[发明专利]一种通用电抗型传感元件用无源无线遥测接口芯片

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感元件用无线遥测接口，特别是采用声表面波技术的一种通用电抗型传感元件用无源无线遥测接口芯片

背景技术

物联网的兴起推动了传感器的发展，新型无线传感器成为研发重点。无线传感，是通过无线信道实现传感信息获取过程。被动式无线传感系统，由应答器、读写器和信息处理机构成(图1)。应答器是一个能在待测环境中运行并具有产生及回传环境参量传感信息的独立部件，主要由传感元件、无线遥测接口和天线组成，其中无线遥测接口是实现传感信息射频无线电化的部件。读写器是激励应答器工作和接收射频传感信号的设备。

国际标准推荐无线传感系统使用860MHz～960MHz超高频频段，北美为902～928MHz，欧洲为865～868MHz，而我国拟采用840～845MHz和920～925MHz两个频段。

现今成熟的通用传感元件要实现无线传感功能，其应答器几乎都必须连接电路复杂的无线遥测接口，而一般采用的无线遥测接口，结构复杂且需要提供直流电源。简化应答器的无线遥测接口，尽量降低应答器的外接能源要求，是所有应答器追求的目标。

目前，广受重视的声表面波无线传感系统，其应答器是一种采用声表面波技术制作的无源应答器，其特点是它将传感元件与无线遥测接口两者功能集于一身：基于声表面波器件中压电晶片上的叉指换能器(IDT)在直连射频天线后能实现电磁波收发功能，并利用压电基片的机械特性或其上吸附膜质量效应对外界环境参数的敏感性，采用被动式无线传感系统的射频激励检测回波方式来实现环境敏感参量的无线遥测。目前在电力系统温度在线实时检测中得到推广应用的是声表面波谐振器型无源无线传感系统，其原理示意如图2示。

近来，将声表面波器件与通用电学传感器结合，以通用传感元件的敏感电学特性调制声表面波器件可测电特性来实现无线传感功能的应答器研究工作得到重视。本文涉及的是声表面波谐振器接口型应答器(简称接口型应答器)，其中用声表面波谐振器作为无线遥测接口核心元件。它是利用通用电抗型传感元件的敏感电抗变化来调制声表面波谐振器匹配网络频率以实现其无线传感功能。图3为声表面波谐振器接口型应答器结构示意。

本文所指的通用电抗型传感元件，是指目前已成熟的，以电抗变化为敏感信息的传感元件。

可见，声表面波谐振器接口型应答器与前述声表面波谐振器型无源无线传感系统的应答器应用原理相同，也是采用被动式无线传感系统的射频激励检测回波频率方式来实现环境敏感参量的无线传感。目前较成熟的声表面波谐振器型无源无线传感系统的阅读器和信息处理机也完全适合于此类接口型应答器。

对于一般有源通用电抗型传感元件，如接口型应答器携带微型电池，属于有源应答器类型；如接口型应答器有射频电能转换装置，并由阅读器采用射频供电，则属于半无源应答器类型。如电抗型传感元件是无源的，那么，接口型应答器也是无源的。

所以，声表面波谐振器接口型应答器简单易用，有较大的应用前景，本专利就是对此种应答器的改进。

发明内容

声表面波谐振器接口型应答器具有如下特征：

1.采用声表面波谐振器作为其无线遥测接口的核心元件；

2.采用声表面波无线传感系统的射频激励检测回波频率方式获取传感信息；

3.其功能等价于声表面波无线传感系统的常规应答器，实现环境敏感参量的无线传感功能；

4.所用无线遥测接口是无源的，大大降低了应答器的电源要求。如通用电抗型传感元件也是无源的，则整个应答器也是无源的，就可构成无源无线传感系统。

声表面波谐振器接口型应答器由三部分构成(图3)：通用电抗型传感元件，采用声表面波谐振器为核心元件的无线遥测接口，小型化天线。

由于声表面波谐振器具有收发脉冲电磁波功能，采用通用电抗型传感元件的电抗传感信号调制声表面波谐振器的频率特性就能使其完成无线遥测接口功能。

声表面波谐振器接口型应答器的工作原理是：被动式无线传感系统的阅读器，向接口型应答器发出激励脉冲电磁波信号，接口型应答器对同频脉冲电磁波产生谐振接收，获得能量；在激励脉冲停止后，利用所存储的能量将通用电抗型传感元件所产生的模拟传感信号变换为射频频率信号，并发回阅读器接收处理；阅读器和信息处理机提取环境参量变化值，实现环境参量的无线传感功能。

对于半无源接口型应答器，所用无线传感系统的阅读器还应提供射频供电。

为彰显传感信息，接口的外特性必须具有最佳的阻抗匹配和频率牵引的作用：