CN203260051U - 一种无线声表面波测温系统读写器 - Google Patents

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张益明
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Abstract

本实用新型公开了一种无线声表面波测温系统读写器，由信号生成单元101、放大单元102、带通滤波器103、射频开关104、晶振105、本机振荡器106、带通滤波器107、低噪声放大器108、滤波器109、中频放大器110、模数转换模块111、数字信号处理模块112构成。所述的读写器采用双锁相环结构，保证了收发达到期望频率，为准确测量温度提供保障。

Description

一种无线声表面波测温系统读写器
技术领域
本实用新型属于无线射频技术与声表面波技术的交叉应用，尤其涉及一种无线声表面波测温电路，基于DSP技术的声表面波射频识别读写器。
背景技术
声表面波（SAW）是传播于压电晶体表面的机械波，其声速仅为电磁波速的十万分之一，传播衰耗很小。通过叉指换乘器，将电信号装换为声信号，并局限在基片表面传播，将其利用在压力、温度等参数的测量上具有很高的准确性，如公开号为CN202305058U的一种谐振型SAW温度传感器自动测试系统，这种测试系统庞大复杂，且无法同时测试多个传感器，虽然具有谐振型传播距离远的特点，但这台系统的本质是用来测试温度传感器，不是测温阅读器，目前还尚无无线声表面波测温阅读器的相关技术公开；又如公开号为CN102622571A的一种改进的超高频RFID阅读器，这种阅读器虽然具有较远的操作距离，但其采用编码方式只是用来识别信息，并无法做到测量温度的功能。为此我们希望提供一种能够同时准确测量多个传感器的无线声表面波测温系统读写器。
实用新型内容
鉴于现有技术的以上缺点，本实用新型的目的是提供无线声表面波测温系统读写器，使之在测量多个传感器时无需多个读写器，并且提高温度检测的准确性。
本实用新型的目的是通过如下的手段实现的：
一种无线声表面波测温系统读写器,其特征在于,由信号生成单元101、放大单元102、带通滤波器103、射频开关104、晶振105、本机振荡器106、带通滤波器107、低噪声放大器108、滤波器109、中频放大器110、模数转换模块111、数字信号处理模块112构成;其中晶振105产生最原始的参考频率，同时将频率送到信号生成单元101与本机振荡器106，经过信号生成单元处理的频率再经过放大单元102和带通滤波器103，通过射频开关104发射探询信号；射频开关104接收前端传感器传回的响应信号，将响应信号送到带通滤波器107，再经过前置放大器108放大，与之前本机振荡器106送来的频率进行混频处理，将混频后的信号通过中频放大器110，再将信号送到模数转换模块111和数字信号处理模块112进行处理,得到温度值。
采用本实用新型的设备，晶振105产生最原始的参考频率，同时将频率送到信号生成单元101与本机振荡器106，经过信号生成单元处理的频率再经过放大单元102和带通滤波器103，通过射频开关104发射探询信号；射频开关104接收前端传感器传回的响应信号，将响应信号送到带通滤波器107，再经过前置放大器108放大，与之前本机振荡器106送来的频率进行混频处理，将混频后的信号通过中频放大器110，再将信号送到模数转换模块111和数字信号处理模块112进行处理，得到温度值。
射频开关芯片同时连接收模块和发模块构成独立的收、发选通；射频开关芯片同时连接多通道天线扩展电路以保持信号的线性度；前置放大模块采用的低噪声放大器连接射频开关模块中的带通滤波器；低噪声放大器输出放大后的信号进入中频放大器；通过中频放大器将信息传送到DSP处理;在发送模块，将参考频率放大、滤波后连接到射频开关；同时参考频率也通过本机振荡器，与收到信号混频，保证了精确性；射频开关连接多个天线端子，每个天线可挂接多个传感器，同时测量多点温度。
本实用新型的工作原理：
晶振105产生最原始的参考频率，同时将频率送到信号生成单元101与本机振荡器106，经过信号生成单元处理的频率再经过放大单元102和带通滤波器103，通过射频开关104发射探询信号；射频开关104接收前端传感器传回的响应信号，将响应信号送到带通滤波器107，再经过前置放大器108放大，与之前本机振荡器106送来的频率进行混频处理，将混频后的信号通过中频放大器110，再将信号送到模数转换模块111和数字信号处理模块112进行处理，得到温度值。
首先，本振通过两个锁相环产生，稳定度高，作为发射探询信号和检测响应信号的基准，在整个电路中起着重要的作用。
其次，在发射模块，晶振105产生最原始的参考信号，经过信号生成单元101截取需要的脉冲宽度、上变频，再经放大、滤波后，得到脉冲，再经前置功率放大器，由天线发射出去，形成探询信号。
接着，在接收模块，射频开关打到等待接收状态，选择时间1.2-2us,响应信号到达接收模块后，首先进过带通滤波器107进行滤波处理，滤波处理后，信号通过射频放大器108进行放大，它是低噪声放大器，经过射频滤波和放大后，信号与本振106进行下变频，；下变频后，信号进入中频滤波器109进行中频滤波，再经中频放大器110中频放大。放大H后的信号经模数转换后再送至DSP进行计算，通过公式（1）计算出温度值t。
