一種工作頻率可調的長距離無源無線傳感器遙測系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種工作頻率可調的長距離無源無線傳感器遙測系統，包括無源無線傳感器、諧振頻率可調的傳輸線圈組和主電路；無源無線傳感器與主電路分別與傳輸線圈組通過耦合電感連接；主電路用于通過傳輸線圈組發送激勵信號至所述無源無線傳感器，并根據無源無線傳感器反饋的調幅信號解析出被測量的變化。本發明利用調幅信號在電感上貯存能量的變化來進行信號傳輸，采用諧振電感強磁耦合的原理實現了無源無線信號的長距離、高效率的傳輸，且不易受環境干擾。傳輸線圈組的諧振頻率可調，可與不同傳輸信號的頻率保持一致，實現了可調工作頻率信號的傳輸，也可用來選擇相同頻率的信號進行高效傳輸，實現系統的信號選擇傳輸功能。
【專利說明】 一種工作頻率可調的長距離無源無線傳感器遙測系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種傳感器遙測系統，特別涉及一種長距離無源無線傳感器遙測系統。
【背景技術】
[0002]無源無線傳感器不需要物理連接的信號傳輸系統，也無需電源供應，在復雜工業環境監測中的應用前景非常廣泛，對促進我國物聯網的發展有巨大作用。隨著技術發展，無源無線傳感器產生頻率可調的信號，也同時能夠測定多種參數，產生多個頻率各不相同的信號，給信號的無線傳輸提出了極大的挑戰。無線遙測目前有以下方式:一種是射頻信號通過天線收發，其利用電磁波在空間中的收發來傳輸信號，其傳輸距離較長，但全方向的天線輻射效率較低，而單方向的輻射需要不間斷的傳輸視線和復雜的追蹤設備；此外，在無源應用中，由于其必須攜帶電源，發展受到限制。另一種是電感近場耦合，這種方法通常利用LC并聯諧振回路:在應變作用下，平面電感或電容的大小如果發生變化，諧振回路的諧振頻率也將改變，因此，通過檢測回路的諧振頻率的變化就可以獲得應變的大小。相比第一種方法，其不需要電源，但是由于尺寸限制，電感線圈尺寸很小，其有效耦合的距離非常短。
【發明內容】
[0003]發明目的:針對上述現有技術，提供一種長距離無源無線傳感器遙測系統，提高無源無線傳感器信號的傳輸距離。
[0004]技術方案:一種工作頻率可調的長距離無源無線傳感器遙測系統，包括無源無線傳感器、諧振頻率可調的傳輸線圈組和主電路；所述傳輸線圈組包括至少兩個電感線圈，所述每個電感線圈回路均串聯連接可變電容，所述每個電感線圈之間通過諧振式強磁耦合；所述無源無線傳感器與主電路分別與所述傳輸線圈組通過耦合電感連接；
[0005]所述主電路用于通過傳輸線圈組發送激勵信號至所述無源無線傳感器，并根據所述無源無線傳感器反饋的調幅信號解析出被測量的變化；
[0006]所述無源無線傳感器用于根據傳感器檢測值的變化，反饋調幅信號至所述主電路；
[0007]所述主電路的激勵信號頻率、無源無線傳感器反饋的調幅信號頻率和傳輸線圈組的每個電感、電容串聯回路的諧振頻率相同。
[0008]作為本發明的優選方案，所述無源無線傳感器包括無源傳感電路和第一耦合電感；所述無源傳感電路包括傳感器及其接口電路、能量管理電路和調制電路；所述第一耦合電感、能量管理電路、傳感器及其接口電路以及調制電路依次連接構成串聯回路；
[0009]所述傳輸線圈組包括通過諧振式強磁耦合的第一電感線圈、第二電感線圈；所述第一電感線圈回路串聯連接第一可變電容，所述第二電感線圈回路串聯連接第二可變電容；
[0010]所述主電路包括第二耦合電感和信號處理電路；所述信號處理電路包括分別與所述第二耦合電感連接的載波產生電路和信號調制電路；
[0011]所述第一電感線圈與第一耦合電感耦合連接，所述第二電感線圈與第二耦合電感耦合連接。
[0012]作為本發明的優選方案的改進，所述第一電感線圈和第二電感線圈之間還包括若干個串聯可變電容的電感線圈，每個電感線圈通過諧振式強磁耦合。
[0013]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:
