一種長(zhǎng)距離無(wú)源無(wú)線傳感器遙測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種長(zhǎng)距離無(wú)源無(wú)線傳感器遙測(cè)系統(tǒng)，包括無(wú)源無(wú)線傳感器、傳輸線圈組和主電路；傳輸線圈組包括至少兩個(gè)電感線圈，每個(gè)電感線圈之間通過(guò)諧振式強(qiáng)磁耦合；無(wú)源無(wú)線傳感器與主電路分別與傳輸線圈組通過(guò)耦合電感連接；主電路用于通過(guò)傳輸線圈組發(fā)送激勵(lì)信號(hào)至所述無(wú)源無(wú)線傳感器，并根據(jù)無(wú)源無(wú)線傳感器反饋的調(diào)幅信號(hào)解析出被測(cè)量的變化；主電路的激勵(lì)信號(hào)頻率、無(wú)源無(wú)線傳感器反饋的調(diào)幅信號(hào)頻率和傳輸線圈組的每個(gè)線圈自諧振頻率相同。本發(fā)明利用調(diào)幅信號(hào)在電感上貯存能量的變化來(lái)進(jìn)行信號(hào)傳輸，采用諧振電感強(qiáng)磁耦合的原理實(shí)現(xiàn)了無(wú)源無(wú)線信號(hào)的長(zhǎng)距離、高效率的傳輸，且不易受環(huán)境干擾。
【專利說(shuō)明】一種長(zhǎng)距離無(wú)源無(wú)線傳感器遙測(cè)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種傳感器遙測(cè)系統(tǒng)，特別涉及一種長(zhǎng)距離無(wú)源無(wú)線傳感器遙測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)源無(wú)線傳感器不需要物理連接，也無(wú)需電源供應(yīng)，在復(fù)雜工業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用前景非常廣泛，對(duì)促進(jìn)我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展有巨大作用。無(wú)線遙測(cè)目前有以下方式:一種是射頻信號(hào)通過(guò)天線收發(fā)，其利用電磁波在空間中的收發(fā)來(lái)傳輸信號(hào)，其傳輸距離較長(zhǎng)；但全方向的天線輻射效率較低，而單方向的輻射需要不間斷的傳輸視線和復(fù)雜的追蹤設(shè)備；此夕卜，在無(wú)源應(yīng)用中，由于其必須攜帶電源，發(fā)展受到限制。另一種是電感近場(chǎng)耦合，這種方法通常利用LC并聯(lián)諧振回路:在應(yīng)變作用下，平面電感或電容的大小如果發(fā)生變化，諧振回路的諧振頻率也將改變；通過(guò)檢測(cè)回路的諧振頻率的變化就可以獲得應(yīng)變的大小。相比第一種方法，其不需要電源，但是由于尺寸限制，電感線圈尺寸很小，其有效耦合的距離非常短，因此具有檢測(cè)距離短的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提供一種長(zhǎng)距離無(wú)源無(wú)線傳感器遙測(cè)系統(tǒng)，提高無(wú)源無(wú)線傳感器信號(hào)的傳輸距離。
[0004]技術(shù)方案:一種長(zhǎng)距離無(wú)源無(wú)線傳感器遙測(cè)系統(tǒng)，包括無(wú)源無(wú)線傳感器、傳輸線圈組和主電路；所述傳輸線圈組包括至少兩個(gè)電感線圈，每個(gè)電感線圈之間通過(guò)諧振式強(qiáng)磁耦合；所述無(wú)源無(wú)線傳感器與主電路分別與所述傳輸線圈組通過(guò)耦合電感連接；
[0005]所述主電路用于通過(guò)傳輸線圈組發(fā)送激勵(lì)信號(hào)至所述無(wú)源無(wú)線傳感器，并根據(jù)所述無(wú)源無(wú)線傳感器反饋的調(diào)幅信號(hào)解析出被測(cè)量的變化；
[0006]所述無(wú)源無(wú)線傳感器用于根據(jù)傳感器檢測(cè)值的變化，反饋調(diào)幅信號(hào)至所述主電路；
[0007]所述主電路的激勵(lì)信號(hào)頻率、無(wú)源無(wú)線傳感器反饋的調(diào)幅信號(hào)頻率和傳輸線圈組的每個(gè)線圈自諧振頻率相同。
[0008]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述無(wú)源無(wú)線傳感器包括無(wú)源傳感電路和第一耦合電感；所述無(wú)源傳感電路包括傳感器及其接口電路、能量管理電路和調(diào)制電路；所述第一耦合電感、能量管理電路、傳感器及其接口電路以及調(diào)制電路依次連接構(gòu)成串聯(lián)回路；
[0009]所述傳輸線圈組包括通過(guò)諧振式強(qiáng)磁耦合的第一電感線圈、第二電感線圈；
[0010]所述主電路包括第二耦合電感和信號(hào)處理電路；所述信號(hào)處理電路包括分別與所述第二耦合電感連接的載波產(chǎn)生電路和信號(hào)調(diào)制電路；
