一種無源無線多參數傳感器系統及其多參數測量方法
【專利摘要】本發明公開一種無源無線多參數傳感器系統及其多參數測量方法，利用時分復用技術實現多參數測量及信號傳輸。該系統包含主次兩個系統，主系統發出的信號既作為調制載波，也為次系統提供能量。次系統接收主系統發出的信號并經整流穩壓后為自身提供能量。次系統包含多個電容式傳感器感應系統環境物理量的變化；通過C-F轉換電路將傳感器的電容信號轉換成頻率信號；再利用時分復用技術將多路頻率信號經由一個傳輸通道控制負載開關通斷，通過改變次系統的負載阻抗對電路完成負載調制。主系統通過電感耦合接收調制后的信號進行解調及放大處理。本系統可以方便擴展測量的參數個數，僅需增加分頻器個數以及多路開關的選通能力。
【專利說明】一種無源無線多參數傳感器系統及其多參數測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種無源無線多參數傳感器遙測技術，尤其涉及一種無源無線多參數傳感器系統及其多參數測量方法。
【背景技術】
[0002]無源無線多參數傳感器系統無需線路傳輸信號，也無需電源供電，在復雜工業環境監測中有較為樂觀的應用前景，對促進我國物聯網的發展有巨大作用。以前的RFID技術，需要電池，壽命短。一般只能實現單參數測量，并且需要工作在特定頻率。內部電路復雜，依靠單片機、存儲器等進行信號發送，需要同步時鐘，成本高，應用受限。
【發明內容】
[0003]發明目的:針對上述現有技術，提供一種無源無線多參數傳感器系統，能夠實現多參數測量與信號的無源無線傳輸。
[0004]本發明的另一目的在于提供一種無源無線多參數傳感器參數測量方法。
[0005]技術方案:一種無源無線多參數傳感器系統，包括主系統和次系統；所述主系統和次系統能夠通過電感耦合連接來傳遞能量和信號；其中，所述主系統包括分別與第一耦合電感連接的載波產生電路和包絡檢波電路，還包括與所述包絡檢波電路連接的信號放大電路；所述次系統包括與第二耦合電感連接的整流穩壓電路，還包括依次連接的多參數傳感器C-F轉換電路、時分復用電路以及負載調制電路；所述整流穩壓電路用來將耦合到的能量轉換成穩定的輸出電壓為次系統供電；其中，所述時分復用電路用來在一個時鐘周期內，選通多參數傳感器C-F轉換電路輸出多個參數的頻率信號，并經一個傳輸通道輸出到所述負載調制電路。
[0006]作為本發明的優選方案，所述時分復用電路包括依次連接的時鐘產生電路、分頻器以及多路開關，所述多路開關連接所述負載調制電路；所述多參數傳感器C-F轉換電路包括若干傳感器C-F轉換電路模塊，分別用來將多個傳感器的電容信號轉換成頻率信號；所述時鐘產生電路和分頻器產生邏輯控制信號，控制所述多路開關選通由所述多參數傳感器C-F轉換電路轉換得到的多個參數的頻率信號中的某一信號。
[0007]—種無源無線多參數傳感器多參數測量方法，首先，主系統的載波產生電路發出激勵信號，經由電感耦合到次系統電路中進行整流與能量儲存，當電壓穩定后次系統電路開始工作；次系統中時分復用電路由時鐘產生電路發出時鐘信號后，經分頻器產生多路開關電源邏輯控制信號；當次系統中的多參數傳感器所測物理量發生變化時，不同傳感器的電容發生變化，由多參數傳感器C-F轉換電路完成電容到頻率信號的轉換；多路開關電源邏輯控制信號控制多路開關選通，在一個時鐘周期內，將多參數傳感器C-F轉換電路輸出的多個參數的頻率信號按照預定時序經由一個傳輸通道傳輸至負載調制電路；負載調制電路的阻抗發生變化，使得次系統耦合電感上的信號幅值發生變化；信號幅值的變化經耦合傳至主系統，主系統中的包絡檢波電路對耦合到的信號解調后，再通過信號放大電路處理即可得到不同傳感器的測量值。
[0008]有益效果:與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下有益效果:
