一种无源无线多参数传感器系统及其多参数测量方法
【专利摘要】本发明公开一种无源无线多参数传感器系统及其多参数测量方法，利用时分复用技术实现多参数测量及信号传输。该系统包含主次两个系统，主系统发出的信号既作为调制载波，也为次系统提供能量。次系统接收主系统发出的信号并经整流稳压后为自身提供能量。次系统包含多个电容式传感器感应系统环境物理量的变化；通过C-F转换电路将传感器的电容信号转换成频率信号；再利用时分复用技术将多路频率信号经由一个传输通道控制负载开关通断，通过改变次系统的负载阻抗对电路完成负载调制。主系统通过电感耦合接收调制后的信号进行解调及放大处理。本系统可以方便扩展测量的参数个数，仅需增加分频器个数以及多路开关的选通能力。
【专利说明】一种无源无线多参数传感器系统及其多参数测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无源无线多参数传感器遥测技术，尤其涉及一种无源无线多参数传感器系统及其多参数测量方法。
【背景技术】
[0002]无源无线多参数传感器系统无需线路传输信号，也无需电源供电，在复杂工业环境监测中有较为乐观的应用前景，对促进我国物联网的发展有巨大作用。以前的RFID技术，需要电池，寿命短。一般只能实现单参数测量，并且需要工作在特定频率。内部电路复杂，依靠单片机、存储器等进行信号发送，需要同步时钟，成本高，应用受限。
【发明内容】
[0003]发明目的:针对上述现有技术，提供一种无源无线多参数传感器系统，能够实现多参数测量与信号的无源无线传输。
[0004]本发明的另一目的在于提供一种无源无线多参数传感器参数测量方法。
[0005]技术方案:一种无源无线多参数传感器系统，包括主系统和次系统；所述主系统和次系统能够通过电感耦合连接来传递能量和信号；其中，所述主系统包括分别与第一耦合电感连接的载波产生电路和包络检波电路，还包括与所述包络检波电路连接的信号放大电路；所述次系统包括与第二耦合电感连接的整流稳压电路，还包括依次连接的多参数传感器C-F转换电路、时分复用电路以及负载调制电路；所述整流稳压电路用来将耦合到的能量转换成稳定的输出电压为次系统供电；其中，所述时分复用电路用来在一个时钟周期内，选通多参数传感器C-F转换电路输出多个参数的频率信号，并经一个传输通道输出到所述负载调制电路。
[0006]作为本发明的优选方案，所述时分复用电路包括依次连接的时钟产生电路、分频器以及多路开关，所述多路开关连接所述负载调制电路；所述多参数传感器C-F转换电路包括若干传感器C-F转换电路模块，分别用来将多个传感器的电容信号转换成频率信号；所述时钟产生电路和分频器产生逻辑控制信号，控制所述多路开关选通由所述多参数传感器C-F转换电路转换得到的多个参数的频率信号中的某一信号。
[0007]—种无源无线多参数传感器多参数测量方法，首先，主系统的载波产生电路发出激励信号，经由电感耦合到次系统电路中进行整流与能量储存，当电压稳定后次系统电路开始工作；次系统中时分复用电路由时钟产生电路发出时钟信号后，经分频器产生多路开关电源逻辑控制信号；当次系统中的多参数传感器所测物理量发生变化时，不同传感器的电容发生变化，由多参数传感器C-F转换电路完成电容到频率信号的转换；多路开关电源逻辑控制信号控制多路开关选通，在一个时钟周期内，将多参数传感器C-F转换电路输出的多个参数的频率信号按照预定时序经由一个传输通道传输至负载调制电路；负载调制电路的阻抗发生变化，使得次系统耦合电感上的信号幅值发生变化；信号幅值的变化经耦合传至主系统，主系统中的包络检波电路对耦合到的信号解调后，再通过信号放大电路处理即可得到不同传感器的测量值。
[0008]有益效果:与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果:
[0009]1、本系统通过时分复用电路控制多参数传感器C-F转换电路，可以同时完成多个 参数的测量；而且基于该时分复用技术，可以方便扩展测量的参数个数，仅需增加分频器个 数以及多路开关的选通能力。克服了多通道同时采集时占用硬件资源多、浪费严重等缺点。
[0010]2、相对于现有的RFID技术，本专利提出的时分复用技术无需借助于单片机和存 储器，无需编码，不需要主次系统同步时钟，仅通过电感耦合，时序控制简单，工作量小，成 本低，对电压质量要求低。有效地节约了系统资源，使复杂的控制系统变得简单，且功耗低， 成本低。
[0011]3、相比传统的容性传感器电容转换成电压信号，本发明采用将传感器电容转换成 频率信号，抗干扰性更强。
[0012]4、利用转换得到的频率信号对电路进行负载调制，通过电感耦合传递信号，无需 特定频率的载波信号，对载波信号要求低。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明系统的结构示意图；
[0014]图2是本发明的次系统电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
[0016]如图1所示，一种无源无线多参数传感器系统包括主系统和次系统；主系统和次 系统通过电感耦合连接来传递能量和信号。其中，主系统包括分别与第一耦合电感连接的 载波产生电路2和包络检波电路3，还包括与包络检波电路3连接的信号放大电路4。次系 统包括与第二耦合电感连接的整流稳压电路5，还包括依次连接的多参数传感器C-F转换 电路6、时分复用电路7以及负载调制电路8。其中，载波产生电路2采用高效率E类开关 功率放大器，通过耦合电感将信号发射出去。整流稳压电路5用来将耦合到的能量转换成 稳定的输出电压为次系统中的多参数传感器C-F转换电路6、时分复用电路7以及负载调制 电路8供电。