[0014]1.本發明額外增加了傳輸線圈組，利用了傳輸線圈組諧振時電感的強磁耦合進行高效率的信號傳輸，相比普通的無源無線傳感器信號傳輸的距離有了極大的提高。
[0015]2.本發明傳輸線圈組的諧振頻率可調，可與不同信號的頻率保持一致，實現了可調工作頻率信號的傳輸。
[0016]3.本發明傳輸線圈組的諧振頻率可調，可用來選擇相同頻率的信號進行高效傳輸，實現系統的信號選擇傳輸功能。
[0017]4.傳輸線圈組中若干個相同的電感線圈平行并列放置，能較大的延長了信號傳輸距離。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明的結構框圖；
[0019]圖2是本發明實施例1的結構示意圖；
[0020]圖3是本發明實施例2的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發明做更進一步的解釋。
[0022]實施例1:如圖1所示，一種工作頻率可調的長距離無源無線傳感器遙測系統，包括無源無線傳感器1、諧振頻率可調的傳輸線圈組2和主電路3 ;傳輸線圈組2包括兩個電感線圈，每個電感線圈回路均串聯連接可變電容，每個電感線圈之間通過諧振式強磁耦合；無源無線傳感器I與主電路3分別與傳輸線圈組2通過耦合電感連接。
[0023]主電路通3過傳輸線圈組2發送激勵信號至無源無線傳感器1，并根據無源無線傳感器I反饋的調幅信號解析出被測量的變化；無源無線傳感器I根據傳感器檢測值的變化，反饋調幅信號至主電路3 ;在傳輸檢測信號時，主電路3的激勵信號頻率、無源無線傳感器I反饋的調幅信號頻率和傳輸線圈組2的每個電感、電容串聯回路的諧振頻率均相同。
[0024]如圖2所述，無源無線傳感器I包括無源傳感電路11和第一耦合電感12 ;無源傳感電路11包括傳感器及其接口電路111、整流電路112和調制電路113 ;第一耦合電感12、整流電路112、傳感器及其接口電路111以及調制電路113依次連接構成串聯回路。
[0025]傳輸線圈組包括通過諧振式強磁耦合的第一電感線圈211、第二電感線圈221 ;第一電感線圈211回路串聯連接第一可變電容212，第二電感線圈221回路串聯連接第二可變電容222 ；
[0026]主電路3包括第二耦合電感31和信號處理電路32 ;信號處理電路32包括分別與第二耦合電感31連接的載波產生電路321和信號調制電路322。
[0027]第一電感線圈211與第一耦合電感12耦合連接，第二電感線圈221與第二耦合電感31耦合連接。每個電感線圈通過諧振式強磁耦合，每個電感、電容串聯回路的諧振頻率均相同。傳輸線圈組2的電感線圈與第一耦合電感線圈以及第二耦合電感線圈平行并列設置。
[0028]實施例2:與實施例1的區別僅在于，第一電感線圈211和第二電感線圈221之間還包括若干個串聯可變電容的電感線圈，每個電感線圈之間均為諧振式強磁耦合，每個電感、電容串聯回路的諧振頻率均相同。
[0029]工作原理:無源無線傳感器I接收由主電路3中載波產生電路321發出的載波信號，由能量管理電路112進行整流與能量儲存，為無緣無線傳感器提供能量。當傳感器及其接口電路111檢測被測物理量發生變化時，傳感器及其接口電路111的阻抗也跟著變化，調制電路113利用變化的阻抗調制第一耦合電感12上的能量幅度。能量幅度的調幅信號變化通過傳輸線圈組2耦合到主電路3的第二耦合電感31上，最后由信號調制電路322對耦合電感31上能量變化進行分析。由于傳輸線圈組2所有的電感、電容串聯回路的諧振頻率與主電路3的激勵信號、無源無線傳感器I的調幅信號的頻率相同，當傳輸線圈組2處于諧振狀態，強磁耦合時信號傳輸的效率比一般狀態下高出數倍，因而增加傳輸線圈數量后系統的信號傳輸效率得到提高，在相同效率的情況下傳輸距離增大。當傳輸信號的頻率發生變化時，調節傳輸線圈組2中的可變電容使得傳輸線圈組2的諧振頻率與信號頻率保持一致，實現頻率可調信號的高效率、長距離傳輸。其中，傳感器及其接口電路111中可集成多種傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器等傳感器。若無源無線傳感器I因同時監測多個物理量的變化而產生多個頻率不同的信號時，可根據需求改變傳輸線圈組2的諧振頻率來傳輸與之頻率相同的信號。
