可无线寻址查询的无源谐振传感器结构及寻址方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无源传感器技术，具体涉及一种可无线寻址查询的无源谐振传感器结 构。
【背景技术】
[0002] 用无源射频器件制作的传感器，可以实现无源无线传感功能：即传感器可以无源、 无线工作，就是用无线电磁波查询传感器，激励产生传感输出信号并通过电磁波无线传回 查询仪器，所以传感器无线收/发查询/传感信号，查询电磁波激励产生传感输出，这样就 不需要电源供电给传感器工作。
[0003] 目前的无源无线传感器主要采用声表面波传感器实现。由于声表面波传感器的传 感查询信号和传感输出信号在同一个频段，具有相同频率，或者频率相差很近，所以无源无 线声表面波传感器只能采用"半双工"的时分方式工作，无线传感信号的获取，包括两个分 时进行的过程：1)传感查询：由无线传感仪器端发射查询电波，激励声表面波传感器工作； 2)传感信号获取：在查询信号间断时，即查询信号为零时，无线获取传感输出信号。所以采 用现有的无源无线声表面波传感器，其有效的无线传感输出，是对声表面波器件的非零输 入信号结束后的"零输入"响应，显然这样的传感信号只能是一个持续时间有限，而且衰减 的瞬态信号。这个传感输出的瞬态过程持续时间和衰减率由声表面波器件的特性确定。在 各类声表面波器件中，声表面波谐振器的冲激响应持续时间最长，表明采用声表面波谐振 器可以有最长的"零输入"瞬态响应过程，并且瞬态响应的持续时间可随着谐振器的Q值的 提高而增加。所以尽管原理上各种类型的声表面波器件都可以制作成无源无线传感器，但 是真正应用的无源无线声表面波传感器器，主要采用的是声表面波谐振器，在所有的声表 面波器件中，谐振器的无源无线传感距离最长。但是现有的无源无线声表面波传感器无线 传感距离十分有限，很难大幅度提高，一个重要原因就是，目前声表面波谐振器的Q值最高 只有2000左右。另一方面，采用声表面波元件制作无源传感器，如果要实现器件的无线寻 址功能，那么各个声表面波器件的参数必须有所区别。例如，对于声表面波谐振器，只能通 过谐振频率的差异来实现寻址，那个各个传感器的谐振频率不同，要求的设计参数就不一 样，既增加了器件设计的复杂程度，也会造成传感性能的差异。
【发明内容】
[0004] 鉴于此，本发明的目的是提供一种可无线寻址查询的无源谐振传感器。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的，可无线寻址查询的无源谐振传感器结 构，包括依次连接的用于接收外界查询信号的接收天线、具有三个通带的输入三通带无源 滤波器、第一无源混频器、无源谐振传感器、第二无源混频器、输出无源滤波器和用于向查 询仪发射输出无源滤波器信号的发射天线；所述输入三通带无源滤波器具有三路输出，其 中两路输出输入到第一无源混频器进行混频处理，另一路输出输入到第二无源混频器中与 无源谐振传感器的输出进行混频。
[0006] 优选的，所述外界查询信号包括查询激励周期T1和传感输出周期T2且T1与T2 间无间隔，所述T1、T2均大于（2~5)A，A= ?+，入表示无源谐振传感器的时间常数， f；表示无源谐振传感器的谐振频率，Q表示品质因数。
[0007] 优选的，所述的无源谐振器的谐振频率变化范围为BR= (frt-As，frt+As)且 表示无源谐振传感器的零点谐振频率，As表示谐振传感器的最大频率变化 量带宽；所述输入三通带无源滤波器的三个通带的中心频率分别为/〇+|、_/〇-|和 f0+fr0,带宽为2?As。
[0008] 优选的，所述外界查询信号为：
[0009]x(t) = [cos2Jr(f0+Af)t+cos2 3i(f0-Af)t] ?[u(t)-u(t-Tl) ]+ [cos2it(fo+fr0) t] ?[u(t-Tl)-U(t-Tl-T2)]，其中，&表示输出无源滤波器的中心频率，u(t)表示阶跃函数， 2AfGBR〇
[0010] 本发明的目的之二是提供一种无源谐振传感器结构的寻址方法，由若干个可无线 寻址查询的无源谐振传感器结构构成无源谐振传感器阵列，每个可无线寻址查询的无源谐 振传感器由结构中的输入三通带无源滤波器和输出无源滤波器的中心频率标识，所述的寻 址方法包括以下步骤：
[0011] S1.向无源谐振传感器阵列发射查询信号；
[0012] S2.各无源谐振传感器结构接收步骤S1发射的查询信号，各个无源谐振传感器结 构只响应其输入三通带无源滤波器通带内的查询信号和通过输出无源滤波内通带内的传 感输出信号。
[0013] 由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
