CN205210893U - 一种用于地下管线的手持式声表面波阅读器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于地下管线的手持式声表面波阅读器，该阅读器包括：阅读器外壳，设置在所述外壳外的阅读器天线和设置在所述外壳内的阅读处理器。所述阅读处理器包括：用于给阅读天线发送信号并接收来自阅读天线发送信号的射频模块，用于接收来自射频模块发送的信号并对该信号进行处理的信号处理模块，以及用于阅读器和外界通信的通信模块。这种用于地下管线的手持式声表面波阅读器具有使用方便、功耗低、识别距离远、抗干扰能力强的优点。

Description

一种用于地下管线的手持式声表面波阅读器

技术领域

本实用新型涉及声表面阅读器，更具体地，涉及一种用于地下管线的手持式声表面波阅读器。

背景技术

目前，在我国现代化建设中，随着水、电力、煤气等行业，特别是通信线路的不断发展，越来越多的管线被埋置在地下，然而随着时间的变化及一些人为因素，将使原先地上标识所指明的地下管线与图纸发生一些变化，这样会给维护人员带来诸多不便，特别是在某些重要地段，比如交通要道，沙漠地区等，仅凭借图纸和经验是很难判断路由的。同时，随着地下管道的复杂化、多元化，以及工程施工的不规范操作，使得管道误挖造成的事故频繁发生，严重影响了人民的正常生活和人身财产安全。因此，实现对地下管线的标识和定位显得尤为必要。另外，需要对地下管线的运行状态进行实时监测，以便及时发现管线泄漏，第一时间采取抢救措施，最大限度地减小损失。但是，目前常用的状态监测传感器大多数都是有源的。有源传感器一般采用电池提供电源，会产生一些弊端：比如用于地下管线时会污染土壤和水。

声表面波射频识别传感系统可以有效的解决上面的问题，因为它采用的声表面波传感标签是无源无线的，能够有效解决目前传统的IC标签识别距离近、抗干扰能力差和有源传感器电池污染环境等问题。基于IC标签的阅读器工作时需要给IC标签充电，发射功率大；相比较而言，声表面波阅读器发射的是查询脉冲，发射功率和功耗小，对人体的辐射伤害和对同频率其他设备的干扰也比较小。目前，使用的声表面波阅读器还停留在实验室阶段，体积大，无法适用于地下管线。

因此，很有必要设计一种适用于地下管线的声表面波阅读器。

实用新型内容

针对以上现有技术的不足，本实用新型目的在于提供一种用于地下管线的手持式声表面波(SurfaceAcousticWave,SAW)阅读器，以解决目前基于IC标签的阅读器识别距离近、抗干扰能力差和有源传感器电池污染环境等问题。

本实用新型采用下述技术方案：

一种用于地下管线的手持式声表面波阅读器包括：阅读器外壳，设置在所述外壳外的阅读器天线和设置在所述外壳内的阅读处理器。

所述阅读处理器包括：用于给阅读天线发送信号并接收来自阅读天线发送信号的射频模块，用于接收来自射频模块发送的信号并对该信号进行处理的信号处理模块，以及用于阅读器和外界通信的通信模块。

所述射频模块包括：

发射模块，所述发射模块包括用于产生射频信号的信号产生单元和用于对射频信号进行放大的信号放大单元，

接收模块，接收所述发射模块的信号，所述接收模块包括依次连接的用于对接收信号进行处理的滤波器、放大器、混频器和采样装置；

与所述接收模块连接，用于对发射模块的发射信号和接收模块的接收信号进行隔离的多组收发隔离装置。

所述收发隔离装置包括定向耦合器、环形器和混频器，所述定向耦合器将信号分为两路信号分别送给环形器和混频器。

所述阅读天线为圆极化的板状天线及设置在板状天线上的同轴线缆。

本实用新型还提供一种声表面波射频识别传感系统，该传感系统包括：声表面波压力传感标签及用于读取所述压力传感标签信号的声表面波阅读器。

所述声表面压力传感标签包括：标签芯片、标签天线和设置在标签芯片外部的标签外壳，所述标签芯片包括压电基片、沉积在压电基片上的叉指换能器和反射栅。

所述该阅读器包括：阅读器外壳，设置在所述外壳外的阅读器天线和设置在所述外壳内的阅读处理器。

所述阅读处理器包括：

射频模块，所述射频模块包括用于给阅读天线发送射频信号的发射器和接收阅读天线发送信号的接收器，及用于隔离发送信号和接收信号的多组收发隔离装置；

接收模块，与所述射频模块连接，所述接收模块包括用于对阅读天线接收信号进行处理的滤波器、放大器、混频器和采样装置；

与所述接收模块连接，用于对阅读天线接收的发射信号和接收信号进行所述隔离的收发隔离装置。

本实用新型的有益效果如下：

这种用于地下管线的手持式声表面波阅读器具有使用方便、功耗低、识别距离远、抗干扰能力强的优点。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1:为手持式声表面波阅读器功能模块图；

