[發明專利]無線光子壓力傳感系統和方法

有效

• 申請號: 201810228576.1
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108548620B
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發明（設計）人: 洪俊;李祖林;彭志強;劉海波;湯群芳
• 申請（專利權）人: 湖南工學院
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G08C17/02
• 代理公司: 43205 長沙星耀專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 龍騰;黃麗

無線光子壓力傳感系統和方法，涉及光電子測量與無線通信交叉技術領域，所述無線光子壓力傳感系統包括發射端和接收端；發射端包括傳感信號發生器、匹配網絡以及發射天線；傳感信號發生器包括激光器、電光強度調制器、光纖延時線、光電探測器、耦合器、壓力感應放大器和窄帶濾波器；壓力感應放大器包括壓電晶體和壓控放大器。上述無線光子壓力傳感系統基于無線光子技術構建光電振蕩電路，將壓力信息轉變為振蕩信號功率，無需調制，直接發送至接收端，該傳感系統在高頻端實現，克服了系統噪聲的干擾；同時，其無需調制載波，可直接無線傳輸至接收端，降低了系統的復雜性。

技術領域

本發明涉及光電子測量與無線通信交叉技術領域，尤其指一種無線光子壓力傳感系統和方法。

背景技術

壓力傳感器是一種能感受壓力信號并能按照一定的規律將壓力信號轉換成電信號進行輸出的器件或裝置，它廣泛應用于各種工業自控環境，在實際使用過程中，壓力傳感器大多是采用布線方式將采集到的壓力信號進行傳輸，但在通信距離遠、環境較為惡劣的情況下，壓力傳感器則采用無線通訊的方式傳輸信號。

當前的無線壓力傳感器一般是將壓力轉變為近直流的電流或電壓信號，然后再將該信號調制至適合無線傳輸的載波上去，最后傳送至接收端。其缺陷包括：1.當傳感信號微弱時，容易被系統噪聲淹沒，嚴重限制了傳感器的靈敏度；2.傳感信號需要調制載波才能進行無線傳輸，需要外置振蕩器且信號處理系統較為復雜。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種無線光子壓力傳感系統和方法，前述無線光子壓力傳感系統可解決傳統無線傳感系統其靈敏度受限和信號處理系統復雜、需要調制載波的問題，其整個傳感過程在高頻端完成且不需要調制載波，能有效提高傳感系統的靈敏度，降低系統復雜性。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種無線光子壓力傳感系統，包括發射端和接收端，所述發射端用于產生傳感信號并通過無線電技術向空氣信道發射電磁波，所述接收端用于接收含傳感信息的無線電信號并通過信號處理、校準與計算還原成壓力值。

進一步地，所述發射端包括依次連接的傳感信號發生器、匹配網絡以及發射天線，所述傳感信號發生器用于將壓力信號轉換成電信號，所述匹配網絡用于實現傳感信號發生器與發射天線的電路匹配，保證傳感信號發生器發射信號的輸出功率能夠全部進入發射天線，而無反射回波，所述發射天線接收匹配網絡傳送的傳感信號并發送至空氣信道。

進一步地，所述接收端包括接收天線、濾波器、放大器、功率計以及計算機，所述接收天線與發射天線用于無線通信，所述濾波器的輸入端與接收天線連接，所述濾波器的輸出端與放大器的輸入端連接，所述放大器的輸出端與功率計的輸入端連接，所述功率計的輸出端與計算機連接，無線電信號通過接收天線進入接收端，然后通過濾波器進行噪聲與雜散抑制，再通過放大器進行信號放大后進入功率計實現功率測量，最后通過計算機進行校準、計算得出壓力值的大小。

再進一步地，所述傳感信號發生器包括激光器、電光強度調制器、光纖延時線、光電探測器、耦合器、壓力感應放大器和窄帶濾波器；所述激光器連接至電光強度調制器的光輸入端，所述電光強度調制器的光輸出端通過光纖延時線與光電探測器的光輸入端連接，所述光電探測器的電輸出端與耦合器的輸入端連接，所述耦合器的輸出端與壓力感應放大器的輸入端連接，所述壓力感應放大器的輸出端與窄帶濾波器的輸入端連接，所述窄帶濾波器的輸出端與電光強度調制器的電輸入端連接，所述匹配網絡的輸入端與耦合器的輸出端連接，所述匹配網絡的輸出端與發射天線連接，所述壓力感應放大器用于感受壓力作用并由該壓力作用的變化控制其自身的電壓增益。

再進一步地，所述壓力感應放大器包括壓電晶體和壓控放大器，所述壓電晶體與壓控放大器的偏置電壓正極連接，所述壓電晶體的負極、壓控放大器的負極均接地，所述壓電晶體用于承受壓力作用并在壓力實施時產生壓電差，所述壓控放大器為增益可調放大器，通過加載在放大器兩端的電壓值大小來控制增益，在所述壓力感應放大器中，所述壓電晶體在承受壓力作用后產生的感應電壓作為壓控放大器的偏置電壓，用于控制壓控放大器的增益。