無源無線聲表面波器件多路識別方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種無源無線聲表面波器件多路識別方法及系統(tǒng)。方法包括(11)發(fā)送問詢信號：閱讀器發(fā)射由問詢編碼與載波進行相位調(diào)制后的射頻問詢信號；(12)接收反射信號：閱讀器接收來自各聲表面波器件的反射信號；(13)識別脈沖信號：閱讀器判別反射信號中是否存在尖峰脈沖，如是，則閱讀器作用區(qū)域內(nèi)存在與問詢編碼匹配的聲表面波器件；(14)提取相位信息：閱讀器通過解調(diào)，提取脈沖信號的相位信息，從而讀取與問詢編碼匹配的聲表面波器件的信息。系統(tǒng)包括一個閱讀器(100)和多個聲表面波器件(200)。本發(fā)明的方法和系統(tǒng)，通過碼分多址技術實現(xiàn)反射信號異步時聲表面波器件的多路讀取。
【專利說明】
無源無線聲表面波器件多路識別方法及系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于聲表面波應用技術領域，特別是一種能夠?qū)Χ鄠€無源無線聲表面波器件進行識別及信息讀取的方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]聲表面波器件即基于聲表面波在壓電基片上的傳播特性進行工作的電子器件，它包括聲表面波傳感器、聲表面波標簽(應答器)、聲表面波執(zhí)行器等。由于聲表面波在傳播和轉(zhuǎn)換的過程中損耗的能量很小，使得聲表面波器件可通過天線直接接收電磁波信號并轉(zhuǎn)換成聲表面波，還可在不需要外部電源供電的情況下實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換和變換，因此，聲表面波器件可實現(xiàn)無源工作和無線傳輸。聲表面波器件除了無源無線的工作特性外，還具有可靠性高、環(huán)境適應性強、結構簡單、應用靈活等優(yōu)點，在信息感測、物品識別、信號處理等領域有廣泛的應用。
[0003]無源無線聲表面波器件的實際應用系統(tǒng)一般由一個閱讀器(問詢器)和多個聲表面波器件組成。工作時聲表面波器件通過天線接收閱讀器發(fā)射的射頻問詢信號，并通過梳齒換能器轉(zhuǎn)換成聲表面波，聲表面波在壓電基片上傳播，遇到反射柵進行反射后再傳到換能器，或直接傳到另一組換能器，梳齒換能器將聲表面波轉(zhuǎn)換成電信號后通過天線反射回閱讀器，閱讀器通過對反射信號進行處理實現(xiàn)對聲表面波器件的識別和信息讀取。
[0004]因無源無線聲表面波器件的結構簡單，使得聲表面波器件與閱讀器之間的通信過程中沒有復雜的傳輸媒介訪問控制機制，致使多個聲表面波器件的反射信號到達閱讀器時會互相干擾，從而導致閱讀器不能識別和讀取器件信息，這就是無源無線聲表面波器件的多路識別與多路信息讀取問題。目前實際可用的聲表面波器件多路識別與讀取方法主要包括時分復用、頻分復用和碼分多址技術。時分復用和頻分復用技術比較成熟，但受到器件尺寸和頻譜資源的限制，使得閱讀器可同時讀取的聲表面波器件的數(shù)量較少。碼分多址技術能夠應用的前提是正交的多路信號具有同步性，然后進行相關運算來對多路信號進行解析。然而由于信號傳播延時不同，使得各聲表面波器件的反射信號到達閱讀器時不可能同步。
[0005]因此，現(xiàn)有技術存在的問題是:碼分多址技術無法實現(xiàn)反射信號異步時聲表面波器件的多路讀取。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種無源無線聲表面波器件多路識別方法，通過碼分多址技術實現(xiàn)反射信號異步時聲表面波器件的多路讀取。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于提供一種實現(xiàn)上述無源無線聲表面波器件多路識別方法的系統(tǒng)。