[0017]如图2所示，时分复用电路7包括依次连接的时钟产生电路9、分频器10以及多 路开关12。多路开关12连接负载调制电路8。多参数传感器C-F转换电路6包括若干传 感器C-F转换电路模块，分别用来将多个传感器的电容信号转换成频率信号。在本实施例 中，该多参数传感器C-F转换电路6包括三个传感器；该多路开关12为三选一多路开关；时 钟产生电路9为基于精密硅振荡器的时钟电路；分频器10为基于JK触发器构成的分频器 电路；多参数传感器C-F转换电路6为基于施密特触发器构成的转换电路；负载调制电路 8由一个MOS管串联电阻构成。时钟产生电路9和分频器10产生逻辑控制信号，控制多路 开关12选通由多参数传感器C-F转换电路6转换得到的多个参数的频率信号中的某一信 道，并在一个时钟周期内，将多参数传感器C-F转换电路输出多个参数的频率信号，经一个 传输通道输出到负载调制电路8。
[0018]基于上述的无源无线多参数传感器多参数测量方法，首先，主系统的载波产生电路发出激励信号，经由电感耦合到次系统电路中进行整流与能量储存，当电压稳定后次系统电路开始工作；次系统中时分复用电路由时钟产生电路发出时钟信号后，经分频器产生多路开关电源逻辑控制信号；当次系统中的多参数传感器所测物理量发生变化时，不同传感器的电容发生变化，由多参数传感器C-F转换电路完成电容到频率信号的转换，生成抗干扰性强的频率信号；多路开关电源逻辑控制信号控制多路开关选通多个通道的频率信号中的某一信道，在一个时钟周期内，将多参数传感器C-F转换电路输出的多个参数的频率信号按照预定时序经由一个传输通道传输至负载调制电路；该输出信号控制负载调制电路中MOS开关管通断来改变次系统的负载阻抗，使得次系统电感上的信号幅值随着阻抗变化而变化，从而完成对次系统的负载调制；信号幅值的变化经耦合传至主系统，主系统中的包络检波电路对耦合到的信号解调后，再通过信号放大电路处理即可得到即可得到不同传感器的测量值。
[0019]在本发明中，主系统完成载波发射和接收，以及信号解调功能。主系统发出的信号既作为调制载波，也为次系统提供能量。通过主次系统间的电感耦合，次系统接收主系统发出的信号并经整流稳压后为自身提供能量。次系统包含三个不同的电容式传感器感应环境物理量的变化；通过C-F转换电路将传感器的电容信号转换成频率信号；再利用时分复用技术将不同传感器的频率信号经由一个传输通道控制负载开关通断，当电路负载阻抗变化时，会使电感上的信号幅度相应变化，即对载波信号完成负载调制。通过电感耦合，主系统接收调制后的信号进行解调及放大处理。
[0020]使用本发明的无源无线多参数传感器系统时，首先使用标准设备对无源无线传感器进行标定，建立频率变化与所测物理量之间的对应关系。系统工作时，将主系统的输出信号的频率，与标定值进行对比，即可得到待测物理量的变化。
[0021]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种无源无线多参数传感器系统，其特征在于:包括主系统和次系统；所述主系统 和次系统能够通过电感耦合连接来传递能量和信号；其中，所述主系统包括分别与第一耦 合电感连接的载波产生电路(2)和包络检波电路(3)，还包括与所述包络检波电路(3)连接 的信号放大电路(4);所述次系统包括与第二耦合电感连接的整流稳压电路(5)，还包括依 次连接的多参数传感器C-F转换电路(6)、时分复用电路(7)以及负载调制电路(8);所述 整流稳压电路(5)用来将耦合到的能量转换成稳定的输出电压为次系统供电；其中，所述 时分复用电路(7)用来在一个时钟周期内，选通多参数传感器C-F转换电路输出多个参数 的频率信号，并经一个传输通道输出到所述负载调制电路(8)。
2.根据权利要求1所述的一种无源无线多参数传感器系统，其特征在于:所述时分复 用电路(7)包括依次连接的时钟产生电路(9)、分频器(10)以及多路开关(12)，所述多路 开关(12)连接所述负载调制电路(8);所述多参数传感器C-F转换电路(6)包括若干传感 器C-F转换电路模块，分别用来将多个传感器的电容信号转换成频率信号；所述时钟产生 电路(9)和分频器(10)产生逻辑控制信号，控制所述多路开关(12)选通由所述多参数传 感器C-F转换电路(6)转换得到的多个参数的频率信号中的某一信号。
3.如权利要求2所述的一种无源无线多参数传感器多参数测量方法，其特征在于:首 先，主系统的载波产生电路发出激励信号，经由电感耦合到次系统电路中进行整流与能量 储存，当电压稳定后次系统电路开始工作；次系统中时分复用电路由时钟产生电路发出时 钟信号后，经分频器产生多路开关电源逻辑控制信号；当次系统中的多参数传感器所测物 理量发生变化时，不同传感器的电容发生变化，由多参数传感器C-F转换电路完成电容到 频率信号的转换；多路开关电源逻辑控制信号控制多路开关选通，在一个时钟周期内，将多 参数传感器C-F转换电路输出的多个参数的频率信号按照预定时序经由一个传输通道传 输至负载调制电路；负载调制电路的阻抗发生变化，使得次系统耦合电感上的信号幅值发 生变化；信号幅值的变化经耦合传至主系统，主系统中的包络检波电路对耦合到的信号解 调后，再通过信号放大电路处理即可得到不同传感器的测量值。
【文档编号】G01D5/24GK103575306SQ201310579205
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月18日 优先权日:2013年11月18日
【发明者】唐丹, 王立峰, 董蕾, 黄庆安 申请人:东南大学