[0011]所述第一電感線圈與第一耦合電感耦合連接，所述第二線電感圈與第二耦合電感耦合連接。
[0012]作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述第一電感線圈和第二電感線圈之間還包括若干個(gè)電感線圈，每個(gè)電感線圈通過(guò)諧振式強(qiáng)磁耦合，且每個(gè)電感線圈的自諧振頻率均相同。
[0013]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果:
[0014]1.本發(fā)明完全利用磁場(chǎng)耦合的方式進(jìn)行信號(hào)的傳輸，周圍環(huán)境對(duì)磁場(chǎng)的影響較小，對(duì)信號(hào)的干擾程度可忽略，磁場(chǎng)本身對(duì)人體的傷害也很小。
[0015]2.本發(fā)明利用了電感線圈的諧振電感強(qiáng)磁耦合原理，相比普通無(wú)源無(wú)線傳感器信號(hào)傳輸?shù)木嚯x有了極大的提高。
[0016]3.傳輸線圈組中若干個(gè)相同的電感線圈平行并列放置，極大地延長(zhǎng)了傳輸距離?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0021]實(shí)施例1:如圖1所示，一種長(zhǎng)距離無(wú)源無(wú)線傳感器遙測(cè)系統(tǒng)，包括無(wú)源無(wú)線傳感器1、傳輸線圈組2和主電路3 ;傳輸線圈組2包括兩個(gè)電感線圈，兩個(gè)電感線圈之間通過(guò)諧振式強(qiáng)磁耦合；無(wú)源無(wú)線傳感器I與主電路3分別與傳輸線圈組2通過(guò)耦合電感連接。
[0022]主電路通3過(guò)傳輸線圈組2發(fā)送激勵(lì)信號(hào)至無(wú)源無(wú)線傳感器I，并根據(jù)無(wú)源無(wú)線傳感器I反饋的調(diào)幅信號(hào)解析出被測(cè)量的變化；無(wú)源無(wú)線傳感器I根據(jù)傳感器檢測(cè)值的變化，反饋調(diào)幅信號(hào)至主電路3 ;主電路3的激勵(lì)信號(hào)頻率、無(wú)源無(wú)線傳感器I反饋的調(diào)幅信號(hào)頻率和傳輸線圈組2的每個(gè)電感線圈的自諧振頻率均相同。
[0023]如圖2所述，無(wú)源無(wú)線傳感器I包括無(wú)源傳感電路11和第一耦合電感12 ;無(wú)源傳感電路11包括傳感器及其接口電路111、整流電路112和調(diào)制電路113 ;第一耦合電感12、整流電路112、傳感器及其接口電路111以及調(diào)制電路113依次連接構(gòu)成串聯(lián)回路。
[0024]傳輸線圈組2包括通過(guò)諧振式強(qiáng)磁耦合的第一電感線圈21、第二電感線圈22。
[0025]主電路3包括第二耦合電感31和信號(hào)處理電路32 ;信號(hào)處理電路32包括分別與第二耦合電感31連接的載波產(chǎn)生電路321和信號(hào)調(diào)制電路322。
[0026]第一電感線圈21與第一耦合電感12耦合連接，第二電感線圈22與第二耦合電感31耦合連接。每個(gè)電感線圈通過(guò)諧振式強(qiáng)磁耦合，每個(gè)電感線圈的自諧振頻率均相同。傳輸線圈組2的電感線圈與第一耦合電感線圈以及第二耦合電感線圈平行并列設(shè)置。
[0027]實(shí)施例2:與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于，第一電感線圈21和第二電感線圈22之間還包括若干個(gè)電感線圈，每個(gè)電感線圈之間均為諧振式強(qiáng)磁耦合，每個(gè)電感線圈的自諧振頻率均相同。
[0028]工作原理:無(wú)源無(wú)線傳感器I接收由主電路3中載波產(chǎn)生電路321發(fā)出的載波信號(hào)，由能量管理電路112進(jìn)行整流與能量?jī)?chǔ)存，為無(wú)源無(wú)線傳感器提供能量。當(dāng)傳感器及其接口電路111檢測(cè)被測(cè)物理量發(fā)生變化時(shí)，傳感器及其接口電路111的阻抗也跟著變化，調(diào)制電路113利用變化的阻抗調(diào)制第一耦合電感12上的能量幅度。能量幅度的調(diào)幅信號(hào)變化通過(guò)傳輸線圈組2耦合到主電路3的第二耦合電感31上，最后由信號(hào)調(diào)制電路322對(duì)耦合電感31上能量變化進(jìn)行分析。由于傳輸線圈組2所有的電感線圈自諧振頻率與主電路3的激勵(lì)信號(hào)、無(wú)源無(wú)線傳感器I的調(diào)幅信號(hào)的頻率相同，當(dāng)傳輸線圈組2處于諧振狀態(tài)，強(qiáng)磁耦合時(shí)信號(hào)傳輸?shù)男时纫话銧顟B(tài)下高出數(shù)倍，因而增加傳輸線圈數(shù)量后系統(tǒng)的信號(hào)傳輸效率得到提高，在相同效率的情況下傳輸距離增大。其中，傳感器及其接口電路111中可集成多種傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器等傳感器。