[0030]工作過程:載波產生電路321發出頻率一定的激勵信號，經由傳輸線圈組2耦合到能量管理電路112中進行整流與能量儲存，為無源傳感器11提供能量。當無源無線傳感器11所測物理量發生變化時，傳感器的感應電容發生變化，由傳感器及其接口電路111完成c/f轉換。與此同時，傳感器及其接口電路111的阻抗發生相應的變化，調制電路113利用阻抗變化來調制第一耦合電感12上的信號幅值。幅值變化耦合到傳輸線圈組2中，信號在傳輸線圈2中進行諧振強磁耦合，最后到達主電路3的耦合電感31，信號調制電路322對耦合電感31上的幅值變化進行分析，進而判斷出所測物理量的變化。當傳輸信號頻率發生變化時，調節傳輸線圈組2中的可變電容使得傳輸線圈組2的諧振頻率與信號頻率保持一致，實現信號頻率可調的高效率、長距離傳輸。若無源無線傳感器I因同時監測多個物理量的變化而產生多個頻率不同的信號時，可根據需求改變傳輸線圈組2的諧振頻率來傳輸與之頻率相同的信號。
[0031]使用方法:首先使用標準設備對無源無線傳感器進行標定，建立耦合電感上幅值變化與所測物理量之間的對應關系。系統工作時，調節傳輸線圈組的諧振頻率，與傳輸信號頻率保持一致或用來選擇相同頻率的信號傳輸。對主電路中的耦合電感上幅值的變化進行監測，與標定值進行對比，即可得到待測物理量的變化。
[0032]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】
1.一種工作頻率可調的長距離無源無線傳感器遙測系統，其特征在于:包括無源無線傳感器(I)、諧振頻率可調的傳輸線圈組⑵和主電路⑶；所述傳輸線圈組⑵包括至少兩個電感線圈，所述每個電感線圈回路均串聯連接可變電容，所述每個電感線圈之間通過諧振式強磁耦合；所述無源無線傳感器(I)與主電路(3)分別與所述傳輸線圈組(2)通過率禹合電感連接； 所述主電路(3)用于通過傳輸線圈組(2)發送激勵信號至所述無源無線傳感器(I)，并根據所述無源無線傳感器(I)反饋的調幅信號解析出被測量的變化； 所述無源無線傳感器(I)用于根據傳感器檢測值的變化，反饋調幅信號至所述主電路(3)； 所述主電路(3)的激勵信號頻率、無源無線傳感器(I)反饋的調幅信號頻率和傳輸線圈組(2)中每個電感、電容串聯回路的諧振頻率相同。
2.根據權利要求1所述的一種工作頻率可調的長距離無源無線傳感器遙測系統，其特征在于:所述無源無線傳感器(I)包括無源傳感電路(11)和第一耦合電感(12);所述無源傳感電路(11)包括傳感器及其接口電路(111)、能量管理電路(112)和調制電路(113)；所述第一耦合電感(12)、能量管理電路(112)、傳感器及其接口電路(111)以及調制電路(113)依次連接構成串聯回路； 所述傳輸線圈組包括通過諧振式強磁耦合的第一電感線圈(211)、第二電感線圈(221);所述第一電感線圈(211)回路串聯連接第一可變電容(212)，所述第二電感線圈(221)回路串聯連接第二可變電容(222)； 所述主電路包括第二耦合電感(31)和信號處理電路(32);所述信號處理電路(32)包括分別與所述第二耦合電感(31)連接的載波產生電路(321)和信號調制電路(322)； 所述第一電感線圈(211)與第一耦合電感(12)耦合連接，所述第二電感線圈(221)與第二耦合電感(31)耦合連接。
3.根據權利要求1或2所述的一種工作頻率可調的長距離無源無線傳感器遙測系統，其特征在于:所述第一電感線圈(211)和第二電感線圈(221)之間還包括若干個串聯可變電容的電感線圈，每個電感線圈通過諧振式強磁耦合。
【文檔編號】G08C17/04GK103456156SQ201310435063
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月23日 優先權日:2013年9月23日
【發明者】董蕾, 王立峰, 唐丹, 黃慶安 申請人:東南大學