CN203231758U - 一种无源lc谐振式传感器的无线读出电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无源LC谐振式传感器的无线读出电路，包括单片机控制模块、DDS扫频信号发生模块、射频电桥检测模块、缓冲放大模块以及按键和显示模块，其中射频电桥四个臂分别由三个50欧姆精密电阻和一个读出线圈构成，读出线圈和无源LC传感器构成松耦合变压器。本实用新型的无线读出电路结构简单，易于实现，可以对无源LC传感器的谐振频率进行无线测量，进而实现无源无线传感器功能。

Description

一种无源LC谐振式传感器的无线读出电路

技术领域

本实用新型属于传感器技术领域，涉及一种无源LC谐振式传感器的无线读出电路。

背景技术

无源LC谐振式传感器是一类由全无源元件构成的传感器，通常是一个电感线圈和一个敏感电容并联形成的LC回路。该LC回路的谐振频率随着敏感电容的变化而改变，通过测量谐振频率的变化来推出待测量的变化，根据敏感电容的不同，可以实现压力、湿度、温度等等参数的无源无线测量。这类传感器特别适用于人体内部、食品容器、密封的药品等密封环境或机械旋转以及恶劣环境中应用，理论上可以无限期地工作。

为了测量这类LC谐振式传感器的谐振频率，通常是将一个外部线圈靠近传感器电感线圈，使它们形成松耦合变压器；然后利用阻抗分析测量这个外部线圈的相位频率特性，在传感器谐振频率处，改相位将出现最小值，即通常所谓的phase-dip技术。但是该方法通常使用商用阻抗分析仪设备，体积大价格高，不适合现场使用；另外相位最小点处的频率和耦合系数有关，使得这种测量方法不可靠。

发明内容

技术问题：本实用新型所要解决的技术问题是：针对无源LC谐振式传感器，提供一种手持式的简单可靠的读出电路，测量结果不随读出线圈和传感器电感之间耦合系数变化。

技术方案：本实用新型所采用的技术方案是：一种无源LC谐振式传感器的无线读出电路，该电路包括单片机控制模块、扫频信号发生模块、射频电桥检测模块、缓冲放大模块、按键和显示模块，所述扫频信号发生模块、射频电桥检测模块、缓冲放大模块、按键和显示模块分别与单片机控制模块连接，射频电桥检测模块与缓冲放大模块连接；

所述射频电桥检测模块包括射频电桥与读出线圈，其中射频电桥的左上臂、左下臂、右上臂由阻值为50欧姆的精密电阻构成，右下臂由读出线圈构成，读出线圈和无源LC谐振式传感器构成松耦合变压器。

在射频电桥的每个臂上设置一组二极管及配套的电容，所述的射频电桥检测模块的电桥节点电压值利用二极管宽带检波的方法加以测量。所述按键通过I/O接口连接单片机控制模块，所述缓冲放大模块通过A/D接口连接单片机控制模块。

有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：      

实现了一种手持式的无源LC谐振式传感器的无线读出电路，该电路结构简单，体积小，易于实现，适合于现场使用。本实用新型选取读出电感的阻抗实部作为测量对象，通过阻抗实部的最大值确定传感器谐振频率，该频率值不受耦合系数的影响。

附图说明

图1为本实用新型的无线读出电路的原理图。

图2为本实用新型的无线读出电路中射频电桥模块原理图。 

图3为采用本实用新型的无线读出电路测量无源LC谐振传感器时，读出线圈阻抗实部的频率特性示意图。

图中有：单片机控制模块1、DDS扫频信号发生模块2、射频电桥检测模块3、缓冲放大模块4、按键输入模块5、显示模块6、读出线圈7、左上臂8、左下臂9、右上臂10、第一检波二极管11、第一检波负载电容12、第二检波二极管13、第二检波负载电容14、第三检波二极管15、第三检波负载电容16、第四检波二极管17、第四检波负载电容18。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型进行进一步详述：