[0008]實現(xiàn)本發(fā)明目的的一種技術方案為:
[0009]—種無源無線聲表面波器件多路識別方法，適用于一個閱讀器對多個聲表面波器件的識別和信息讀取，包括如下步驟:
[0010](11)發(fā)送問詢信號:閱讀器發(fā)射由問詢編碼與載波進行相位調(diào)制后的射頻問詢信號；
[0011](12)接收反射信號:閱讀器接收來自各聲表面波器件的反射信號，該反射信號為問詢信號與聲表面波器件編碼進行互相關運算后的電磁波信號；
[0012](13)識別脈沖信號:閱讀器判別反射信號中是否存在尖峰脈沖，如是，則閱讀器作用區(qū)域內(nèi)存在與問詢編碼匹配的聲表面波器件；
[0013](14)提取相位信息:閱讀器通過解調(diào)，提取脈沖信號的相位信息，從而讀取與問詢編碼匹配的聲表面波器件的信息。
[0014]實現(xiàn)本發(fā)明目的的另一種技術方案為:
[0015]—種無源無線聲表面波器件多路識別方法，適用于多個聲表面波器件對同一個閱讀器的響應，包括如下步驟:
[0016](21)接收問詢信號:聲表面波器件接收由問詢編碼與載波相位調(diào)制而成的來自閱讀器的射頻問詢信號；
[0017](22)進行相關運算:聲表面波器件利用片上相關器實現(xiàn)問詢信號與自身編碼的互相關運算；
[0018](23)發(fā)射反射信號:聲表面波器件將問詢信號與自身編碼的互相關運算結果轉(zhuǎn)換為電磁波信號并發(fā)射出去，供閱讀器識別和信息提取。
[0019]實現(xiàn)本發(fā)明另一目的的技術方案為:
[0020]一種無源無線聲表面波器件多路識別系統(tǒng)，包括一個閱讀器和多個聲表面波器件，所述閱讀器包括:
[0021]問詢信號發(fā)送單元(101)，用于發(fā)射由問詢編碼與載波進行相位調(diào)制后的射頻問詢信號；
[0022]反射信號接收單元(102)，用于接收來自各聲表面波器件的反射信號，該反射信號為問詢信號與聲表面波器件編碼進行互相關運算后的電磁波信號；
[0023]脈沖信號識別單元(103)，用于判別反射信號中是否存在尖峰脈沖，如是，則閱讀器作用區(qū)域內(nèi)存在與問詢編碼匹配的聲表面波器件；
[0024]相位信息提取單元(104)，用于通過解調(diào)，提取脈沖信號的相位信息，從而讀取與問詢編碼匹配的聲表面波器件的信息。
[0025]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點為:
[0026]本發(fā)明將碼分多址技術的相關運算由閱讀器端轉(zhuǎn)移到聲表面波器件端上，從而解決了各器件反射信號的異步性導致不能正交解碼的問題。因此，基于碼分多址技術實現(xiàn)了反射信號異步時聲表面波器件的多路讀取。
[0027]本發(fā)明所述該方法之片上相關器實際是多組叉指換能器的聯(lián)接，器件結構簡單成本低易于實現(xiàn)。
[0028]本發(fā)明所述方法的器件編碼豐富，單個系統(tǒng)包含的器件數(shù)量大，應用靈活。
[0029]綜上，本發(fā)明所述的方法可有效地解決大量無源無線聲表面波器件同時工作的識別和信息讀取問題，在射頻識別和分布式監(jiān)測等領域具有巨大的應用潛力。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明無源無線聲表面波器件多路識別系統(tǒng)結構原理圖。
[0031]圖2為基于聲表面波相關器的雙端口器件示意圖。
[0032]圖3為基于聲表面波相關器的單端口器件示意圖。
[0033]圖4為本發(fā)明無源無線聲表面波器件多路識別方法的工作原理圖。
[0034]圖中，閱讀器100，問詢信號發(fā)送單元101，反射信號接收單元102，脈沖信號識別單元103，相位信息提取單元104，閱讀器天線105，
