[发明专利]一种基于声表面波传感器的数据测量方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及传感技术领域，具体地，涉及一种基于声表面波传感器的数据测量方法和装置。

背景技术

声表面波理论始于1885年英国物理学家瑞利(Lord Rayleigh)题为《沿弹性体平滑表面传播的波》的论文，他首次在理论上提出，除了人们已熟知的属于声体波的纵波和横波以外，还可能存在另一种形式的波，这种波被称为声表面波(SAW)。不久，声表面波研究工作首先在地震领域开展起来，在地震研究和非破坏性检测方面取得了大量成就。

1965年，加利福利亚大学的怀特(Whi te)和伍尔特默(Voltmer)发明了一种有效的激励和检测声表面波的叉指换能器(IDT)，叉指换能器的出现首次让声表面波正式登上了电子学舞台。很快，声表面波延迟线，声表面波卷积器，声表面波谐振器，声表面波振荡器，声表面波传感器雨后春笋般的出现。

现有技术已经提出了许多关于无源无线声表面波的专利申请，如专利申请号：02113358.1《无源无线声表面波多传感器系统及采用的频分识别方法》和专利申请号：02113480.4《谐振编码型声表面波无源无线阵列传感系统》都公开了声表面波读写器及解调信息的方案。上述申请提供的方案传感时间长，频谱利用率低，系统复杂，不适合用于现场作业环境。

又如专利申请号200910084148《一种集成式的声表面波无线温度传感器》公开了一种集成度很高的温度传感系统，此方案也是读写器发射电磁波被传感器接收后，直接测量返回信号特征，通过扫频方式来确定谐振频率，具有传感时间长，频谱利用率低等缺点。

又如专利号201110171525.8《基于声表面波的无线传感器网络远程温度在线监测系统》、专利号201210372485.8《一种基于双天线通道的无源无线测温方法》、专利号201220607908.5《声表面波无线无源传感器系统的读写器》、专利号201310139332.3《提高声表面波无线传感信号检测灵敏度的方法》、专利号201310148310.3《多频谱声表面波器件频率识别装置》、专利号201310568587.1《声表面波传感器频率-温度解析时域算法》等公开的技术方案都是发射扫频电磁波，传感器接收后，由于逆压电效应转化为声表面波，停止发射后，声表面波由于压电效应转化为携带传感信息的电磁波，被读写器接收后，根据返回电磁波的特征(功率、频率、相位)来判断谐振频率，继而算出传感信息。上述方案都存在频率利用率低(需要扫描一个传感器全频带才可以)，因此传感时间长，传感精度低，易受到干扰、可靠性低的问题。

又如专利号201210397715.6《一种基于无源无线声表面波温度传感器的温度检测方法》、201210561026.4《无源无线声表面波温度传感器饱和程度检测调节方法》等公开的技术方案虽然包含自动调节功能，但是调节的是发射增益，并不是调节发射频率跟踪谐振频率，并没有解决传感时间长、读取的传感器数量少、传感精度低等缺点。

发明内容

为了解决现有技术中存在的传感时间长、测量精度差等问题，本发明提出了一种基于声表面波传感器的数据测量方法和装置。

该方法包括：

步骤A：向声表面波传感器发射电磁波，接收所述声表面波传感器的返回功率；

步骤B：根据预设的第一扫频步长增加发射频率持续发射电磁波，并在每次发射之后接收返回功率，直至获取所述声表面波传感器全频带的返回功率；

步骤C：计算所述各扫频点的返回功率中的最大值第一功率和次大值第二功率，在所述第一功率和所述第二功率分别对应的发射频率之间，采用闭环控制算法逐步缩小扫频步长发射电磁波，并接收返回功率；

步骤D：重复所述步骤C，直至最后一次扫频步长达到预设的第二扫频步长，计算最后一次返回功率中的最大值第三功率。

本发明的基于声表面波传感器的数据测量方法，采用闭环控制算法，扫频步长根据待测量数据差进行调整，测量精度更高。由于读写器时刻跟踪传感器谐振频率，因此无需扫频全带宽，大大缩短了传感时间。精确跟踪谐振频率，工作时只需保证每个传感器的谐振频率不重合即可，因此传感器之间的全工作频带可以有部分重合，有效利用宝贵的频率带宽资源，每个天线可以带更多的传感器，形成分布式传感，扩大了声表面波传感的适用性。而且由于本发明公开的数据测量方法占用频带窄，精确跟踪谐振频率，受到干扰的概率大大降低。

该装置包括：

初步扫频模块，用于向声表面波传感器发射电磁波，接收所述声表面波传感器的返回功率；