定为所述激励信号的脉冲宽度。

本实施例中，基于瞬变电磁法原理提取传感器信号，因此在图1中将无线无源型传感器等效为RLC串联谐振回路，其中，电感(L)为信号耦合元件。如图1所示，等效成的RLC串联谐振回路包括电阻(Rs)、电感(Ls)和电容(Cs)。

如图1所示，在进行传感器信号检测时，所述激励电路和激励线圈组成的回路中形成激励电压(Ve(t))、激励电流(Ie(t))，且激励线圈与Ls之间会产生互感，互感系数可以表示为Mse。无线无源型传感器等效成的RLC串联谐振回路中产生的感应电流可以用Ise(t)表示，Ls两端产生的感应电压可以用Vse(t)表示，且Ls与接收线圈之间的互感系数可以表示为Mrs。当然，在接收线圈和激励线圈之间也存在互感，互感系数可以表示为Mre。在接收电路和接收线圈组成的回路中形成的总的感应电压可以表示为Vr(t)、总的感应电流可以表示为Ir(t)，而信号检测仪去除掉激励线圈和接收线圈之间耦合产生的信号，即可以确定无线无源型传感器对应的信号。

当然，如果接收线圈和激励线圈之间的耦合作用可以忽略不计(例如，通过电路设计的方式使其忽略不计)，则可以理解为接收线圈检测到的即为无线无源型传感器在所述激励信号的作用下产生的回波信号，接收电路获取的也就是回波信号，信号检测仪可以直接根据回波信号，确定无线无源型传感器对应的信号。

针对现有的无线无源型传感器信号检测方法中存在的检测信号频率低、检测距离短、容易受到干扰等问题，本实施例提出的方案中，采用瞬变电磁法来检测无线无源型传感器的信号，避免了高昂的设备成本和制作复杂的检测电路等。

该方案抗干扰能力强，检测距离长，所检测到的信号频率高、频率分辨率高。且能够自动调节激励电路输出的激励信号，使得接收到的回波信号信噪比达到最优。此外，激励电路和接收电路在时间上分开工作，还避免了自身电路的信号干扰。

与实施例一基于同一发明构思，提供以下的方法。

实施例二

本发明实施例二提供一种无线无源型传感器信号检测方法，该方法的步骤流程可以如图2所示，包括：

步骤101、产生激励信号。

在本步骤中，信号检测电路中的激励电路可以在信号检测仪的控制下产生激励信号。

步骤102、发射激励信号。

本步骤中，信号检测电路中的激励线圈可以将激励信号发射给无线无源型传感器。

步骤103、检测回波信号。

本步骤中，信号检测电路中的接收线圈可以检测无线无源型传感器在激励信号的作用下产生的回波信号。

步骤104、获取回波信号。

本步骤中，信号检测电路中的接收电路可以在信号检测仪的控制下获取接收线圈检测到的回波信号。

步骤105、确定传感器信号。

在本步骤中，信号检测电路中的信号检测仪可以根据接收电路获取到的回波信号，确定无线无源型传感器对应的信号。

在具体的实施过程中，计算机存储介质可以包括：通用串行总线闪存盘(USB，Universal Serial Bus flash drive)、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的存储介质。

在本发明实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

在本发明实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，或者各个单元也可以均是独立的物理模块。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可获取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备，例如可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等，或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：通用串行总线闪存盘(universal serial bus flash drive)、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种无线无源型传感器信号检测电路，其特征在于，所述电路中包括信号检测仪、激励电路、接收电路、激励线圈和接收线圈，所述信号检测仪的一路为所述激励电路和所述激励线圈形成的回路，所述信号检测仪的另一路为所述接收电路和所述接收线圈形成的回路，其中：

所述激励电路，用于在所述信号检测仪的控制下产生激励信号；

所述激励线圈，用于将所述激励信号发射给所述无线无源型传感器；

所述接收线圈，用于检测所述无线无源型传感器在所述激励信号的作用下产生的回波信号；

所述接收电路，用于在所述信号检测仪的控制下获取所述接收线圈检测到的回波信号；

所述信号检测仪，用于根据所述接收电路获取到的回波信号，确定所述无线无源型传感器对应的信号。

2.如权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述激励电路，产生激励信号，包括：

确定各设定的激励信号的信号频率下，所述接收电路获取的回波信号的信噪比；

将最大信噪比对应的激励信号的信号频率，确定为所述激励信号的信号频率。

3.如权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述激励电路，产生激励信号，包括：

确定各设定的激励信号的脉冲宽度下，所述接收电路获取的回波信号的信噪比；

将最大信噪比对应的激励信号的脉冲宽度，确定为所述激励信号的脉冲宽度。

4.一种无线无源型传感器信号检测方法，其特征在于，所述方法包括：产生激励信号；

将所述激励信号发射给所述无线无源型传感器；

检测所述无线无源型传感器在所述激励信号的作用下产生的回波信号；获取检测到的回波信号；

根据获取到的回波信号，确定所述无线无源型传感器对应的信号。

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