[0035]聲表面波器件200，問詢信號接收單元201，信號相關運算單元202，反射信號發(fā)射單元203，壓電基片204，叉指換能器205，相關器206，匯流條207，器件天線208，接收天線209，發(fā)送天線210，器件編碼211，問詢信號轉(zhuǎn)換的聲表面波信號212，互相關信號轉(zhuǎn)換的聲表面波信號213。
【具體實施方式】
[0036]如圖1所示，本發(fā)明一種無源無線聲表面波器件多路識別系統(tǒng)，包括一個閱讀器100和多個聲表面波器件200，所述閱讀器100包括:
[0037]問詢信號發(fā)送單元101，用于發(fā)射由問詢編碼與載波進行相位調(diào)制后的射頻問詢信號；
[0038]反射信號接收單元102，用于接收來自各聲表面波器件的反射信號，該反射信號為問詢信號與聲表面波器件編碼進行互相關運算后的電磁波信號；
[0039]脈沖信號識別單元103，用于判別反射信號中是否存在尖峰脈沖，如是，則閱讀器作用區(qū)域內(nèi)存在與問詢編碼匹配的聲表面波器件；
[0040]相位信息提取單元104，用于通過解調(diào)，提取脈沖信號的相位信息，從而讀取與問詢編碼匹配的聲表面波器件的信息。
[0041 ]所述聲表面波器件200包括:
[0042]問詢信號接收單元201，用于接收來自閱讀器100的射頻問詢信號；
[0043]信號相關運算單元202，用于實現(xiàn)問詢信號與自身編碼的互相關運算；
[0044]反射信號發(fā)射單元203，用于將問詢信號與自身編碼的互相關運算結果轉(zhuǎn)換為電磁波信號并發(fā)射出去，供閱讀器識別和信息提取。
[0045]所述聲表面波器件200的信號相關運算單元202包括由多組不同極性的叉指換能器并聯(lián)組成的片上相關器206，所述片上相關器206中叉指換能器的聯(lián)接方式?jīng)Q定該聲表面波器件的編碼。
[0046]聲表面波器件200—般為壓電基片204上鍍制有叉指換能器205的電子器件。工作時，閱讀器100通過天線105發(fā)射射頻問詢信號，各器件通過天線208接收問詢信號后由叉指換能器205轉(zhuǎn)換為聲表面波信號并在基片204表面?zhèn)鞑ァＢ暠砻娌ㄔ趥鞑ミ^程中遇見叉指換能器205又轉(zhuǎn)換為電磁信號并經(jīng)天線208發(fā)射出去作為反射信號，閱讀器100收到各器件200的反射信號后進行信號分析處理，從而實現(xiàn)對各器件200的識別和信息讀取。
[0047]由于在閱讀器問詢信號覆蓋范圍內(nèi)的所有聲表面波器件均反射信號，閱讀器接收到的是各反射信號的異步疊加，使得各器件反射信號之間產(chǎn)生了強烈的干擾，從而導致閱讀器無法對各器件進行識別和信息讀取。為了解決反射信號之間的相互干擾問題，本發(fā)明采用聲表面波相關器技術，使問詢信號與器件編碼在器件端做互相關運算，并將運算結果以反射信號形式反饋給閱讀器。由于只有與問詢編碼匹配的器件才會產(chǎn)生明顯的尖峰脈沖，因此閱讀器能夠?qū)ζヅ涞穆暠砻娌ㄆ骷M行識別和信息讀取。當閱讀器將編碼集內(nèi)所有編碼都以問詢信號的形式逐一發(fā)送，則可實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)所有器件的識別和信息讀取。
[0048]聲表面波器件的一種實施例示意圖如圖2所示，該器件主要由基片204，叉指換能器205、相關器206、接收天線209、發(fā)送天線210組成。叉指換能器205用于電信號與聲表面波信號之間的轉(zhuǎn)換。相關器206是由多組不同極性的叉指換能器并聯(lián)組成，同極性表示編碼“+I”，異極性表示編碼“-Γ，則器件編碼211由206中各組叉指換能器的聯(lián)接形式確定，每組叉指換能器的周期數(shù)為器件編碼211的碼片長度，從而可實現(xiàn)器件編碼與輸入信號的互相關運算。工作時天線209接收調(diào)制有問詢編碼的問詢信號并傳遞給叉指換能器205，205將電信號轉(zhuǎn)換成聲表面波信號212并沿基片傳播，聲表面波信號212輸入相關器206與器件編碼211進行互相關運算，運算結果以電信號形式通過匯流條207傳遞到天線210并發(fā)射出去，因此該器件為雙端口器件。
