[发明专利]基于受控负阻抗的谐振阻抗感测

说明书

本申请公开一种电路(10)，其可以捕获谐振传感器(50)对目标的响应。传感器(50)包括其特征是谐振阻抗Z(53)和符合谐振器振荡振幅和谐振器频率的谐振状态(包含符合稳态振荡的谐振状态)的谐振器(51)。被耦接到传感器(50)的传感器数据转换器(100)包括负阻抗级(120)和负阻抗控制级(130)。级(120)响应级(130)生成的负阻抗控制信号(139)向传感器(50)提供受控负阻抗。信号(139)基于所检测到的传感器谐振状态，从而使得受控负阻抗基本抵消传感器谐振阻抗并且传感器谐振状态符合稳态振荡。

技术领域

本公开总体涉及到传感器和感测，诸如可以被用于测量或检测传感器对目标的响应，例如，基于位置、接近度或物理状态或条件。

背景技术

谐振传感器包括谐振器，其被配置为以谐振频率和振幅进行稳态(非感测)操作。谐振感测基于传感器谐振状态的变化，该传感器谐振状态的变化是通过例如由响应目标的传感器/谐振器谐振阻抗的变化而造成的谐振器振荡振幅和频率的变化来表现的。例如，通过相对于传感器的目标的接近度或位置，或者一些感测到的目标的物理状态，可以引起对目标的传感器响应。

例如，在感应感测的情况下，传感器(谐振器)阻抗受到从LC谐振器的感应感测线圈输出的磁通量的存储或损耗的影响，诸如，所述磁通量的存储或损耗可以由与传导目标相关的涡流效应造成。在传感器具有基于可变电容器的谐振器的情况下，谐振器阻抗受到电场能量的存储或损耗的影响。在压电谐振器的情况下，传感器阻抗受到压电晶体上力学应力变化的影响。

发明内容

提供了使用谐振传感器的谐振阻抗感测的装置和方法，该谐振传感器包含谐振器，其特征是谐振阻抗和谐振频率，以及符合谐振器振荡振幅和谐振器频率的谐振状态，所述谐振状态包含符合稳态振荡(稳态谐振)的谐振状态，其中谐振阻抗和谐振状态两者响应目标而变化。

谐振阻抗感测方法的各个所述实施例可以包括：(a)生成被提供(present)给传感器的受控负阻抗；(b)基于检测到的谐振状态控制负阻抗以便基本抵消传感器谐振阻抗，从而使传感器谐振状态与稳态振荡对应，其中负阻抗由负阻抗控制回路控制，负阻抗控制回路包括作为回路滤波器的传感器谐振器，以及(c)基于受控负阻抗提供传感器响应数据，从而使传感器响应数据表示传感器对目标的响应。

一个装置的实施例，其被配置为实施谐振阻抗感测方法，该装置可以包括：(a)被配置耦接到传感器并且被配置为响应于负阻抗控制信号向传感器提供受控负阻抗的负阻抗电路；以及(b)阻抗控制电路，其被配置为基于所检测到的传感器谐振状态生成负阻抗控制信号，从而使得受控负阻抗基本抵消传感器谐振阻抗进而使传感器阻抗状态符合稳态振荡。负阻抗控制回路包括作为回路滤波器的传感器谐振器，并且控制负阻抗从而使负阻抗控制信号符合表示传感器对目标的响应的传感器响应数据。

附图说明

图1A是具有受控负阻抗的谐振阻抗感测的示例功能图示，根据本发明各个方面，其包括谐振传感器(用与谐振阻抗并联的谐振器来表示)和传感器数据转换器，传感器数据转换器包括负阻抗级和负阻抗控制级，负阻抗级和负阻抗控制级建立了负阻抗控制回路，其中受控负阻抗被提供给传感器以维持稳态振荡。

图1B示出了基于LC谐振器的用于感应感测的示例谐振传感器，其中谐振阻抗可以通过(a)串联电阻Rs和(b)表示并联电阻Rp的等效电路来表征。

图1C根据本发明的各个方面示出了基于LC谐振器的用于感应感测的谐振传感器，其中并联电阻Rp(阻抗)被耦接到受控负电阻Rres，其中Rres＝-Rp符合稳态振荡。

图2示出了谐振阻抗感测的示例功能实施例，其中使用感应谐振传感器(LC谐振器)，将受控负阻抗耦接到传感器数据转换器，传感器数据转换器包括负阻抗级和负阻抗控制级，其中负阻抗级由具有可变(可控)跨导纳(trans-admittance)(gm)的跨导纳放大器来实施，并且阻抗(导纳)控制级提供gm控制信号以调制/调谐gm(导纳)，并且进而控制负阻抗。