图2:为射频模块结构功能图；

图3:为发射模块结构功能图；

图4:为接收模块功能结构图；

图5:为阅读器天线的结构图；

图6:为收发隔离装置结构图；

图7:为手持式声表面波阅读器外观结构图；

图8:为声表面波射频识别传感系统工作原理图；

图9:为声表面压力传感标签结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。

图1为声表面波阅读器的功能模块图，如图所示：声表面波阅读器由主控板3、显示屏4、阅读器天线5、电源6和阅读器外壳7组成。其中，主控板3由射频模块8、信号处理模块9和通信模块10组成。所述射频模块8包括发射模块80，接收模块81和收发隔离装置82,如图2所示为射频模块功能模块图。所述发射模块80又进一步包括信号产生单元800和信号放大单元801，如图3所示。所述接收模块81进一步包括滤波器810、放大器811、混频器812和采样器813，如图4所示。阅读器天线5用于实现声表面波传感标签和阅读器的无线通讯。

阅读器工作时，射频模块8中的的发射模块80通过信号产生单元800产生固定频率的信号，经过信号放大单元801放大后由阅读器天线发射出去；发射信号由声表面波传感标签接收后返回回波信号，回波信号由阅读器天线接收传输给接收模块81，并由接收模块中的滤波器810滤波、放大器811放大、混频器812混频和采样器813采样后传输给信号处理模块9处理；因为射频信号的发射和接收都使用同一个阅读器天线，发射信号和接收信号之间会产生相互干扰，所以采用收发隔离装置82对发射信号和接收信号进行隔离，收发隔离装置包括环形器、射频开关和定向耦合器等，单个的收发隔离装置隔离度不够，因此本实施例可选用多组收发隔离装置组合使用。对于接收模块传输来的射频信号，采用AD采样芯片将其转换成数字信号，传输给信号处理模块9。信号处理模块9采用DSP和FPGA对接收模块传来的数字信号进行处理，提取特征值，得到编码信息和传感信息。通信模块10实现阅读器跟控制中心、其他设备之间的通信，通信方式分为两种：有线方式和无线方式。有线通信有USB、UART串口通信，可以直接和控制中心进行数据交换；无线通信有WIFI、GPS、蓝牙和3G通信，在现场巡检遇到异常情况时可以进行短信报警和电话报警。另外，阅读器还有高清的摄像头，可以把现场的照片拍摄下来传回后方的控制中心。

所述阅读器还可以采用手持式声表面波阅读器，手持阅读器采用的操作系统是android4.0系统，系统支撑的芯片选用的是ARMCotex-A9芯片；阅读器采用的显示屏是5.0英寸的电容式触摸屏，信号处理模块得到的编码信息和传感信息可以在显示屏上直观显示；阅读器还可以加载二维和三维地图，结合GPS实现对声表面波传感标签的定位，进而得到地下管线的位置信息。

图5为阅读器天线的结构图，如图所示：阅读器天线由天线板11和射频线12组成，11采用的是圆极化的板状天线，12采用的是同轴电缆。采用圆极化板状天线可以使得阅读器具有增益高、辐射能力强和全向性的好处。

图6是阅读器收发隔离装置的结构图，如图所示：收发隔离装置由定向耦合器13和环形器14组成。定向耦合器13是三端口器件，其作用是将一路信号分为两路信号；环形器14也是三端口器件，其作用就是实现发射信号和接收信号的物理隔离。发射信号通过端口a进入定向耦合器，一部分信号从端口c被分出作为本振信号，用于和接收的回波信号进行混频，另一部分信号从端口b发出作为发射信号传输给环形器的端口d，再从端口e传输给阅读器天线发射出去。阅读器接收回波信号时，回波信号通过天线接收传输给端口e，信号从端口f传出给接收链路。

