[發明專利]LC諧振式傳感器的檢測電路及檢測方法

有效

• 申請號: 201610959765.7
• 申請日: 2016-11-02
• 公開（公告）號: CN106643826B
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 王軍波;魏秋旭;陳德勇;謝波;王艷雙;陳健
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01D5/244
• 分類號: G01D5/244
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發明提供了一種LC諧振式傳感器檢測電路，包括：基于FPGA的SoPC系統、脈沖發生器、發射線圈、讀取線圈、模數轉換器，基于FPGA的SoPC系統控制脈沖發生器經發射線圈產生激勵信號，LC諧振式傳感器吸收激勵信號的能量感應產生衰減信號，經過讀取線圈接收、模數轉換器采樣，基于FPGA的SoPC系統通過DFT計算出LC諧振式傳感器輸出信號頻譜，完成諧振頻率的檢測。本發明還提供了一種LC諧振式傳感器檢測電路檢測方法，首先獲取LC諧振式傳感器輸出信號頻譜，再通過峰值檢測算法得到LC諧振式傳感器的諧振頻率。本發明降低LC諧振式傳感器檢測電路復雜度和激勵信號對傳感器信號的干擾，提高了測量速度和便攜性。

技術領域

本發明涉及傳感器檢測領域，尤其涉及一種LC諧振式傳感器的檢測電路及檢測方法。

背景技術

LC諧振式傳感器的核心組成部分為由電感、電容串聯組成的LC諧振回路，其中電感或電容作為敏感單元感受被測量(例如：壓力、溫度、化學量等)，將被測量轉化為LC諧振回路的諧振頻率。為獲取LC諧振式傳感器信號，還需要檢測電路與之匹配。圖1是現有技術中常用的LC諧振式傳感器檢測電路，其檢測原理主要基于阻抗變化法，即利用傳感器與讀取線圈的等效輸入阻抗的頻率特性(幅度-頻率、相位-頻率、實部-頻率、虛部-頻率)間接測量傳感器的諧振頻率。

由于LC諧振式傳感器的敏感單元采用電感和電容組成，使其具有結構簡單、尺寸小、制造成本較低的優點，同時由于其具有可無線測量特性，因而特別適用于封閉環境下物理量的非接觸式監測，例如人體內部壓力監測、工業高溫環境以及密閉環境下信號的檢測等。

根據LC諧振式傳感器的工作原理，在實驗室常常使用高精度的網絡分析儀測量讀取線圈的阻抗相位譜，從阻抗相位譜中檢測出傳感器的諧振頻率，但網絡分析儀的體積大、設備笨重、成本高，由于網絡分析儀存在上述體積、成本等方面的限制使其很難應用于實際檢測中。M.Nowak等人提出的閉環檢測電路是通過鎖定讀取線圈阻抗相位為零的位置測量傳感器的諧振頻率；J.Coosemans等人提出的基于壓控振蕩器(VCO)的檢測電路，其通過電壓控制VCO輸出掃頻信號測量讀取線圈輸入阻抗的頻率特性，從而實現傳感器諧振頻率的測量；然而，對于高諧振頻率的LC諧振式傳感器，采用閉環電路檢測方法，難以實現穩定的閉環；而采用VCO的檢測方法產生的掃頻信號質量(幅度一致性、頻率間隔等)較差，且檢測速度較慢。

發明內容

(一)要解決的技術問題

鑒于上述技術問題，本發明提供了一種LC諧振式傳感器的檢測電路及檢測方法，降低了LC諧振式傳感器檢測電路復雜度和激勵信號對傳感器信號的干擾，提高了測量速度和便攜性。

(二)技術方案

根據本發明的一個方面，提供了一種LC諧振式傳感器檢測電路，其特征在于，包括：基于FPGA的SoPC系統、脈沖發生器、發射線圈、讀取線圈、模數轉換器，其中：

所述基于FPGA的SoPC系統與所述脈沖發生器連接，用于向所述脈沖發生器發送控制命令；

所述脈沖發生器與所述發射線圈連接，用于通過所述發射線圈發射激勵信號；

所述發射線圈，用于發射激勵信號，激勵LC諧振式傳感器，使其感應產生衰減信號；

所述讀取線圈與所述模數轉換器連接，用于接收LC諧振式傳感器產生的所述衰減信號，并將其送入模數轉換器；

所述模數轉換器與所述讀取線圈及基于FPGA的SoPC系統連接，用于將所述讀取線圈接收到的LC諧振式傳感器的衰減信號轉換為數字信號，并將其送入所述基于FPGA的SoPC系統。

根據本發明的另一方面，提供了一種LC諧振式傳感器檢測電路檢測方法，其特征在于，包括：

基于FPGA的SoPC系統控制脈沖發生器經發射線圈產生激勵信號；