[实用新型]自编号声表面波无源无线谐振型传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及物联网无线传感器，特别是声表面波（SAW）无源无线谐振型传感器（SAW传感器）。

技术背景

声表面波（SAW）传感器是利用压电芯片及其上的叉指换能器等换能结构对外界环境参量应力的敏感性，测试其电学特性来获得环境参量值，已在许多领域得到应用。

物联网的兴起使无线传感器受到重视，由于SAW器件不需外界能源、其叉指换能器可直连天线收发射频无线电波并且能在恶劣环境下工作等特点，无源无线SAW传感器成为各国研发重点。

SAW无源无线传感器按检测原理分为两种类型：延迟型和谐振型。SAW无源无线谐振型传感器（下称SAW传感器），主要利用了SAW谐振器的谐振频率与所处环境传感量值相关的特点，已有商品应用在汽车轮胎、电力网等多种场合。

现今SAW传感器，主要结构为直接连接一小型天线（传感器天线）的SAW谐振器（组合）。SAW谐振器是一个谐振元件，其谐振频率对所处环境的传感量敏感。当传感器天线接收到阅读器发出的同频段脉冲询问信号后，被强迫激励，储存电磁能量。在询问脉冲激励完成后，能量弛豫，会通过传感器天线向外发射具有频率为其谐振频率的电磁回波。阅读器接收并检测回波频率特性，就可以换算出传感器所处环境的传感量值。其特点是：频率测试技术成熟；回波信号较强，测试灵敏度好；利用谐振器谐振频率的不同，可以实现防碰撞功能。

目前SAW传感器，采用了多种结构：

单谐振器型：传感器仅由一个SAW谐振器构成，测试其谐振频率来得到传感器环境传感量值。其不足是：直接测试高频频率，需要高精度本振源；当传感器与阅读器距离变化时，无线信道对频率测试影响加大。

双谐振器型：传感器由两个谐振频率不同的SAW谐振器构成，测试两个SAW谐振器谐振频率差，来得到传感器所处环境传感量值，克服了单谐振器型的不足，这种频差结构是目前SAW传感器的主流。

  多谐振器型：为多个物理量同时检测而增加谐振频率不同的SAW谐振器。如汽车用SAW胎压传感器，使用了三个谐振频率不同的SAW谐振器封装在一个管座内，共用一个天线，可同时测出汽车轮胎内的温度和压力。

自编号传感器：附加了只作为编号码元用的N个谐振频率不同的SAW谐振器，实现2^N编号。由于一个传感器至少有N+1个谐振频率不同的SAW谐振器，占用频段宽，结构复杂。

由上述，为获得传感器所处环境下待检测传感量值，必须保证在规定环境下传感量参考值时（校准状态下）的传感器各SAW谐振器谐振频率（基础值）与产品规范标称值一致。目前，由于器件制程工程能力的限制，实际SAW传感器在校准状态下其各SAW谐振器谐振频率基础值与其标称值有较大的差异，导致测试精度下降。

实用新型内容

采用编号SAW传感器可解决因器件制程工程能力的限制，实际SAW传感器的谐振频率基础值与其标称值有较大差异，导致测试精度下降这个问题。通过现场识别SAW传感器编号，查阅该传感器实际参数（各谐振器谐振频率基础值等）资料，就能明显提升传感量值的测试精度。但现有自编号传感器，至少由N+1个谐振频率不同的SAW谐振器构成，结构复杂。

本实用新型设计一种自编号SAW无源无线谐振型传感器（SAW传感器），是将频差结构中的一个谐振器设计为基准谐振器，并通过频分方式实现编号。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：自编号SAW无源无线谐振型传感器采用多个SAW谐振器并接。其中一个为基准谐振器，采用传感量敏感特性较小的设计，其谐振频率f0称为SAW传感器的基准频率。其余的SAW谐振器，称为敏感谐振器，其谐振频率称为SAW传感器的敏感频率，至少一个敏感谐振器对应于一个待测传感量，它们分别设计为对相应待测传感量具有明显敏感特性的结构。

所有SAW谐振器通过匹配网络与传感器小型天线直连。

不同的SAW谐振器，可以是采用不同压电材料制作的，也可以是在同一压电材料上通过晶向各异排列、叉指换能器结构以及加载介质膜等设计工艺技术制作的。

在规定的SAW传感器工作频段内，采用频分方式设置各SAW谐振器的谐振频率容许区间组。区间大小应考虑在需要的传感量变化范围内和使用环境条件下，各SAW谐振器的谐振频率变化和器件工艺容差之和不超出区间。

各谐振器的谐振频率区间组内区间数可以不同，所有谐振器谐振频率的区间均不重合。

 SAW传感器采用频率区间组合编号。粗测出SAW传感器的各谐振频率值，可得到SAW传感器的编号。同一型号SAW传感器的编号总数等于各谐振频率区间数的积。