图7为手持式声表面波阅读器外观结构图，如图所示：上半部分是声表面波阅读器的侧视图；下半部分是声表面波阅读器的俯视图。16是手持式声表面波阅读器的把手，采用人体工程学原理设计。17是阅读器的支撑杆，用来连接上面的主控板和下面的阅读器天线。18是阅读器天线，放在最下端，探测地下管线时贴近地面，当发现声表面波传感标签时，阅读器会发出语音提示。19是阅读器按钮，用于对阅读器进行控制操作。20是阅读器的显示屏，采用的是5.0英寸半透半返的电容式触摸屏。

本实用新型的另一个目的还提供一种声表面波射频识别传感系统，如图8所示。该系统包括声表面传感标签1和阅读器2。图9为声表面压力传感标签结构示意图。所述传感标签包括标签天线10和标签外壳11，压电基片12、沉积在压电基片12上的叉指换能器13和压力反射栅14,15以及标识反射栅16。传感系统工作时，阅读器发射高频查询脉冲由标签天线接收传输到叉指换能器(InterdigitalTransducer,IDT)，IDT通过逆压电效应把电信号转换成SAW信号。SAW在基片表面传播时会碰到反射栅产生反射和透射，形成反射回波，反射声波包含着编码信息和传感信息。反射回波由IDT通过正压电效应转换成脉冲回波信号经标签天线发射给阅读器。阅读器可以通过接收和处理回波信号来读取标签的传感信息和编码信息。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种用于地下管线的手持式声表面波阅读器，其特征在于，该阅读器包括：阅读器外壳，设置在所述外壳外的阅读器天线和设置在所述外壳内的阅读处理器；

所述阅读处理器包括：用于给阅读天线发送信号并接收来自阅读天线发送信号的射频模块，用于接收来自射频模块发送的信号并对该信号进行处理的信号处理模块，以及用于阅读器和外界通信的通信模块；

所述射频模块包括：

发射模块，所述发射模块包括用于产生射频信号的信号产生单元和用于对射频信号进行放大的信号放大单元，

接收模块，接收所述发射模块的信号，所述接收模块包括依次连接的用于对接收信号进行处理的滤波器、放大器、混频器和采样装置；

与所述接收模块连接，用于对发射模块的发射信号和接收模块的接收信号进行隔离的多组收发隔离装置。

2.根据权利要求1所述的一种用于地下管线的手持式声表面波阅读器，其特征在于，所述收发隔离装置包括定向耦合器、环形器和混频器，所述定向耦合器将信号分为两路信号分别送给环形器和混频器。

3.根据权利要求2所述的一种用于地下管线的手持式声表面波阅读器，其特征在于，所述阅读天线为圆极化的板状天线及设置在板状天线上的同轴线缆。

4.声表面波射频识别传感系统，其特征在于，该传感系统包括：声表面波压力传感标签及用于读取所述压力传感标签信号的声表面波阅读器；该阅读器包括：阅读器外壳，设置在所述外壳外的阅读器天线和设置在所述外壳内的阅读处理器；

所述阅读处理器包括：用于给阅读天线发送信号并接收来自阅读天线发送信号的射频模块，用于接收来自射频模块发送的信号并对该信号进行处理的信号处理模块，以及用于阅读器和外界通信的通信模块；

所述射频模块包括：

发射模块，所述发射模块包括用于产生射频信号的信号产生单元和用于对射频信号进行放大的信号放大单元，

接收模块，接收所述发射模块的信号，所述接收模块包括依次连接的用于对接收信号进行处理的滤波器、放大器、混频器和采样装置；

与所述接收模块连接，用于对发射模块的发射信号和接收模块的接收信号进行隔离的多组收发隔离装置。

5.根据权利要求4所述的声表面波射频识别传感系统，其特征在于，所述声表面压力传感标签包括：标签芯片、标签天线和设置在标签芯片外部的标签外壳，所述标签芯片包括压电基片、沉积在压电基片上的叉指换能器和反射栅。

6.根据权利要求4所述的声表面波射频识别传感系统，其特征在于，所述该阅读器包括：阅读器外壳，设置在所述外壳外的阅读器天线和设置在所述外壳内的阅读处理器。

7.根据权利要求6所述的声表面波射频识别传感系统，其特征在于，所述阅读处理器包括：

射频模块，所述射频模块包括用于给阅读天线发送射频信号的发射器和接收阅读天线发送信号的接收器，及用于隔离发送信号和接收信号的多组收发隔离装置；

接收模块，与所述射频模块连接，所述接收模块包括用于对阅读天线接收信号进行处理的滤波器、放大器、混频器和采样装置；

与所述接收模块连接，用于对阅读天线接收的发射信号和接收信号进行所述隔离的收发隔离装置。