[0029]工作過(guò)程:載波產(chǎn)生電路321發(fā)出頻率一定的激勵(lì)信號(hào)，經(jīng)由傳輸線圈組2耦合到能量管理電路112中進(jìn)行整流與能量?jī)?chǔ)存，為無(wú)源傳感器11提供能量。當(dāng)無(wú)源無(wú)線傳感器11所測(cè)物理量發(fā)生變化時(shí)，傳感器的感應(yīng)電容發(fā)生變化，由傳感器及其接口電路111完成c/f轉(zhuǎn)換。與此同時(shí)，傳感器及其接口電路111的阻抗發(fā)生相應(yīng)的變化，調(diào)制電路113利用阻抗變化來(lái)調(diào)制第一耦合電感12上的信號(hào)幅值。幅值變化耦合到傳輸線圈組2中，信號(hào)在傳輸線圈2中進(jìn)行諧振強(qiáng)磁耦合，最后到達(dá)主電路3的耦合電感31，信號(hào)調(diào)制電路322對(duì)耦合電感31上的幅值變化進(jìn)行分析，進(jìn)而判斷出所測(cè)物理量的變化。
[0030]使用方法:首先使用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備對(duì)無(wú)源無(wú)線傳感器進(jìn)行標(biāo)定，建立耦合電感上幅值變化與所測(cè)物理量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。系統(tǒng)工作時(shí)，對(duì)耦合電感上幅值的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，與標(biāo)定值進(jìn)行對(duì)比，即可得到待測(cè)物理量的變化。
[0031]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種長(zhǎng)距離無(wú)源無(wú)線傳感器遙測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:包括無(wú)源無(wú)線傳感器(I)、傳輸線圈組⑵和主電路(3);所述傳輸線圈組⑵包括至少兩個(gè)電感線圈，每個(gè)電感線圈之間通過(guò)諧振式強(qiáng)磁耦合；所述無(wú)源無(wú)線傳感器(I)與主電路(3)分別與所述傳輸線圈組(2)通過(guò)稱合電感連接； 所述主電路(3)用于通過(guò)傳輸線圈組(2)發(fā)送激勵(lì)信號(hào)至所述無(wú)源無(wú)線傳感器(I)，并根據(jù)所述無(wú)源無(wú)線傳感器(I)反饋的調(diào)幅信號(hào)解析出被測(cè)量的變化； 所述無(wú)源無(wú)線傳感器(I)用于根據(jù)傳感器檢測(cè)值的變化，反饋調(diào)幅信號(hào)至所述主電路(3)； 所述主電路(3)的激勵(lì)信號(hào)頻率、無(wú)源無(wú)線傳感器(I)反饋的調(diào)幅信號(hào)頻率和傳輸線圈組(2)的每個(gè)線圈自諧振頻率相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種長(zhǎng)距離無(wú)源無(wú)線傳感器遙測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述無(wú)源無(wú)線傳感器(I)包括無(wú)源傳感電路(11)和第一耦合電感(12);所述無(wú)源傳感電路(11)包括傳感器及其接口電路(111)、能量管理電路(112)和調(diào)制電路(113);所述第一耦合電感(12)、能量管理電路(112)、傳感器及其接口電路(111)以及調(diào)制電路(113)依次連接構(gòu)成串聯(lián)回路； 所述傳輸線圈組包括通過(guò)諧振式強(qiáng)磁耦合的第一電感線圈(21)、第二電感線圈(22)； 所述主電路包括第二耦合電感(31)和信號(hào)處理電路(32);所述信號(hào)處理電路(32)包括分別與所述第二耦合電感(31)連接的載波產(chǎn)生電路(321)和信號(hào)調(diào)制電路(322)； 所述第一電感線圈(21)與第一耦合電感(12)耦合連接，所述第二電感線圈(22)與第二耦合電感(31)耦合連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種長(zhǎng)距離無(wú)源無(wú)線傳感器遙測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述第一電感線圈(21)和第二電感線圈(22)之間還包括若干個(gè)電感線圈，每個(gè)電感線圈通過(guò)諧振式強(qiáng)磁耦合，且每個(gè)電感線圈的自諧振頻率均相同。
【文檔編號(hào)】G08C17/04GK103456157SQ201310436604
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】董蕾, 王立峰, 唐丹, 黃慶安 申請(qǐng)人:東南大學(xué)