一種增強(qiáng)聲表面波傳感信號(hào)強(qiáng)度的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種增強(qiáng)聲表面波傳感信號(hào)強(qiáng)度的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含聲表面波傳感模塊、閱讀模塊和無線供電模塊；無線供電模塊包含電能發(fā)射單元和電能接收單元，電能發(fā)射單元與閱讀模塊相連，電能接收單元與聲表面波傳感模塊相連；聲表面波傳感模塊包含聲表面波傳感器、激勵(lì)電路、射頻放大電路、天線和儲(chǔ)能單元；閱讀模塊包含射頻接口單元和邏輯控制單元。本實(shí)用新型利用無線供電技術(shù)使得閱讀模塊給聲表面波傳感模塊中的儲(chǔ)能單元充電，進(jìn)而給激勵(lì)電路和射頻放大電路供電，使得聲表面波傳感信號(hào)可以通過射頻放大電路增強(qiáng)后傳遞出去，極大地提高了聲表面波傳感信號(hào)的強(qiáng)度和傳輸距離。
【專利說明】一種增強(qiáng)聲表面波傳感信號(hào)強(qiáng)度的系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種增強(qiáng)聲表面波傳感信號(hào)強(qiáng)度的系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]聲表面波是在固體半空間表面存在的一種沿表面?zhèn)鞑?能量集中于表面附近的彈性波，其聲速僅為電磁波速度的十萬分之一，傳播損耗很小。聲表面波技術(shù)最早是由英國(guó)物理學(xué)家瑞利(Rayleigh)在19世紀(jì)80年代研究地震波的過程中偶爾發(fā)現(xiàn)的一種能量集中于地表面?zhèn)鞑サ穆暡āＢ暠砻娌ㄆ骷窃趬弘娀喜捎梦㈦娮庸に嚰夹g(shù)制造的叉指形電聲換能器和反射器耦合器等，利用基片材料的壓電效應(yīng)，通過輸入叉指換能器(IDT)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)，并局限在基片表面?zhèn)鞑?，輸出IDT將聲信號(hào)恢復(fù)成電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電——聲——電的變換過程，完成電信號(hào)處理，獲得各種用途的電子器件。采用先進(jìn)微電子加工技術(shù)制造的聲表面波器件具有體積小、重量輕、可靠性高、一致性好、多功能以及設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)，在通信、電視、遙控和報(bào)警系統(tǒng)中已得到廣泛應(yīng)用。隨著加工工藝的飛速發(fā)展，SAff器件的工作頻率已覆蓋10 MHz?2.5 GHz，是現(xiàn)代信息化產(chǎn)業(yè)不可或缺的關(guān)鍵元器件。
[0003]聲表面波傳感器工作方式分成延遲線型和諧振性，它的一個(gè)重要特性是可以通過無線無源的方式響應(yīng)并反饋高頻電波，聲表面波傳感器將被測(cè)量的變化通過聲表面波敏感，傳感器的工作能量來自于收發(fā)天線，閱讀器發(fā)射的射頻查詢脈沖經(jīng)傳感器天線接收進(jìn)入叉指換能器(Inter-digital Transducer, IDT),通過逆壓電效應(yīng)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲表面波信號(hào)，被測(cè)量的變化表現(xiàn)為聲表面波諧振頻率的變化并由叉指換能器轉(zhuǎn)化為電磁波后再次通過無線的方式發(fā)送出去給閱讀器接收回波信號(hào)。傳感器的激勵(lì)來自于天線獲取的電磁脈沖(該脈沖由閱讀器發(fā)送)。