[0014] 通过无源谐振传感器中输入三通带无源滤波器中心频率/〇±|、和输出 无源滤波器的中心频率f。可以实现无源传感器的寻址，即改变查询仪器发出的查询信号的 频率，就可以无线寻址不同的无源传感器。
[0015] 本发明可以用任意频率的无源谐振传感器构成无源无线传感器，即实现任何无源 谐振传感器的无线查询。通过选用高Q值的无源谐振传感器，可以大大提高无源无线传感 器的无线查询性能，从而提高传感器的实际传感性能。
【附图说明】
[0016] 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进 一步的详细描述，其中：
[0017] 图1为可无线查询的无源谐振传感器结构；
[0018] 图2为共用天线的可无线查询的无源谐振传感器结构；
[0019] 图3为查询信号时序；
[0020] 图4为本发明第一种可无线查询的无源谐振传感器结构的具体电路图；
[0021] 图5为本发明第二种可无线查询的无源谐振传感器结构的具体电路图；
[0022] 图6为本发明第三种可无线查询的无源谐振传感器结构的具体电路图。
【具体实施方式】
[0023] 以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例 仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
[0024] 具体的技术实施思路是：可无线查询的无源谐振传感器包括接收天线、输入三通 带无源滤波器、无源非线性器件构成的无源混频器、无源谐振传感器、输出无源滤波器和发 射天线，如图1示。
[0025] 接收天线用于接收外界查询信号，发射天线用于向查询仪发射输出无源滤波器的 输出信号。接收天线、输入三通带无源滤波器、无源非线性器件构成的第一无源混频器、无 源谐振传感器、无源非线性器件构成的第二无源混频器、输出无源滤波器和发射天线依次 连接。输入三通带无源滤波器具有三路输出，其中两路输出输入到第一无源混频器进行混 频处理，另一路输出输入到第二无源混频器与无源谐振传感器的输出进行混频。
[0026] 作为对本实施例的改进，发射天线和接收天线可用同一个天线，其结构如图2所 不〇
[0027] 查询仪器端产生无线查询信号，并在传感输出周期接收无源传感器的无线传感输 出。无线查询信号包含两个周期：查询激励周期T1和传感输出周期T2,查询激励周期在前， 传感输出周期在后，两个周期之间无间隔，如图3示。
[0028] 针对上述可无线查询的无源谐振传感器的每个查询周期发射的查询信号是
[0029]x(t) = [cos2Jr(f0+Af)t+cos2 3i(f0-Af)t] ?[u(t)-u(t-Tl) ]+ [cos2it(fo+fr0) t] ?[u(t-Tl)-u(t-Tl-T2)]其中u(t)是阶跃函数，对一个无源谐振传感器的一次查询可以 包含多个查询周期，每个查询周期中Af需要变化，直到获得最强的传感输出信号，
[0030] [cos2Jr(f0+Af)t+cos2Jr(fQ-Af)t] ? [u(t)_u(t_Tl)]对应于查询激励周期，
[0031] [cos2jt(fQ+frCI)t] ? [u(t-Tl)-u(t-Tl-T2)]对应于传感输出周期。
[0032] 无源谐振传感器的谐振频率f；，也就是传感器的传感输出，其变化范围为BR= (frt-As，为无源谐振传感器的零点谐振频率，且。输入三通带无源滤波 器的三个通带的中心频率分别为/o+t，/〇-+和为谐振传感器的最大频率 变化量；输出无源滤波器的中心频率为f〇,带宽为As，且2AfGBR。
[0033] 为了使谐振传感器在每个周期都能够进入稳态，要求T1和T2均大于（2~5)入， 入是谐振器的时间常数，有1 = ?+，Q为品质因数。在查询激励周期：发射的无线查询 信号中有两个点频率f。-Af和f。-Af，两个频率之差2Af在待查询的谐振传感器的谐振 频率变化范围之内；在传感输出周期，发射的无线查询信号中只有点频率
[0034] 在查询激励周期：发射的信号cos2Jr(f；+Af)t和cos2Jr(f；-Af)t，被无源谐振 传感器的天线接收，并通过输入三通带无源滤波器进入第一无源混频器，混频输出信号中 的有cos2Jr(2f。)t和cos2JT(2Af)t，由于只有2Af?在待查询的谐振传感器的谐振频率变 化范围BR之内，所以混频输出信号中只有该频率成分能够通过谐振传感器产生输出，也就 是说该频率成分能够有效激励无源谐振传感器产生输出，只是此时无源谐振传感器产生的 受激振荡，在产生非零输入响应的瞬态过程中，输出信号中同时包含激励频率2Af和无源 谐