聲表面波無線傳感器閱讀裝置及實現方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及無線傳感領域，具體地，涉及聲表面波無線傳感器閱讀裝置及實現方法。
【背景技術】
[0002]無線傳感技術是物聯網和無線傳感網的基礎。由聲表面波器件構成的無線傳感器具有純無源、抗高低溫等惡劣環境的顯著優點，是無線傳感領域的研究熱點之一。
[0003]諧振式聲表面波傳感器是一種主要的聲表面波無線傳感器形式，其核心部件是聲表面波諧振器，通過對諧振式聲表面波傳感器回波信號的頻率進行分析可得到相應的傳感量。為了克服環境的影響并進行多傳感數據融合，往往需要集成兩個或更多的聲表面波諧振器形成差動結構，通過減去參考諧振器的頻率來除去環境的干擾。
[0004]目前常用的諧振式聲表面波傳感器閱讀裝置，一般只含有一個激勵頻率源，且該頻率源在單次查詢的時候頻率是固定的，其工作步驟為:
[0005]步驟S1:—次發射/接收一個頻點，獲得聲表面波諧振器在此頻點的響應；
[0006]步驟S2:步進再收發下一個頻點，往復掃描整個聲表面波諧振器可能處于的頻帶；
[0007]步驟S3:對工作頻帶內所有的諧振器往復執行步驟1、2，掃描所有工作頻帶內的諧振器。
[0008]這種處理方法在檢測單個諧振器構成的聲表面波傳感器時已存在掃面時間較長的缺點。而用于多個諧振器構成的差動式聲表面波傳感器時則有更嚴重的問題:由于一次只能激勵一個諧振器，差動式聲表面波傳感器的各個諧振器之間存在較長的查詢間隔，而環境是時變的，特別是在動態扭矩、TPMS等高速振動、旋轉的環境中，環境影響的變化是非常迅速的。這種較長的查詢間隔明顯降低了差動式傳感器的精度和抵抗環境的能力，甚至會放大環境干擾。
[0009]參考文南犬:“An Algorithm for Automating Fast and Accurate Measurementsofthe Resonance Frequencies of SAW sensors，，C.Droit,J.-M.Friedt等公開了一種基于諧振器BVD電路模型的快速查詢方法，但該方法的策略仍和常用結構一致，只是減少了查詢的次數。
[0010]中國發明專利，申請號為CN103269252A，發明名稱為:多頻譜聲表面波器件頻率識別裝置，提出了一種基于FPGA和數模轉換器的閱讀裝置結構，可以一次同時發射單個諧振器頻帶內的多個頻率，從而達到快速查詢的目的。但這種裝置一方面結構比較復雜，成本較高，更重要的問題是數模轉換器的輸出存在較大的雜散，如果顧及成本選用低速率的數模轉換器，則將會產生很多低頻雜散，這些雜散頻率很容易同時對鄰近頻率的諧振器產生激勵，從而造成誤讀。如果為避免這一狀況采用高頻率的數模轉換器則會增加成本，同時還要求FPGA的處理能力和速度也必須相應提升，進一步增加了系統復雜度和成本。
【發明內容】
[0011]針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種聲表面波無線傳感器閱讀裝置及實現方法。
[0012]根據本發明提供的聲表面波無線傳感器閱讀裝置，包括:激勵信號生成模塊、激勵信號放大模塊、天線模塊、信號接收模塊以及信號處理和控制模塊，所述激勵信號生成模塊的輸出端和激勵信號放大模塊的輸入端相連;激勵信號放大模塊的輸出端和天線模塊的輸入端相連;天線模塊的輸出端和信號接收模塊的輸入端相連;信號接收模塊的輸出端和信號處理和控制模塊的輸入端相連;所述信號處理和控制模塊的控制端分別與激勵信號放大模塊、天線模塊、信號接收模塊的控制端相連;其中，
[0013]-所述激勵信號生成模塊用于生成調頻信號并傳輸至激勵信號放大模塊；
[0014]-所述激勵信號放大模塊用于對調頻信號進行放大后輸送至天線模塊；
[0015]-所述天線模塊用于發送經過放大后的調頻信號和接收外界傳感器發送的回波信號；
[0016]-所述信號接收模塊用于接收，并放大調理天線模塊收到的外界傳感器發送的回波信號；
[0017]-所述信號處理和控制模塊用于控制激勵信號生成模塊通過調頻方式產生頻率值隨時間交替變化的調頻信號，并對信號接收模塊接收到的信號進行處理。
[0018]優選地，所述激勵信號生成模塊能夠生成具有多個頻率分量的調頻信號，所述調頻信號包括線性調頻信號，或者同時產生多個單頻信號并合成一個疊加信號;且所述激勵信號生成模塊包含若干個頻率合成器以及相應個數的功率合成器，所述頻率合成器的輸出端與功率合成器相應的輸入端相連。
