[發(fā)明專利]一種集成多頻天線和能量采集的柔性環(huán)境監(jiān)測裝置與方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210790769.2
• 申請日: 2022-07-05
• 公開（公告）號(hào): CN115099257A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張小栓;徐進(jìn)超;葉明生;柴榮;周松濤;劉鵬飛;穆泊宇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K7/10
• 分類號(hào): G06K7/10
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 褚海英

1.一種集成多頻天線和能量采集的柔性環(huán)境監(jiān)測裝置，其特征在于，包括：能量采集模塊、多參數(shù)傳感模塊、射頻信息傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理與控制模塊和客戶端；所述能量采集模塊、所述多參數(shù)傳感模塊、所述射頻信息傳輸模塊和所述數(shù)據(jù)處理與控制模塊均通過柔性打印技術(shù)打印在柔性PET基底上；

所述能量采集模塊用于采集自然能量和/或射頻能量并進(jìn)行存儲(chǔ)和供電；所述射頻能量通過所述能量采集模塊中的HF芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述射頻能量的采集；所述多參數(shù)傳感模塊用于實(shí)時(shí)采集環(huán)境數(shù)據(jù)并傳輸至數(shù)據(jù)處理與控制模塊用于后續(xù)數(shù)據(jù)處理分析與傳輸顯示；所述數(shù)據(jù)處理與控制模塊用于對(duì)所述環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并控制整個(gè)環(huán)境監(jiān)測裝置的正常運(yùn)行；所述射頻信息傳輸模塊用于實(shí)現(xiàn)客戶端與傳感監(jiān)測裝置的實(shí)時(shí)互聯(lián)，并將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至所述客戶端；所述客戶端用于通過射頻信息傳輸模塊向控制模塊發(fā)送采集信號(hào)的指令，并向所述能量采集模塊發(fā)送所述射頻能量，并控制所述數(shù)據(jù)處理與控制模塊和所述多參數(shù)傳感模塊的工作狀態(tài)，還根據(jù)所述處理后的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示環(huán)境信息，并在所述環(huán)境信息出現(xiàn)異常時(shí)通知管理人員進(jìn)行預(yù)警與調(diào)控處理。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成多頻天線和能量采集的柔性環(huán)境監(jiān)測裝置，其特征在于，所述能量采集模塊包括太陽能采集子模塊；

所述太陽能采集子模塊包括依次連接的光照檢測器、太陽能電池、超級(jí)電容器和電壓監(jiān)控器；所述光照檢測器用于是否存在光照滿足太陽能感應(yīng)層采集光照能量，若是，則向所述太陽能電池發(fā)送采集信號(hào)；所述太陽能電池用于將采集到的光能轉(zhuǎn)換為電能并進(jìn)行存儲(chǔ)；所述超級(jí)電容器用于存儲(chǔ)所述電能；所述電壓監(jiān)控器用于對(duì)所述超級(jí)電容器的電壓狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并根據(jù)監(jiān)控得到的信息調(diào)整其他模塊的工作狀態(tài)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成多頻天線和能量采集的柔性環(huán)境監(jiān)測裝置，其特征在于，所述能量采集模塊包括射頻能量采集子模塊；

所述射頻能量采集子模塊包括依次連接的諧振器、HF天線、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、HF芯片、整流濾波電路、升壓電路、電壓監(jiān)控器及超級(jí)電容器；所述射頻能量采集子模塊用于在光照不滿足太陽能感應(yīng)層采集光照能量導(dǎo)致電壓監(jiān)控器監(jiān)測超級(jí)電容器電壓無法滿足傳感器工作電壓時(shí)，通過射頻能量采集技術(shù)采集射頻能量，并將所述射頻能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換和處理，存儲(chǔ)至所述超級(jí)電容器中。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成多頻天線和能量采集的柔性環(huán)境監(jiān)測裝置，其特征在于，所述射頻能量采集子模塊采集從所述客戶端發(fā)射到達(dá)所述HF芯片的能量的傳輸效率為：

其中，S₃₁為所述發(fā)射天線與所述接收天線間散射參數(shù)，S₂₁為所述發(fā)射天線與所述諧振器間散射參數(shù)，S₃₂為所述諧振器與所述接收天線間散射參數(shù)；η為所述能量傳輸效率；S₃₁、S₂₁和S₃₂通過以下模型獲得：

其中，I₁、I₂、I₃分別表示所述發(fā)射端、所述諧振器和所述接收端在13.56MHz頻率處的接收電流；I₁、I₂和I₃的計(jì)算公式為：

其中，M₁₂、M₁₃、M₂₃分別為發(fā)射天線與諧振器間互感系數(shù)，發(fā)射天線與接收天線間互感系數(shù)，諧振器與接收天線間互感系數(shù)：其中，k_ij為發(fā)射天線、諧振器及接收天線間耦合系數(shù)；ω為諧振頻率，Q_i表示發(fā)射端、諧振器及接收端處品質(zhì)因數(shù)，L_i分別表示發(fā)射天線、諧振器及接收接收天線等效自感變化，Z_i表示各阻抗變化，具體為：其中，R_S為發(fā)射天線電源端電阻，R_Tx為發(fā)射天線等效電阻，R_R為諧振器等效電阻，R_L為接收端負(fù)載電阻，R_RX為接收端天線等效電阻，X_i為發(fā)射天線、諧振器和接收天線各電抗變化；V_s為發(fā)射端源電壓；

通過匹配網(wǎng)絡(luò)中的電容電阻與HF天線組成RLC諧振電路。