[發明專利]一種聲表面波無源無線陣列的陣元識別方法

有效

• 申請號: 201010522259.4
• 申請日: 2010-10-27
• 公開（公告）號: CN102035496A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 劉文;王磊;蔣進京;胡鵬;余菲
• 申請（專利權）人: 武漢烽火富華電氣有限責任公司
• 主分類號: H03H9/145
• 分類號: H03H9/145
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

技術領域

本發明涉及智能化和網絡化傳感監控領域，具體而言，涉及一種聲表面波無源無線傳感器陣列的陣元識別方法。

背景技術

在物聯網和智能電網高速發展的今天，為了實時診斷和監測感知對象，傳感器被大量應用。聲表面波傳感器是近十來年發展起來的新型傳感器，其可以實現測量機械應變、流量、應力、氣體、角速度、加速度、微小位移、以及溫度等參數的傳感器。其針對小規模和理想場景環境下的應用技術已比較成熟，在大規模場景下，公開的技術主要采用編碼型聲表面波器件。對于編碼延遲型聲表面波器件主要是利用激勵信號與接收信號在時間上的時延或相位上的變化進行測量的。當外界被檢測量發生變化時，將影響時延或相位。檢測出該時延，就可感知被測量的大小。編碼延遲線利用激勵信號到達各個延遲抽頭的相位是否同相或反相實現編碼；而常用的帶反射柵的延遲線則利用反射柵位置的不同，將延時信號構成不同的編碼，進行多個傳感器識別。但因為經過兩次換能器變換后，信號衰減很大，這種傳感器傳感距離非常短，在某些場景的應用中，它很難滿足傳感距離要求。對于諧振編碼型聲表面波器件，名稱為“諧振編碼型聲表面波無源無線陣列傳感系統”的發明專利(申請號：02113480.4)，采用諧振結構加上延遲時間不同的編碼延遲結構來實現陣列傳感系統。這種器件由于諧振的特點，在諧振頻率處能量衰減較小。諧振型傳感器的品質因素較延遲型器件高許多，因而損耗較小，適應于遠距離的聲表面波傳感，編碼的結構能有效識別陣列元。但是針對實際的工程應用，諧振編碼型器件結構復雜，工藝難度高，導致聲表面波器件價格昂貴，編碼解碼復雜致使整個傳感系統軟硬件設計成本偏高，現實條件下推廣應用比較困難。

面對市場需求，對于分布式聲表面波傳感器陣列，現有的解決方案中，單純的諧振型器件難以解決大規模陣列中區分傳感元的問題，諧振編碼型器件無法回避技術難度大和成本高的事實；另一方面，聲表面波無源無線傳感系統中現有技術還沒有充分發揮傳感天線定向特性和極化特性的潛力。

發明內容

鑒于上述，針對現有技術的不足，本發明提出一種可以組成較大規模的傳感器陣列，具有較好的抗干擾性的聲表面波傳感器陣列元識別方法。發明的主要思想是利用天線良好的定向性和單極化特性，在不耗費更多頻率資源，僅采用時分復用和略微增加讀寫器天線數目的代價下，顯著提高無源無線傳感系統在大規模傳感器陣列中陣元識別的能力。本發明的技術實現方法如下：

一種聲表面波無源無線陣列的陣元識別方法，包括下列步驟：

(1)根據聲表面波傳感器陣列的區域大小、讀寫器天線的區域大小、兩個區域的間距、監測點的分布，確定可以被利用的空間集合，在空間集合里的監測點處布放傳感元，所述的傳感元由聲表面波傳感器和與其相連的天線構成；

(2)根據讀寫器天線的波束范圍分隔傳感器陣列，組成陣列的空間分集；

(3)根據傳感器天線極化隔離度的要求，對每個陣列的空間分集進一步劃分，將位于同一個空間分集里的傳感元按照可以區分同頻的極化角度劃分成不同的極化分集，每個極化分集包含的傳感元的天線的極化角度相同；

(4)為每個空間分集配置一個讀寫器，所述讀寫器帶有多支天線，每支天線的極化方向與該空間分集里某個傳感元集合的極化方向相同，讀寫器與傳感元之間按照時分復用和頻分復用的方式進行通信。

在同一個空間分集里，極化角度水平的極化分集最好位于該空間分集的上部。

與現有技術相比，本發明擁有如下優點：

1.利用讀寫器天線和傳感器天線的定向性，通過空間分集技術實現傳感元的復用，可以使傳感元的數目達到上千個，實現了傳感器的陣列化和網絡化。解決了傳統聲表面波傳感系統中諧振型聲表面波傳感器通過諧振頻率區分傳感元數目少的問題，節約了有限的頻率資源。

2.充分利用天線單極化特性，基于極化分集復用，實現極化分集集合，顯著增加了空間復用時單元集合內傳感陣列元的數目。

3.基于極化分集復用和空間方位分集技術的組合應用，方法實現簡單，且無需改動傳感器本身的結構設計，成本低廉，便于推廣應用。

4.在同一個空間分集里，極化角度水平的極化分集位于該空間分集的上部，距離地面最遠，減少了與地面的耦合損耗。

5.讀寫器天線和傳感器天線都通過匹配網絡與端口連接，提高輻射效率，增加了傳感距離。

6.本發明采用諧振型聲表面波傳感器，傳感距離遠。傳感器為聲表面波式，在監測點上不需要布線，不必更換電池，組成的傳感網絡在復雜環境下能長期在線監控，安全性和穩定性好。