[0004]無線供電技術(shù)即無線電能傳輸技術(shù)(Wireless Power Transfer Technology)又稱無接觸電能傳輸(Contactless Power Transmiss1n,CPT)技術(shù),早在1890年，由著名電氣工程師(物理學(xué)家)尼古拉?特斯拉(Nikola Tesla)提出。無線電能傳輸有以下幾種實(shí)現(xiàn)方式:電磁感應(yīng)式、電磁共振式和輻射式，其中輻射式又包括無線電波式、微波式、激光式和超聲波式。2007年，美國(guó)麻省理工學(xué)院的馬林索爾賈?？?Marin Sol jacic)等人在無線電能傳輸方面取得了新進(jìn)展，他們用兩米外的一個(gè)電源，“隔空”點(diǎn)亮了一盞60瓦的燈泡。2008年12月17日成立無線充電聯(lián)盟(Wireless Power Consortium)，2010年8月31日，無線充電聯(lián)盟在北京正式將Qi無線充電技術(shù)引入中國(guó)。最近，有幾家公司已經(jīng)生產(chǎn)出無線充電的手機(jī)、mp3、便攜式電腦、電動(dòng)汽車。如:2009年，TI和Fulton (eCoupled技術(shù))公司合作開發(fā)電源芯片用于控制非接觸式充電；2010年I月，在美國(guó)CES展覽會(huì)上，海爾公司推出了“無尾電視”等。
[0005]由此可見，無線供電技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在一定距離上對(duì)設(shè)備的供電機(jī)制，而對(duì)于無線無源的聲表面波傳感器而言，可以將該技術(shù)和傳感器發(fā)射電路相結(jié)合，利用無線供電技術(shù)對(duì)傳感器上的儲(chǔ)能器件一電容充電，電容的能量提供給回波放大電路，在傳感器接收到閱讀器的信號(hào)后，傳感器所產(chǎn)生的回波信號(hào)經(jīng)放大電路放大以后再發(fā)送出去，這就提高了回波信號(hào)的傳輸距離。
[0006]現(xiàn)有的無線無源聲表面波傳感器，由于其工作的特點(diǎn)，經(jīng)過反射柵的多次反射后聲表面波會(huì)逐漸減弱，回波信號(hào)也十分微弱，這對(duì)于閱讀器接收信號(hào)十分不利，衰減的信號(hào)會(huì)影響無線通信的距離，使得信號(hào)的發(fā)送距離很短，無法遠(yuǎn)距離傳輸。尤其對(duì)于閱讀器，不僅需要足夠的發(fā)射功率，還需要極高的接收靈敏度。導(dǎo)致閱讀器制作困難，造價(jià)十分高昂。此外由于回波信號(hào)微弱對(duì)天線的方向性要求也很高，這些都對(duì)無線無源聲表面?zhèn)鞲衅鞯膶?shí)際應(yīng)用帶來影響。
[0007]參考文獻(xiàn)
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實(shí)用新型內(nèi)容
[0014]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)【背景技術(shù)】的缺陷，提供一種增強(qiáng)聲表面波傳感信號(hào)強(qiáng)度的系統(tǒng)。
[0015]本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
[0016]—種增強(qiáng)聲表面波傳感信號(hào)強(qiáng)度的系統(tǒng)，其特征在于，包含聲表面波傳感模塊、閱讀模塊和無線供電模塊；
[0017]所述無線供電模塊包含電能發(fā)射單元和電能接收單元，所述電能發(fā)射單元與閱讀模塊相連，所述電能接收單元與聲表面波傳感模塊相連；
[0018]所述聲表面波傳感模塊包含聲表面波傳感器、激勵(lì)電路、射頻放大電路、天線和儲(chǔ)能單元，所述聲表面波傳感器通過射頻放大電路與天線相連，所述激勵(lì)電路與聲表面波傳感器相連，所述儲(chǔ)能單元分別與激勵(lì)電路、射頻放大電路、電能接收單元相連；
[0019]所述閱讀模塊包含射頻接收單元和邏輯控制單元，所述邏輯控制單元分別和射頻接口單元、電能發(fā)射單元相連，所述邏輯控制單元和外部網(wǎng)絡(luò)相連。
[0020]作為本實(shí)用新型一種增強(qiáng)聲表面波傳感信號(hào)強(qiáng)度的系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述表面波傳感器采用諧振型工作方式。
[0021]作為本實(shí)用新型一種增強(qiáng)聲表面波傳感信號(hào)強(qiáng)度的系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述表面波傳感器采用延遲線型工作方式。
[0022]本實(shí)用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
