[發明專利]多節點諧振型聲表面波傳感器的無線測量系統及測量方法

有效

• 申請號: 201710601239.8
• 申請日: 2017-07-21
• 公開（公告）號: CN107576345B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 陳智軍;陳趙興;陳濤;趙文玉;賈浩
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01D18/00
• 分類號: G01D18/00
• 代理公司: 32237 江蘇圣典律師事務所
• 代理人: 賀翔<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發明公開了一種多節點諧振型聲表面波傳感器的無線測量系統及測量方法，其主要特點是與每一個諧振型聲表面波傳感器的頻帶相對應，閱讀器發射電路通過多個本振源來同時發射多個頻點的激勵信號，以同時測量多個傳感器的諧振頻率。并且，閱讀器接收電路直接對放大和濾波后的射頻回波信號進行帶通采樣，再對傅里葉變換后的回波頻譜信息進行頻域插值。本發明與傳統的閱讀器采用單個本振源、通過輪詢方式測量每個傳感器的諧振頻率相比，其測量實時性得到了大幅度提高，且通過頻域插值方法提高了測量精度。除此之外，由于閱讀器接收電路采用射頻信號直接帶通采樣的方式，省去了下變頻電路，不僅結構簡單、成本低，同時還提高了信噪比。

技術領域：

本發明涉及一種多節點諧振型聲表面波傳感器的無線測量系統及測量方法，屬于無線傳感領域。

背景技術：

聲表面波器件可用作傳感器，從結構上可分為諧振型和延遲型兩種，分別如圖1和圖2所示。諧振型聲表面波器件由壓電基底、叉指換能器、反射柵構成，叉指換能器兩端的反射柵呈密集型陣列布置，以形成聲學諧振腔。延遲型聲表面波器件由壓電基底、輸入叉指換能器、輸出叉指換能器構成。聲表面波器件用作傳感器時，根據待測對象引起聲表面波傳播速度和壓電材料參數變化，并進一步導致諧振型聲表面波器件的諧振頻率變化或延遲型聲表面波器件的時延、相位變化來實現傳感功能。

在閱讀器和天線的配合下，聲表面波傳感器在無線傳感的同時也不需要電源。聲表面波傳感器最引人注目的便是其無線功能和無源本質，因此獲得了極大關注。與延遲型聲表面波傳感器相比，諧振型聲表面波傳感器的Q值(品質因數)更高，同等條件下的無線測量距離更遠，且電-聲和聲-電轉換通過同一個叉指換能器進行，更易通過同一個天線實現傳感器對激勵信號的接收和對回波信號的發射功能，因此在無線傳感領域的應用更為廣泛。

在無線傳感的實際應用場合，通常不會只存在單個傳感器，而是多個傳感器以多個節點的形式同時存在。如針對智能電網的高壓開關柜溫度檢測，需在線實時測量柜內不同位置的節點溫度；針對發動機的轉軸扭矩檢測，需在線實時測量轉軸上不同位置的節點扭矩。諧振型聲表面波傳感器通常采用頻分多址的方式以實現多個節點的防碰撞測量，即各個傳感器的頻帶各不相同。在多節點無線測量中，很多節點還以差動型結構成對出現。如在高壓開關柜的溫度檢測中，通過差動型結構以消除天線阻抗變化等其它環境因素對測溫結果的影響；在轉軸的扭矩檢測中，通過差動型結構以消除溫度等環境因素對扭矩測量結果的影響。對于上述差動型節點，也是采用頻分多址的方式來實現差動頻率的測量。

針對多節點諧振型聲表面波傳感器的無線測量，目前存在著以下問題：

(1)傳統的閱讀器發射鏈路通常只存在單個本振源，每次只發射單個頻點的激勵信號，以輪詢方式測量每個傳感器的諧振頻率。當節點數量較多時，輪詢時間變長，從而影響測量的實時性。

(2)對于差動型節點，由于輪詢方式對兩個差動型傳感器的測量存在著時間差，在待測對象快速變化的情況下，不僅測量結果會產生較大誤差，也無法準確監測待測對象的動態變化過程。

(3)傳統的閱讀器接收鏈路通常采用下變頻結構，不僅電路結構復雜、成本高，而且還存在著噪聲增多、信噪比降低等問題。

(4)諧振型聲表面波傳感器的測量精度取決于諧振頻率的估計精度。對于傅里葉變換測頻譜的方法，鑒于頻譜分辨率的限制，諧振頻率的估計精度較低；若采用掃頻測強度的諧振頻率估計方法，需要通過步進頻率的細分來提高估計精度，則多個節點的輪詢時間將急劇變長，測量實時性進一步受到影響。

發明內容：

本發明是為了解決上述現有技術存在的問題而提供一種多節點諧振型聲表面波傳感器的無線測量系統及測量方法，其目的是對于聲表面波無線傳感的實際應用，當測量系統包括多個諧振型聲表面波傳感器時，針對目前存在的相關問題提供相應的解決方案。