[发明专利]一种增强声表面波传感信号强度的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种增强声表面波传感信号强度的系统及方法。

背景技术

声表面波是在固体半空间表面存在的一种沿表面传播，能量集中于表面附近的弹性波,其声速仅为电磁波速度的十万分之一，传播损耗很小。声表面波技术最早是由英国物理学家瑞利（Rayleigh）在19世纪80 年代研究地震波的过程中偶尔发现的一种能量集中于地表面传播的声波。声表面波器件是在压电基片上采用微电子工艺技术制造的叉指形电声换能器和反射器耦合器等，利用基片材料的压电效应，通过输入叉指换能器（IDT）将电信号转换成声信号，并局限在基片表面传播，输出IDT将声信号恢复成电信号，实现电——声——电的变换过程，完成电信号处理，获得各种用途的电子器件。采用先进微电子加工技术制造的声表面波器件具有体积小、重量轻、可靠性高、一致性好、多功能以及设计灵活等优点，在通信、电视、遥控和报警系统中已得到广泛应用。随着加工工艺的飞速发展，SAW器件的工作频率已覆盖10 MHz～2.5 GHz，是现代信息化产业不可或缺的关键元器件。

声表面波传感器工作方式分成延迟线型和谐振性，它的一个重要特性是可以通过无线无源的方式响应并反馈高频电波，声表面波传感器将被测量的变化通过声表面波敏感，传感器的工作能量来自于收发天线，阅读器发射的射频查询脉冲经传感器天线接收进入叉指换能器(Inter-digital Transducer, IDT)，通过逆压电效应将电信号转换为声表面波信号，被测量的变化表现为声表面波谐振频率的变化并由叉指换能器转化为电磁波后再次通过无线的方式发送出去给阅读器接收回波信号。传感器的激励来自于天线获取的电磁脉冲(该脉冲由阅读器发送)。

无线供电技术即无线电能传输技术（Wireless Power Transfer Technology）又称无接触电能传输（Contactless Power Transmission，CPT）技术，早在1890 年，由著名电气工程师（物理学家）尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla) 提出。无线电能传输有以下几种实现方式：电磁感应式、电磁共振式和辐射式，其中辐射式又包括无线电波式、微波式、激光式和超声波式。2007年，美国麻省理工学院的马林索尔贾希克（Marin Soljacic）等人在无线电能传输方面取得了新进展，他们用两米外的一个电源，“隔空”点亮了一盏60瓦的灯泡。2008年12月17日成立无线充电联盟（Wireless Power Consortium），2010年8月31日，无线充电联盟在北京正式将Qi无线充电技术引入中国。最近，有几家公司已经生产出无线充电的手机、mp3、便携式电脑、电动汽车。如：2009年，TI和Fulton（eCoupled技术）公司合作开发电源芯片用于控制非接触式充电；2010年1月，在美国CES展览会上，海尔公司推出了“无尾电视”等。

由此可见，无线供电技术可以实现在一定距离上对设备的供电机制，而对于无线无源的声表面波传感器而言，可以将该技术和传感器发射电路相结合，利用无线供电技术对传感器上的储能器件--电容充电，电容的能量提供给回波放大电路，在传感器接收到阅读器的信号后，传感器所产生的回波信号经放大电路放大以后再发送出去，这就提高了回波信号的传输距离。

现有的无线无源声表面波传感器，由于其工作的特点，经过反射栅的多次反射后声表面波会逐渐减弱，回波信号也十分微弱，这对于阅读器接收信号十分不利，衰减的信号会影响无线通信的距离，使得信号的发送距离很短，无法远距离传输。尤其对于阅读器，不仅需要足够的发射功率，还需要极高的接收灵敏度。导致阅读器制作困难，造价十分高昂。此外由于回波信号微弱对天线的方向性要求也很高，这些都对无线无源声表面传感器的实际应用带来影响。

参考文献

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[3]何茜，朱栋山，潘银松,无线电传输系统原理分析与设计[J],技术与方法，2009,60-62.

[4]李天利，徐刚，房立存,无线无源延迟线型SAW传感器查询信号研究[J],深圳大学学报理工版，2013,527-531.

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