[0049]聲表面波器件的另一種實施例示意圖如圖3所示，該器件與上述雙端口器件類似，主要由基片204，叉指換能器205、相關器206和天線208組成，不同之處在于換能器205與相關器206通過匯流條207并聯(lián)在一起，并與天線208相連，天線208既為接收天線又為發(fā)射天線，因此該器件為單端口器件。工作時天線208接收調(diào)制有問詢編碼的問詢信號并通過匯流條207分別傳遞給叉指換能器205和相關器206。在205—側(cè)，換能器205將電信號轉(zhuǎn)換成聲表面波信號212并沿基片傳播，聲表面波信號212輸入相關器206與器件編碼211進行互相關運算，運算結果以電信號形式流入?yún)R流條207。在206—側(cè)，相關器206實現(xiàn)輸入信號與器件編碼211之間的互相關運算，運算結果轉(zhuǎn)換為聲表面波213并沿基片傳播，信號213到達換能器205后轉(zhuǎn)換成為電信號并流入?yún)R流條207。由于兩側(cè)信號的變換結果一致，205和206兩側(cè)匯入?yún)R流條207的信號可以實現(xiàn)同相疊加并通過天線208發(fā)射出去。
[0050]如圖4所示，本發(fā)明無源無線聲表面波器件多路識別方法，適用于一個閱讀器100對多個聲表面波器件200的識別和信息讀取，包括如下步驟:
[0051](11)發(fā)送問詢信號:閱讀器發(fā)射由問詢編碼與載波進行相位調(diào)制后的射頻問詢信號；
[0052]所述問詢編碼為二進制編碼。
[0053](12)接收反射信號:閱讀器接收來自各聲表面波器件的反射信號，該反射信號為問詢信號與聲表面波器件編碼進行互相關運算后的電磁波信號；
[0054]聲表面波器件編碼為二進制編碼。
[0055]所述(12)接收反射信號步驟中的互相關運算為:
[0056]當問詢信號中的問詢編碼與聲表面波器件編碼不一致時，反射信號呈現(xiàn)無序狀態(tài)，表現(xiàn)為噪聲；
[0057]當問詢信號中的問詢編碼與聲表面波器件編碼一致時，反射信號呈現(xiàn)一尖峰脈沖。
[0058](13)識別脈沖信號:閱讀器判別反射信號中是否存在尖峰脈沖，如是，則閱讀器作用區(qū)域內(nèi)存在與問詢編碼匹配的聲表面波器件；
[0059](14)提取相位信息:閱讀器通過解調(diào)，提取脈沖信號的相位信息，從而讀取與問詢編碼匹配的聲表面波器件的信息。
[0060]如圖4所示，本發(fā)明無源無線聲表面波器件多路識別方法，適用于多個聲表面波器件對同一個閱讀器的響應，包括如下步驟:
[0061](21)接收問詢信號:聲表面波器件接收由問詢編碼與載波相位調(diào)制而成的來自閱讀器的射頻問詢信號；
[0062](22)進行相關運算:聲表面波器件利用片上相關器實現(xiàn)問詢信號與自身編碼的互相關運算；
[0063](23)發(fā)射反射信號:聲表面波器件將問詢信號與自身編碼的互相關運算結果轉(zhuǎn)換為電磁波信號并發(fā)射出去，供閱讀器識別和信息提取。
[0064]問詢編碼為二進制編碼，聲表面波器件編碼為二進制編碼。
[0065]所述(22)進行相關運算步驟中的互相關運算為:
[0066]當問詢信號中的問詢編碼與聲表面波器件編碼不一致時，反射信號呈現(xiàn)無序狀態(tài)，表現(xiàn)為噪聲；
[0067]當問詢信號中的問詢編碼與聲表面波器件編碼一致時，反射信號呈現(xiàn)一尖峰脈沖。
【主權項】