本实用新型涉及一种无源LC谐振式传感器的无线读出电路，包括单片机控制模块1、扫频信号发生模块2、射频电桥检测模块3、缓冲放大模块4、按键5和显示模块6，所述扫频信号发生模块2、射频电桥检测模块3、缓冲放大模块4、按键5和显示模块6分别与单片机控制模块1连接，射频电桥检测模块3与缓冲放大模块4连接；

所述射频电桥检测模块3包括射频电桥与读出线圈7，其中射频电桥的左上臂8、左下臂9、右上臂10由阻值为50欧姆的精密电阻构成，右下臂由读出线圈7构成，读出线圈7和无源LC传感器构成松耦合变压器。

在射频电桥的每个臂上设置一组二极管及配套的电容，所述的射频电桥检测模块3的电桥节点电压值利用二极管宽带检波的方法加以测量。

所述按键5通过I/O接口连接单片机控制模块1，所述缓冲放大模块4通过A/D接口连接单片机控制模块1。

下面通过一个具体的例子对本实用新型进行详细说明：

将读出线圈7靠近无源LC谐振式传感器，读出线圈7和传感器电感构成一个松耦合变压器。由键盘5输入需要扫频的起始频率、步进频率以及截止频率并开始测量，单片机控制模块1首先发送指令给DDS 信号发生模块2使其产生一定频率和幅度的正弦波信号并送入射频电桥检测模块3。该检测模块采用二极管宽带检波方式测量射频电桥四个节点的标量电压值，并经过缓冲放大模块4后送入单片机内部A/D模块。单片机内部软件根据这四个电压值计算出相应频率下读出线圈的阻抗实部值。然后单片机再次向信号发生模块发送控制信号，使得测量频率递增，并重复上述过程，直至达到设定的截止频率。最后在设定的频率范围内，找到阻抗实部的最大值所对应的频率，该频率即为无源LC谐振式传感器的谐振频率。

其中射频电桥检测模块的计算过程为：

射频电桥的左上臂8、左下臂9、右上臂10均为50欧姆精密电阻，右下臂的读出线圈7作为未知阻抗。四个节点标量电压分别为输入信号电平V1，右上臂电阻两端电平V2，读出线圈两端电平V3以及电桥的非平衡电平V4。V1由第一检波二极管11和第一检波负载电容12测量，V2由第二检波二极管13和第二检波负载电容14测量，V3的由第三检波二极管15和第三检波负载电容16测量，V4由第四检波二极管17和第四检波负载电容18测量。由V1、V2、V3、V4这四个电压值就可以计算出读出线圈阻抗实部，计算公式如下：

读出线圈的阻抗实部：                                                

其中SWR和Z分别为：

    

读出线圈的阻抗实部在传感器谐振频率处将出现峰值，如图3所示，由此可以确定无源LC谐振式传感器的谐振频率，从而得到待测量的值。

Claims (3)

1.一种无源LC谐振式传感器的无线读出电路，其特征在于：该电路包括单片机控制模块（1）、扫频信号发生模块（2）、射频电桥检测模块（3）、缓冲放大模块（4）、按键（5）和显示模块（6），所述扫频信号发生模块（2）、射频电桥检测模块（3）、缓冲放大模块（4）、按键（5）和显示模块（6）分别与单片机控制模块（1）连接，射频电桥检测模块（3）与缓冲放大模块（4）连接；

所述射频电桥检测模块（3）包括射频电桥与读出线圈（8），其中射频电桥的左上臂（10）、左下臂（11）、右上臂（12）由阻值为50欧姆的精密电阻构成，右下臂由读出线圈（8）构成，读出线圈（8）和无源LC谐振式传感器构成松耦合变压器。

2.根据权利要求1所述的无线测量电路，其特征在于：在射频电桥的每个臂上设置一组二极管及配套的电容，所述的射频电桥检测模块（3）的电桥节点电压值利用二极管宽带检波的方法加以测量。

3.根据权利要求1所述的无线测量电路，其特征在于：所述按键（5）通过I/O接口连接单片机控制模块（1），所述缓冲放大模块（4）通过A/D接口连接单片机控制模块（1）。

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