t=(fr-fs)/Sk+t0                                (1)
其中t0为基准温度值，fr为接收到的有频偏的响应频率值，fs为发送出的探寻信号的频率，Sk为SAW传感器频偏温度特性（根据不同传感器特性不同，例如有7K=1℃）。
射频开关属于单刀双掷（SPDT），选择时间1.2-2us，高电平选择发送、低电平选择接收信号，保持线性度，并提供发送与接收链之间的隔离，同时尽可能实现最小的插损。
在混频前，通过如图2所示的锁相环结构，得到稳定与理想的混频频率，进入锁相环的是一个稳定且与发射端相同的参考源，再经过分频器与压控振荡器，得到期望稳定的混频频率与收到的信号混频。
采用上述的技术，本实用新型明显的效果是：
采用多天线多传感器模式，每个天线端子外接多个传感器，每个传感器谐振频率均不同，保证了能够同时测量多个点位的温度。
采用间歇的矩形矩形脉冲做信号激励，保持线性度，并提供发送与接收链之间的隔离，同时尽可能实现最小的插损。
采用双锁相环结构，保证了信号的稳定性，同时保持收发模块的频率紧密型，为分离出变化的频率成分提供稳定的保障。
采用多天线通道，通过射频开关选择工作主通道，且保证整个阅读器工作于时分复用模式。
附图说明
图1为本实用新型无线声表面波测温系统读写器的实现框图
图2为本实用新型无线声表面波测温系统读写器的锁相环结构
图3为图1的工作过程示意
图4为图2的工作过程示意图
图5为本实用新型无线声表面波测温系统读写器的射频开关模块连接图。
具体实施方式
本实用新型的具体实施方式：一种无线声表面波测温系统读写器，所述读写器包括发送信号生成单元、发送信号放大单元、发送信号带通滤波器、射频开关、本机振荡器、接收信号带通滤波器、低噪声放大器、滤波器、中频放大器、模数转换模块、数字信号处理模块以及多个天线端子。下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。
如图1所示，本实用新型方案由发送信号生成单元101、发送信号放大单元102、发送信号带通滤波器103、射频开关104（选择时间1.2-2us）、晶振105、本机振荡器106、接收信号带通滤波器107、低噪声放大器108、滤波器109、中频放大器110、模数转换模块111、数字信号处理模块112构成。其中晶振105产生最原始的参考频率，同时将频率送到发送信号生成单元101与本机振荡器106，经过发送信号生成单元处理的频率再经过发送信号放大单元102和发送信号带通滤波器103，通过射频开关104发射探询信号；射频开关104接收前端传感器传回的响应信号，将响应信号送到接收信号带通滤波器107，再经过前置放大器108放大，与之前本机振荡器106送来的频率进行混频处理，将混频后的信号通过中频放大器110，再将信号送到模数转换模块111和数字信号处理模块112进行处理，得到温度值。计算方式如公式1所示。
图2为本实用新型中发送信号生成单元101的组成框图。晶振105产生最原始的参考频率。参考频率信号发送给参考频率分频器1015将信号送到鉴相器1014，经由鉴相器后通过环路滤波器1011，再通过压控振荡器1012后，进入反馈频率分频器1013形成PLL锁相环路。产生的信号送给发送信号放大单元102。
图5为本实用新型无线声表面波测温系统读写器的射频开关模块，射频开关104并联多个下游射频开关接收不同的响应信号天线端子,为便于进行阅读器信号收发方向的选择,射频开关104采用双路控制开关,在接受和发射时选用不同的通路;下游射频开关(1042、1043、1044)选用单路开关,各天线端子挂接多个传感谐振频率均不同的前端传感器。下游射频开关每个都自带一根天线，每个天线挂接不同的传感器，实现多点检测。传感器是单独存在，不同传感器具有不同的谐振频率，因此要求阅读器在同一根天线上发送不同频率的探测信号。下游射频开关进行发送天线的选择,它们中在同一时刻只能有一个处于打开状态。阅读器在同一时刻只能从某一个天线进行信号的发送或者接收。

Claims (2)

1.一种无线声表面波测温系统读写器,其特征在于,由信号生成单元（101）、放大单元（102）、带通滤波器（103）、射频开关（104）、晶振（105）、本机振荡器（106）、带通滤波器（107）、低噪声放大器（108）、滤波器（109）、中频放大器（110）、模数转换模块（111）、数字信号处理模块（112）构成;其中晶振（105）产生最原始的参考频率，同时将频率送到信号生成单元（101）与本机振荡器（106），经过信号生成单元处理的频率再经过放大单元（102）和带通滤波器（103），通过射频开关（104）发射探询信号；射频开关（104）接收前端传感器传回的响应信号，将响应信号送到带通滤波器（107），再经过前置放大器（108）放大，与之前本机振荡器（106）送来的频率进行混频处理，将混频后的信号通过中频放大器（110），再将信号送到模数转换模块（111）和数字信号处理模块（112）进行处理,得到温度值。 
2.根据权利要求1所述之声表面波测温系统读写器,其特征在于，其特征在于，所述射频开关（104）并联多个下游射频开关接收不同的响应信号天线端子，各天线挂接多个传感谐振频率均不同的前端传感器。 
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