[發明專利]自編號聲表面波無源無線諧振型傳感器

有效

• 申請號: 201210139979.1
• 申請日: 2012-05-08
• 公開（公告）號: CN102636204A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 陳培杕;周宗閩;朱衛俊;何朝峰;周羚
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: G01D5/48
• 分類號: G01D5/48;G01K11/26
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 張蘇沛

技術領域

本發明涉及物聯網無線傳感器，特別是聲表面波（SAW）無源無線諧振型傳感器（SAW傳感器）。

技術背景

聲表面波（SAW）傳感器是利用壓電芯片及其上的叉指換能器等換能結構對外界環境參量應力的敏感性，測試其電學特性來獲得環境參量值，已在許多領域得到應用。

物聯網的興起使無線傳感器受到重視，由于SAW器件不需外界能源、其叉指換能器可直連天線收發射頻無線電波并且能在惡劣環境下工作等特點，無源無線SAW傳感器成為各國研發重點。

SAW無源無線傳感器按檢測原理分為兩種類型：延遲型和諧振型。SAW無源無線諧振型傳感器（下稱SAW傳感器），主要利用了SAW諧振器的諧振頻率與所處環境傳感量值相關的特點，已有商品應用在汽車輪胎、電力網等多種場合。

現今SAW傳感器，主要結構為直接連接一小型天線（傳感器天線）的SAW諧振器（組合）。SAW諧振器是一個諧振元件，其諧振頻率對所處環境的傳感量敏感。當傳感器天線接收到閱讀器發出的同頻段脈沖詢問信號后，被強迫激勵，儲存電磁能量。在詢問脈沖激勵完成后，能量弛豫，會通過傳感器天線向外發射具有頻率為其諧振頻率的電磁回波。閱讀器接收并檢測回波頻率特性，就可以換算出傳感器所處環境的傳感量值。其特點是：頻率測試技術成熟；回波信號較強，測試靈敏度好；利用諧振器諧振頻率的不同，可以實現防碰撞功能。

目前SAW傳感器，采用了多種結構：

單諧振器型：傳感器僅由一個SAW諧振器構成，測試其諧振頻率來得到傳感器環境傳感量值。其不足是：直接測試高頻頻率，需要高精度本振源；當傳感器與閱讀器距離變化時，無線信道對頻率測試影響加大。

雙諧振器型：傳感器由兩個諧振頻率不同的SAW諧振器構成，測試兩個SAW諧振器諧振頻率差，來得到傳感器所處環境傳感量值，克服了單諧振器型的不足，這種頻差結構是目前SAW傳感器的主流。

多諧振器型：為多個物理量同時檢測而增加諧振頻率不同的SAW諧振器。如汽車用SAW胎壓傳感器，使用了三個諧振頻率不同的SAW諧振器封裝在一個管座內，共用一個天線，可同時測出汽車輪胎內的溫度和壓力。

自編號傳感器：附加了只作為編號碼元用的N個諧振頻率不同的SAW諧振器，實現2^N編號。由于一個傳感器至少有N+1個諧振頻率不同的SAW諧振器，占用頻段寬，結構復雜。

由上述，為獲得傳感器所處環境下待檢測傳感量值，必須保證在規定環境下傳感量參考值時（校準狀態下）的傳感器各SAW諧振器諧振頻率（基礎值）與產品規范標稱值一致。目前，由于器件制程工程能力的限制，實際SAW傳感器在校準狀態下其各SAW諧振器諧振頻率基礎值與其標稱值有較大的差異，導致測試精度下降。

發明內容

采用編號SAW傳感器可解決因器件制程工程能力的限制，實際SAW傳感器的諧振頻率基礎值與其標稱值有較大差異，導致測試精度下降這個問題。通過現場識別SAW傳感器編號，查閱該傳感器實際參數（各諧振器諧振頻率基礎值等）資料，就能明顯提升傳感量值的測試精度。但現有自編號傳感器，至少由N+1個諧振頻率不同的SAW諧振器構成，結構復雜。

本發明設計一種自編號SAW無源無線諧振型傳感器（SAW傳感器），是將頻差結構中的一個諧振器設計為基準諧振器，并通過頻分方式實現編號。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：自編號SAW無源無線諧振型傳感器采用多個SAW諧振器并接。其中一個為基準諧振器，采用傳感量敏感特性較小的設計，其諧振頻率f0稱為SAW傳感器的基準頻率。其余的SAW諧振器，稱為敏感諧振器，其諧振頻率稱為SAW傳感器的敏感頻率，至少一個敏感諧振器對應于一個待測傳感量，它們分別設計為對相應待測傳感量具有明顯敏感特性的結構。

所有SAW諧振器通過匹配網絡與傳感器小型天線直連。

不同的SAW諧振器，可以是采用不同壓電材料制作的，也可以是在同一壓電材料上通過晶向各異排列、叉指換能器結構以及加載介質膜等設計工藝技術制作的。

在規定的SAW傳感器工作頻段內，采用頻分方式設置各SAW諧振器的諧振頻率容許區間組。區間大小應考慮在需要的傳感量變化范圍內和使用環境條件下，各SAW諧振器的諧振頻率變化和器件工藝容差之和不超出區間。

各諧振器的諧振頻率區間組內區間數可以不同，所有諧振器諧振頻率的區間均不重合。

?SAW傳感器采用頻率區間組合編號。粗測出SAW傳感器的各諧振頻率值，可得到SAW傳感器的編號。同一型號SAW傳感器的編號總數等于各諧振頻率區間數的積。