[0019]優選地，所述信號接收模塊包括若干個解調器和若干個模/數轉換通道，且所述解調器的輸出端和模/數轉換通道的輸入端相連。
[0020]優選地，還包括異步通信模塊，用于和其他設備之間進行數據交換，所述異步通信模塊與信號處理和控制模塊相連。
[0021]根據本發明提供的聲表面波無線傳感器閱讀裝置的實現方法，利用上述的聲表面波無線傳感器閱讀裝置實現聲表面波無線傳感器閱讀，根據激勵信號生成模塊中不同數量的頻率合成器，配置不同數量的功率合成器，具體包括如下步驟:
[0022]步驟1:信號處理和控制模塊控制激勵信號生成模塊產生查詢信號，該查詢信號至少含有兩個或以上不同的頻率分量；
[0023]步驟2:所述查詢信號通過信號放大激勵信號放大模塊和天線模塊到達外界的傳感器；
[0024]步驟3:傳感器上的各諧振器被所述查詢信號同時激勵，激勵結束后，傳感器發出回波信號；
[0025]步驟4:天線模塊接收傳感器發出的回波信號并送入信號處理和控制模塊進行處理；
[0026]步驟5:信號處理和控制模塊對傳感器的回波信號進行頻率估計，獲得傳感器上各諧振器對應的頻率和幅值并分析后得到傳感器對應的傳感量。
[0027]優選地，還包括步驟1:當存在多個傳感器組成陣列時，步進增加激勵信號生成模塊所發出的查詢信號的頻率值，執行步驟I至步驟5，直至達到量程范圍內所有傳感器中的最高頻率，獲得陣列中每一個傳感器對應的傳感量。
[0028]與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:
[0029]1、本發明提供的閱讀裝置能夠根據不同的成本和速度要求采用調頻信號交替頻率激勵、線性掃頻信號激勵和多頻點共同激勵等方法對差動式聲表面波傳感器的兩個或更多的聲表面波諧振器進行同時激勵。
[0030]2、本發明包括多個諧振器同時受到激勵，各諧振器的回波信號可同時被接收模塊接收并被信號處理模塊所處理，這就消除了差動式傳感器中各個諧振器之間的查詢間隔，從而有效地減少了環境因素的干擾，可顯著提高差動式傳感器的抗干擾能力和傳感精度。
[0031]3、本發明中的閱讀裝置用于單諧振器的傳感器可以有效提高閱讀速度，減小查詢周期。
【附圖說明】
[0032]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0033]圖1為本發明的結構不意圖；
[0034]圖2為本發明提供的實施例1中各自的激勵信號生成模塊結構示意圖；
[0035]圖3為本發明提供的實施例2中各自的激勵信號生成模塊結構示意圖；
[0036]圖4為本發明提供的實施例3中各自的激勵信號生成模塊結構示意圖；
[0037]圖5是本發明實施例1的調頻信號的信號波形示意圖；
[0038]圖6是本發明實施例2的線性調頻信號的信號波形和頻譜示意圖；
[0039]圖7是本發明實施例3的疊加信號的信號頻譜示意圖；
[0040]圖8是本發明各實施例作用于含兩個諧振器的傳感器時的回波信號頻譜示意圖。
【具體實施方式】
[0041]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。
[0042]圖1是本發明的結構示意圖，包括激勵信號生成模塊1、激勵信號放大模塊2、天線模塊3、信號接收模塊4和信號處理和控制模塊5。信號處理和控制模塊5還連接有異步通信豐旲塊10 ο
[0043]激勵信號生成模塊I的輸出端和激勵信號放大模塊2的輸入端電連接;激勵信號放大模塊2的輸出端和天線模塊3的輸入端電連接;天線模塊3的輸出端和信號接收模塊4的輸入端電連接;信號接收模塊4的輸出端和信號處理和控制模塊5的輸入端電連接;信號處理和控制模塊5的控制端和其余各模塊的控制端電連接。
[0044]所述的激勵信號生成模塊I具有一個或以上的頻率合成器111到Iln以及一個或以上的功率合成器121到12η。頻率合成器的輸出端和功率合成器相應的輸入端電連接。信號接收模塊4具有一個或以上的解調器以及一個或以上的模/數轉換通道，解調器的輸出端和模/數轉換通道的輸入端電連接。
[0045]下述的各實施例均基于以上結構，不再贅述。
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