一种阻抗型无线无源传感器的制作方法

本发明属于无线无源传感器技术领域，涉及一种基于专用射频识别芯片的无线无源传感器。

背景技术：

无线无源传感器是适应技术发展趋势和市场需求的一种新型传感器，以其体积小、使用方便、维护简单、适应特殊应用场景等特点受到广泛关注。实现无线无源传感的方式包括：lc震荡电路式、声表面波式、射频标签式等。射频识别(radiofrequencyidentification，rfid)是一种非接触式的自动识别技术，已在许多行业得到广泛应用。典型的rfid系统包括天线、rfid芯片和读写器，标签无需电池供电，凭借电磁波耦合，由读写器询问信号提供能量，在其内部产生感应电流供芯片内部其它电路使用，并通过反射方式进行信号传输。基于上述原因，可在rfid芯片电路中集成温敏电阻或温敏二极管，实现rfid测温标签。如：公开号为cn107239816a的专利申请，提出采用超高频rfid测温标签技术来实现开关柜无线无源测温。公开号为cn108197689a的专利申请，提出采用rfid测温标签实现设备温度的无线无源检测。但是，rfid用于无线传感目前还主要是在温度检测领域，而且温度敏感头与芯片固化集成，缺乏灵活配置能力。

因此，本发明亟需一种能同时实现温度、气体浓度等多种外界信息的检测传感器。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于rfid芯片的无线无源传感器，通过rfid与不同阻抗型敏感芯片的灵活匹配组合，实现温度、气体浓度等多种外界信息的检测。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种阻抗型无线无源传感器，包括敏感头、天线和阅读器，以及改进的rfid芯片；所述改进的rfid芯片一端与敏感头连接，一端与天线连接。

进一步，改进的rfid芯片，包括电流检测电路、射频前端模块、数字基带模块和存储器模块；电流检测电路分别与射频前端模块、数字基带模块和存储器模块连接，并预留负载接口，实现阻抗型负载的接入与检测。

进一步，电流检测电路，包括基准电压源、低摆幅运算放大器、振荡器、分频器和计数器等模块，对接入的阻抗负载的电流变化数据进行运算及处理。基准电压源第一输出口通过第一个振荡器与计数器连接；基准电压源第二输出口依次通过电阻、低摆幅运算放大器、第二个振荡器、分频器与计数器连接。

进一步，所述阅读器靠近传感器时，发射射频信号，天线接收射频能量为改进的rfid芯片供电；改进的rfid芯片上电工作，驱动、检测敏感头电流，并将检测到的电流信号转换为数字代码，再通过天线回传至阅读器进行待检测数据的映射换算和处理。

进一步，所述敏感头为阻抗型负载，包括温度敏感头或气体敏感头。

进一步，该传感器还包括天线基板，所述改进的rfid芯片、敏感头和天线设置在天线基板上。

本发明的有益效果在于：本发明通过增加电流检测电路，还设计了rfid与不同阻抗型敏感芯片的灵活匹配组合，从而实现温度、气体浓度等多种外界信息的检测。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明的传感器结构示意图；

图2为本发明改进的rfid芯片架构图；

图3为本发明的电流检测电路原理图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1～图3，图1为本发明优选的一种无线无源传感器，包括：改进的rfid芯片，在传统射频rfid芯片的基础上，在其内部电路中增加了阻抗接入检测模块，可实现阻抗型负载的接入与检测；敏感头即为阻抗型负载，温度敏感头为表面制作有铂电阻丝结构的硅裸芯片或其他基底裸芯片，气体敏感头为表面制作有叉指电极结构并涂覆某种气体敏感膜的硅裸芯片或其他基底裸芯片；天线基板，可采用刚性基板或者柔性基板，其上制作有覆铜或覆铝射频天线，还制作有rfid芯片焊盘和敏感头焊盘；阅读器，在传统射频rfid阅读器基础上，改编数据处理程序，可读取敏感头信息。

图2为本实施例改进的rfid芯片架构图，如图2所示，该rfid芯片架构包括：电流检测电路、射频前端模块、数字基带模块和存储器模块四大部分，与传统rfid芯片相比，多了电流检测电路模块，可额外接入阻抗型负载。如图3所示，电流检测电路包含基准电压源、低摆幅运算放大器、振荡器、分频器和计数器等模块，可对接入的阻抗负载的电流变化数据进行运算及处理。

敏感头可为阻抗型温度敏感头或阻抗型气体敏感头，其阻抗随外界温度或者气体浓度的变化而变化。温度敏感头可采用表面制作有铂电阻丝结构的硅裸芯片或其他基底裸芯片，气体敏感头为表面制作有叉指电极结构并涂覆某种气体敏感膜的硅裸芯片或其他基底裸芯片。敏感头功耗应该低于100nw。

天线基板可采用刚性基板或者柔性基板，其上制作有覆铜或覆铝射频天线。与传统的rfid天线相比，本发明提出的天线基板上需要根据专用rfid芯片的端口和敏感头端口数量和布局，额外制作电极焊盘。通过这些电极焊盘，实现射频天线、专用rfid芯片、敏感头三者的物理集成和信号互联。

阅读器可在传统射频rfid阅读器基础上，改编数据处理程序，即可读取敏感信息，如温度、气体浓度等。

本实施例传感器具体工作方式如下：

阅读器靠近传感器5m以内，发射射频信号，天线接收射频能量为专用rfid芯片供电；专用rfid芯片上电工作，驱动、检测敏感头电流，并将检测到的电流信号转换为数字代码，再通过天线回传至阅读器进行浓度的映射换算和处理。当选择接入气体敏感头时，敏感头吸附目标气体分子后阻抗会发生变化，则通过专业rfid芯片检测到的敏感头电流也会发生变化，阅读器会显示出不同的气体浓度值，实现气体浓度的检测。同理，选择接入温度敏感头时，可实现温度的检测。

该传感器将微弱模拟信号在专用rfid芯片内部转换为数字代码再进行无线传输，避免了模拟信号在传输过程中的失真，使检测精度、灵敏度等性能不受传输距离变化的影响。同一阅读器可同时读写多个传感器信息。可根据实际需要选择配置不同的敏感头，实现多种环境参数的检测。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。