[0023]由于傳感器需要的能量很弱，用于聲表面波傳感器的無線供電模塊體積很小，可以制作成通用模塊電路，它可以很好的解決無線無源傳感器的實(shí)際應(yīng)用問題，使無線無源傳感器成為正真實(shí)用的傳感器。無線充電和閱讀器射頻激勵(lì)方式最大不同是無線充電方式可以用效率更高的方式無線輸送功率，采用“磁耦合共振”等技術(shù)，它消耗電能只有傳統(tǒng)電磁感應(yīng)供電技術(shù)的百萬分之一。這種磁耦合共振的方式供應(yīng)電能的效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于通過激發(fā)電磁脈沖產(chǎn)生的電能。這是采用本專利方法優(yōu)于普通聲表面波閱讀器脈沖激勵(lì)法的最重要原因。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是聲表面波傳感模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖2是閱讀模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖；
[0026]圖3是系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0028]本實(shí)用新型公開了種增強(qiáng)聲表面波傳感信號(hào)強(qiáng)度的系統(tǒng)及其控制方法，該系統(tǒng)主要包含聲表面波傳感模塊、閱讀模塊和無線供電模塊。
[0029]I)無線供電模塊
[0030]無線供電模塊包含電能發(fā)射單元和電能接收單元，所述電能發(fā)射單元與閱讀模塊相連，所述電能接收單元與聲表面波傳感模塊相連。
[0031]所述閱讀模塊一側(cè)的電能發(fā)射單元可以放置在閱讀器中，和閱讀器做成一體，也可以單獨(dú)在閱讀器外部。
[0032]電能發(fā)射單元采用間隙供電模式，即閱讀模塊中的射頻接口單元通過檢測(cè)有無傳感器發(fā)出的電磁波信號(hào)，判斷聲表面波傳感模塊中的儲(chǔ)能單元有無電能。若無電能，閱讀模塊的邏輯控制單元就調(diào)整電能發(fā)射單元的充電頻率；若有電能，則使得系統(tǒng)可以自動(dòng)確保最佳充電頻率。所說的最佳充電頻率是指保證閱讀模塊能夠可靠讀取傳感，模塊發(fā)出的聲表面波信號(hào)的最低頻率；通常該頻率的上限是無線傳感的最遠(yuǎn)距離。
[0033]2)聲表面波傳感模塊
[0034]所述聲表面波傳感模塊包含聲表面波傳感器、激勵(lì)電路、射頻放大電路、天線和儲(chǔ)能單元，所述聲表面波傳感器通過射頻放大電路與天線相連，所述激勵(lì)電路與聲表面波傳感器相連，所述儲(chǔ)能單元分別與激勵(lì)電路、射頻放大電路、電能接收單元相連；。
[0035]聲表面波傳感器采用諧振型或者延遲線型的工作方式，其采用無線無源的工作方式。
[0036]聲表面波傳感器由叉指換能器(IDT)、天線、反射柵和吸聲材料附著在壓電基片上組成。
[0037]所述聲表面波傳感器在激勵(lì)電路的激勵(lì)下產(chǎn)生諧振，諧振頻率隨被測(cè)物理量的變化而改變，諧振頻率由叉指換能器送入射頻放大電路(本實(shí)用新型以諧振型聲表面波為主)，通過射頻放大電路放大，使得該信號(hào)的強(qiáng)度增強(qiáng)后，再經(jīng)天線把該信號(hào)發(fā)出給閱讀器。
[0038]儲(chǔ)能單元通過電能接收單元傳輸來的電能給激勵(lì)電路及射頻放大電路供電，該單元包含整流電路、穩(wěn)壓電路和電容器，其核心是電容器，它的優(yōu)點(diǎn)是充電時(shí)間短，沒有充放電次數(shù)的限制，可以在很寬的溫度范內(nèi)工作。通過電能接收單元將無線電波中的能量轉(zhuǎn)換成交變的電壓信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)整流后對(duì)電容器進(jìn)行充電，該過程也是一個(gè)濾波過程。電容器上的電壓經(jīng)穩(wěn)壓處理后作為聲表面波傳感模塊的供電電源。
[0039]3)閱讀模塊
[0040]如圖2所示，閱讀模塊包含射頻接收單元和邏輯控制單元，所述邏輯控制單元分別和射頻接收單元、電能發(fā)射單元相連，所述邏輯控制單元和外部網(wǎng)絡(luò)相連。