1.一種無源無線聲表面波器件多路識別方法，適用于一個閱讀器對多個聲表面波器件的識別和信息讀取，其特征在于，包括如下步驟: (11)發(fā)送問詢信號:閱讀器發(fā)射由問詢編碼與載波進行相位調(diào)制后的射頻問詢信號； (12)接收反射信號:閱讀器接收來自各聲表面波器件的反射信號，該反射信號為問詢信號與聲表面波器件編碼進行互相關運算后的電磁波信號； (13)識別脈沖信號:閱讀器判別反射信號中是否存在尖峰脈沖，如是，則閱讀器作用區(qū)域內(nèi)存在與問詢編碼匹配的聲表面波器件； (14)提取相位信息:閱讀器通過解調(diào)，提取脈沖信號的相位信息，從而讀取與問詢編碼匹配的聲表面波器件的信息。2.根據(jù)權利要求1所述的多路識別方法，其特征在于:所述問詢編碼為二進制編碼，聲表面波器件編碼為二進制編碼。3.根據(jù)權利要求1所述的多路識別方法，其特征在于，所述(12)接收反射信號步驟中的互相關運算為: 當問詢信號中的問詢編碼與聲表面波器件編碼不一致時，反射信號呈現(xiàn)無序狀態(tài)，表現(xiàn)為噪聲； 當問詢信號中的問詢編碼與聲表面波器件編碼一致時，反射信號呈現(xiàn)一尖峰脈沖。4.一種無源無線聲表面波器件多路識別方法，適用于多個聲表面波器件對同一個閱讀器的響應，其特征在于，包括如下步驟: (21)接收問詢信號:聲表面波器件接收由問詢編碼與載波相位調(diào)制而成的來自閱讀器的射頻問詢信號； (22)進行相關運算:聲表面波器件利用片上相關器實現(xiàn)問詢信號與自身編碼的互相關運算； (23)發(fā)射反射信號:聲表面波器件將問詢信號與自身編碼的互相關運算結果轉(zhuǎn)換為電磁波信號并發(fā)射出去，供閱讀器識別和信息提取。5.根據(jù)權利要求4所述的多路識別方法，其特征在于:問詢編碼為二進制編碼，聲表面波器件編碼為二進制編碼。6.根據(jù)權利要求4所述的多路識別方法，其特征在于:所述(22)進行相關運算步驟中的互相關運算為: 當問詢信號中的問詢編碼與聲表面波器件編碼不一致時，反射信號呈現(xiàn)無序狀態(tài)，表現(xiàn)為噪聲； 當問詢信號中的問詢編碼與聲表面波器件編碼一致時，反射信號呈現(xiàn)一尖峰脈沖。7.—種無源無線聲表面波器件多路識別系統(tǒng)，包括一個閱讀器(100)和多個聲表面波器件(200 )，其特征在于，所述閱讀器(100)包括: 問詢信號發(fā)送單元(101)，用于發(fā)射由問詢編碼與載波進行相位調(diào)制后的射頻問詢信號； 反射信號接收單元(102)，用于接收來自各聲表面波器件的反射信號，該反射信號為問詢信號與聲表面波器件編碼進行互相關運算后的電磁波信號； 脈沖信號識別單元(103)，用于判別反射信號中是否存在尖峰脈沖，如是，則閱讀器作用區(qū)域內(nèi)存在與問詢信號匹配的聲表面波器件； 相位信息提取單元(104)，用于通過解調(diào)，提取脈沖信號的相位信息，從而讀取與問詢信號匹配的聲表面波器件的信息。8.根據(jù)權利要求7所述的多路識別系統(tǒng)，其特征在于，所述聲表面波器件(200)包括: 問詢信號接收單元(201)，用于接收來自閱讀器(100)的射頻問詢信號； 信號相關運算單元(202)，用于實現(xiàn)問詢信號與自身編碼的互相關運算； 反射信號發(fā)射單元(203)，用于將問詢信號與自身編碼的互相關運算結果轉(zhuǎn)換為電磁波信號并發(fā)射出去，供閱讀器識別和信息提取。9.根據(jù)權利要求8所述的多路識別系統(tǒng)，其特征在于，所述聲表面波器件(200)的信號相關運算單元(202)包括由多組不同極性的叉指換能器并聯(lián)組成的片上相關器(206)，所述換片上相關器(206)中叉指換能器的聯(lián)接方式?jīng)Q定該聲表面波器件的編碼。
【文檔編號】G06K7/10GK105930755SQ201610229359
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】謝立強, 邢建春, 王平, 王添仙, 楊啟亮, 王榮浩
【申請人】中國人民解放軍理工大學