[0009]1、本系統通過時分復用電路控制多參數傳感器C-F轉換電路，可以同時完成多個 參數的測量；而且基于該時分復用技術，可以方便擴展測量的參數個數，僅需增加分頻器個 數以及多路開關的選通能力。克服了多通道同時采集時占用硬件資源多、浪費嚴重等缺點。
[0010]2、相對于現有的RFID技術，本專利提出的時分復用技術無需借助于單片機和存 儲器，無需編碼，不需要主次系統同步時鐘，僅通過電感耦合，時序控制簡單，工作量小，成 本低，對電壓質量要求低。有效地節約了系統資源，使復雜的控制系統變得簡單，且功耗低， 成本低。
[0011]3、相比傳統的容性傳感器電容轉換成電壓信號，本發明采用將傳感器電容轉換成 頻率信號，抗干擾性更強。
[0012]4、利用轉換得到的頻率信號對電路進行負載調制，通過電感耦合傳遞信號，無需 特定頻率的載波信號，對載波信號要求低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明系統的結構示意圖；
[0014]圖2是本發明的次系統電路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本發明做更進一步的解釋。
[0016]如圖1所示，一種無源無線多參數傳感器系統包括主系統和次系統；主系統和次 系統通過電感耦合連接來傳遞能量和信號。其中，主系統包括分別與第一耦合電感連接的 載波產生電路2和包絡檢波電路3，還包括與包絡檢波電路3連接的信號放大電路4。次系 統包括與第二耦合電感連接的整流穩壓電路5，還包括依次連接的多參數傳感器C-F轉換 電路6、時分復用電路7以及負載調制電路8。其中，載波產生電路2采用高效率E類開關 功率放大器，通過耦合電感將信號發射出去。整流穩壓電路5用來將耦合到的能量轉換成 穩定的輸出電壓為次系統中的多參數傳感器C-F轉換電路6、時分復用電路7以及負載調制 電路8供電。
[0017]如圖2所示，時分復用電路7包括依次連接的時鐘產生電路9、分頻器10以及多 路開關12。多路開關12連接負載調制電路8。多參數傳感器C-F轉換電路6包括若干傳 感器C-F轉換電路模塊，分別用來將多個傳感器的電容信號轉換成頻率信號。在本實施例 中，該多參數傳感器C-F轉換電路6包括三個傳感器；該多路開關12為三選一多路開關；時 鐘產生電路9為基于精密硅振蕩器的時鐘電路；分頻器10為基于JK觸發器構成的分頻器 電路；多參數傳感器C-F轉換電路6為基于施密特觸發器構成的轉換電路；負載調制電路 8由一個MOS管串聯電阻構成。時鐘產生電路9和分頻器10產生邏輯控制信號，控制多路 開關12選通由多參數傳感器C-F轉換電路6轉換得到的多個參數的頻率信號中的某一信 道，并在一個時鐘周期內，將多參數傳感器C-F轉換電路輸出多個參數的頻率信號，經一個 傳輸通道輸出到負載調制電路8。
[0018]基于上述的無源無線多參數傳感器多參數測量方法，首先，主系統的載波產生電路發出激勵信號，經由電感耦合到次系統電路中進行整流與能量儲存，當電壓穩定后次系統電路開始工作；次系統中時分復用電路由時鐘產生電路發出時鐘信號后，經分頻器產生多路開關電源邏輯控制信號；當次系統中的多參數傳感器所測物理量發生變化時，不同傳感器的電容發生變化，由多參數傳感器C-F轉換電路完成電容到頻率信號的轉換，生成抗干擾性強的頻率信號；多路開關電源邏輯控制信號控制多路開關選通多個通道的頻率信號中的某一信道，在一個時鐘周期內，將多參數傳感器C-F轉換電路輸出的多個參數的頻率信號按照預定時序經由一個傳輸通道傳輸至負載調制電路；該輸出信號控制負載調制電路中MOS開關管通斷來改變次系統的負載阻抗，使得次系統電感上的信號幅值隨著阻抗變化而變化，從而完成對次系統的負載調制；信號幅值的變化經耦合傳至主系統，主系統中的包絡檢波電路對耦合到的信號解調后，再通過信號放大電路處理即可得到即可得到不同傳感器的測量值。
