[發明專利]一種工作頻率自動匹配的遠距離LC無源無線傳感系統

有效

• 申請號: 201911258983.8
• 申請日: 2019-12-10
• 公開（公告）號: CN111028496B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 周彬彬;董蕾;王立峰;黃慶安
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G08C17/02
• 分類號: G08C17/02;H02J50/12
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 熊玉瑋

本發明公開了一種工作頻率自動匹配的遠距離LC無源無線傳感系統，屬于測量、測試的技術領域。該系統包括LC無源無線傳感器以及與其通過耦合電感無線連接的讀出電路，調節讀出電路中可變電容的電容值使得讀出電路時刻與LC無源無線傳感器電路的諧振頻率保持相等，從而使系統時刻處于共振狀態，能避免發生頻率分裂，實現了全頻信號的遠距離、高效傳輸，且全過程無需手動操作即可實現工作頻率的自動匹配。

技術領域

本發明涉及無線無源傳感系統技術，特別涉及一種工作頻率自動匹配的遠距離LC無源無線傳感系統，屬于測量、測試的技術領域。

背景技術

無需電源、無需要物理有線連接的LC無源無線傳感器信號傳輸系統已經在復雜工業環境中被廣泛用于物理、化學、生物等參數的監測，促進了我國物聯網的發展，但是，其自身的小尺寸特性造成采用傳統方法的讀出距離非常有限。現有技術中，無線傳感有三種方式：一種是輻射式，傳輸距離較長，但全方向的天線傳輸效率特別低，而單方向的輻射需要不間斷的視線和復雜的跟蹤裝置；另一種是電磁感應式，傳輸距離極?。蛔詈笠环N是磁耦合諧振式，有效適用于中場傳輸，無論周圍空間幾何形狀如何，對環境內物體產生的干擾和損耗都很小。因此，磁耦合諧振式應用最廣泛，為了增強無源無線傳感器信號傳輸距離，研究者們提出在傳感器和讀出電路中間增加頻率可調式中繼線圈以及利用PT對稱電路結構使得每個電感線圈之間通過諧振式強磁耦合。但增加中繼線圈法，需要精確計算出強磁耦合的臨界值以避免出現頻率分裂，同時，中繼線圈使得整個傳感系統結構變得復雜。此外，PT對稱電路對電路參數設計要求極高，考慮到實際電路的寄生效應，非常難以實現精準對稱，同時調節過程需手動操作。

發明內容

本發明的發明目的是針對上述背景技術的不足，提供了一種工作頻率自動匹配的遠距離LC無源無線傳感系統，通過在電感磁共振弱耦合的系統中增加可調電容模塊實現讀出電路與LC無源無線傳感器電路的諧振頻率自動匹配，進而實現無源無線信號遠距離、高效率地傳輸，克服了增加中繼線圈的諧振式強磁耦合傳感系統需要計算磁耦合臨界值以頻率分裂且結構復雜的缺陷，解決了PT對稱電路難以實現精確對稱且需手動操作調節諧振頻率的技術問題。

本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案：

一種工作頻率自動匹配的遠距離LC無源無線傳感系統，包括：讀出電路和LC無源無線傳感器電路。讀出電路與LC無源無線傳感器電路通過電感磁共振弱耦合無線連接。讀出電路發送激勵信號至LC無源無線傳感器電路，LC無源無線傳感器電路根據待測物理量的變化產生調制信號，調制信號通過電感磁共振弱耦合方式傳輸到讀出電路，進而由讀出電路的矢量網絡分析儀解析出待測物理量的變化。

讀出電路包括：第一電感線圈、可調電容和矢量網絡分析模塊，第一電感線圈的一端連接可調電容模塊的一端，可調電容模塊的另一端連接矢量網絡分析模塊的一端，矢量網絡分析模塊的另一端連接第一電感線圈的另一端；其中，矢量網絡分析模塊包括交流信號源和源內阻。

LC無源無線傳感器電路包括第二電感線圈、負載或電路寄生電阻、敏感電容；第二電感線圈的一端連接負載或電路寄生電阻的一端，負載或電路寄生電阻的另一端連接敏感電容的一極，敏感電容的另一極連接第二電感線圈的另一端。

為避免讀出電路與LC無源無線傳感器電路發生頻率分裂，影響無源無線信號的遠距離傳輸，本發明提出對讀出電路和LC無源無線傳感器電路進行優化設計，分為如下方案：

在讀出電路中可調電容兩極上加載三角波信號信號，使得可調電容的電容值大小隨加載信號源電壓的變化循環變化，可調電容的自動調節使得讀出電路固有頻率與LC無源無線傳感器電路的諧振頻率相同，整個LC無源無線傳感系統處于共振狀態。

本發明采用上述技術方案，具有以下有益效果：