[0041]閱讀器的基本任務(wù)是和聲表面波傳感器建立通信關(guān)系，完成對(duì)聲表面波傳感器的讀寫操作，并控制電能發(fā)射單元給聲表面波傳感模塊進(jìn)行充電。射頻接收單元是整個(gè)閱讀器的射頻前端，主要負(fù)責(zé)射頻信號(hào)和聲表面波信號(hào)的接收；邏輯控制單元是整個(gè)閱讀器的控制中心，一般由微處理器、應(yīng)用接口驅(qū)動(dòng)和存儲(chǔ)單元組成。
[0042]閱讀器采取連續(xù)工作的方式，讀取聲表面波傳感模塊傳遞來的信息，提高了系統(tǒng)處理動(dòng)態(tài)信號(hào)的能力。被測(cè)物理量的變化表現(xiàn)為聲表面波諧振頻率的變化并由叉指換能器轉(zhuǎn)化為電磁波后通過無線的方式發(fā)送出去給閱讀器的射頻接口單元接收，最后通過邏輯控制單元傳遞給外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行后續(xù)處理。
[0043]系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。
[0044]本實(shí)用新型還公開了一種基于該增強(qiáng)聲表面波傳感信號(hào)強(qiáng)度系統(tǒng)的控制方法，包含以下步驟:
[0045]步驟1)，所述閱讀模塊中的邏輯控制單元接收到工作指令后，控制電能發(fā)射單元向所述聲表面波傳感模塊一側(cè)的電能接收單元通過無線的方式發(fā)送電能；
[0046]步驟2 ),所述電能接收單元將接收到的電能存儲(chǔ)到儲(chǔ)能單元中，所述儲(chǔ)能單元分別給射頻放大電路和激勵(lì)電路供電；
[0047]步驟3)，所述聲表面波傳感器在激勵(lì)電路的作用下生成含有被測(cè)物理量信息的高頻電信號(hào)，并將該高頻信號(hào)傳遞給射頻放大電路；
[0048]步驟4)，所述含有被測(cè)物理量信息的信號(hào)經(jīng)射頻放大電路放大后，由天線發(fā)送給所述閱讀模塊；
[0049]步驟5)，所述閱讀模塊的射頻接口單元接收到來含有被測(cè)物理量信息的信號(hào)后，將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳遞給邏輯控制單元；
[0050]步驟6)，所述邏輯控制單元讀取接收到的含有被測(cè)物理量信息的數(shù)字信號(hào)后，將其傳遞給外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行后續(xù)處理。
[0051]所述電能發(fā)射單元采用間隙供電模式向所述電能接收單元發(fā)送電能。
[0052]以上所述的【具體實(shí)施方式】，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種增強(qiáng)聲表面波傳感信號(hào)強(qiáng)度的系統(tǒng)，其特征在于，包含聲表面波傳感模塊、閱讀模塊和無線供電模塊； 所述無線供電模塊包含電能發(fā)射單元和電能接收單元，所述電能發(fā)射單元與閱讀模塊相連，所述電能接收單元與聲表面波傳感模塊相連； 所述聲表面波傳感模塊包含聲表面波傳感器、激勵(lì)電路、射頻放大電路、天線和儲(chǔ)能單元，所述聲表面波傳感器通過射頻放大電路與天線相連，所述激勵(lì)電路與聲表面波傳感器相連，所述儲(chǔ)能單元分別與激勵(lì)電路、射頻放大電路、電能接收單元相連； 所述閱讀模塊包含射頻接收單元和邏輯控制單元，所述邏輯控制單元分別和射頻接口單元、電能發(fā)射單元相連，所述邏輯控制單元和外部網(wǎng)絡(luò)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)聲表面波傳感信號(hào)強(qiáng)度的系統(tǒng)，其特征在于，所述聲表面波傳感器采用諧振型工作方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)聲表面波傳感信號(hào)強(qiáng)度的系統(tǒng)，其特征在于，所述聲表面波傳感器采用延遲線型工作方式。
【文檔編號(hào)】G01D3/02GK204202623SQ201420576767
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月8日
【發(fā)明者】張若昀, 林亮, 趙敏, 姚敏, 程遠(yuǎn)璐, 鄔琳琳 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)