[0019]在本發明中，主系統完成載波發射和接收，以及信號解調功能。主系統發出的信號既作為調制載波，也為次系統提供能量。通過主次系統間的電感耦合，次系統接收主系統發出的信號并經整流穩壓后為自身提供能量。次系統包含三個不同的電容式傳感器感應環境物理量的變化；通過C-F轉換電路將傳感器的電容信號轉換成頻率信號；再利用時分復用技術將不同傳感器的頻率信號經由一個傳輸通道控制負載開關通斷，當電路負載阻抗變化時，會使電感上的信號幅度相應變化，即對載波信號完成負載調制。通過電感耦合，主系統接收調制后的信號進行解調及放大處理。
[0020]使用本發明的無源無線多參數傳感器系統時，首先使用標準設備對無源無線傳感器進行標定，建立頻率變化與所測物理量之間的對應關系。系統工作時，將主系統的輸出信號的頻率，與標定值進行對比，即可得到待測物理量的變化。
[0021]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種無源無線多參數傳感器系統，其特征在于:包括主系統和次系統；所述主系統 和次系統能夠通過電感耦合連接來傳遞能量和信號；其中，所述主系統包括分別與第一耦 合電感連接的載波產生電路(2)和包絡檢波電路(3)，還包括與所述包絡檢波電路(3)連接 的信號放大電路(4);所述次系統包括與第二耦合電感連接的整流穩壓電路(5)，還包括依 次連接的多參數傳感器C-F轉換電路(6)、時分復用電路(7)以及負載調制電路(8);所述 整流穩壓電路(5)用來將耦合到的能量轉換成穩定的輸出電壓為次系統供電；其中，所述 時分復用電路(7)用來在一個時鐘周期內，選通多參數傳感器C-F轉換電路輸出多個參數 的頻率信號，并經一個傳輸通道輸出到所述負載調制電路(8)。
2.根據權利要求1所述的一種無源無線多參數傳感器系統，其特征在于:所述時分復 用電路(7)包括依次連接的時鐘產生電路(9)、分頻器(10)以及多路開關(12)，所述多路 開關(12)連接所述負載調制電路(8);所述多參數傳感器C-F轉換電路(6)包括若干傳感 器C-F轉換電路模塊，分別用來將多個傳感器的電容信號轉換成頻率信號；所述時鐘產生 電路(9)和分頻器(10)產生邏輯控制信號，控制所述多路開關(12)選通由所述多參數傳 感器C-F轉換電路(6)轉換得到的多個參數的頻率信號中的某一信號。
3.如權利要求2所述的一種無源無線多參數傳感器多參數測量方法，其特征在于:首 先，主系統的載波產生電路發出激勵信號，經由電感耦合到次系統電路中進行整流與能量 儲存，當電壓穩定后次系統電路開始工作；次系統中時分復用電路由時鐘產生電路發出時 鐘信號后，經分頻器產生多路開關電源邏輯控制信號；當次系統中的多參數傳感器所測物 理量發生變化時，不同傳感器的電容發生變化，由多參數傳感器C-F轉換電路完成電容到 頻率信號的轉換；多路開關電源邏輯控制信號控制多路開關選通，在一個時鐘周期內，將多 參數傳感器C-F轉換電路輸出的多個參數的頻率信號按照預定時序經由一個傳輸通道傳 輸至負載調制電路；負載調制電路的阻抗發生變化，使得次系統耦合電感上的信號幅值發 生變化；信號幅值的變化經耦合傳至主系統，主系統中的包絡檢波電路對耦合到的信號解 調后，再通過信號放大電路處理即可得到不同傳感器的測量值。
【文檔編號】G01D5/24GK103575306SQ201310579205
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月18日 優先權日:2013年11月18日
【發明者】唐丹, 王立峰, 董蕾, 黃慶安 申請人:東南大學