基于PT对称原理的高灵敏传感器系统及其检测方法

本发明属于lc无线无源传感系统，具体涉及一种基于pt对称原理的高灵敏传感器系统及其检测方法。

背景技术：

1、lc无线无源传感器通常由电感和敏感电容组成，其谐振频率通常受到待测参数的调制，并通过外部的阻抗分析以近场耦合的方式实现无线无源检测。lc无线无源传感器因其无线连接、可实现远程询问、结构简单、功耗低等优势成为物联网传感领域的研究热点。然而小尺寸的lc无线无源传感器中的磁场耗散和弱耦合极大地限制了传感器的灵敏度和无线传感距离。随着pt对称量子力学在光学、声学等领域的发展，近些年来pt对称电子学也取得了显著的成就。基于pt对称原理的lc无线无源传感器可以实现高灵敏度检测、多参数敏感等。然而通过pt对称实现高灵敏度检测不可避免地会引入噪声，过大的噪声可能会掩盖灵敏度的提升，这极大地限制了传感器的精度。因此发明一种基于pt对称原理的高灵敏度无线无源传感器检测系统是十分必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决背景技术提到的问题，提供一种基于pt对称原理的高灵敏传感器系统及其检测方法；

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于pt对称原理的高灵敏传感器系统，包括：增益端谐振电路和损耗端谐振电路，所述增益端谐振电路与损耗端谐振电路之间通过互感形成耦合，通过改变增益端谐振电路与损耗端谐振电路之间的耦合距离来改变增益端谐振电路与损耗端谐振电路之间的耦合系数，用于保证传感器系统工作在弱耦合状态下。

3、进一步地，所述增益端谐振电路包括：第一电感、第一电容和非线性负电阻，所述第一电感和非线性负电阻均并联在第一电容两端，且所述第一电容两端中一端与地相连接。

4、进一步地，所述损耗端谐振电路包括：第二电感、第二电容和正电阻，所述第二电感和正电阻并联在第二电容两端，所述第二电容两端中一端与地相连接，所述第二电感与第一电感之间相互耦合。

5、进一步地，所述传感器系统初始状态时，第一电感与第二电感的电感值相等，且第一电容与第二电容相等。

6、进一步地，所述传感器系统初始状态时，非线性负电阻的绝对值小于正电阻的阻值。

7、本发明还提供了一种如权利要求1-6任一项所述传感器系统的检测方法，包括以下步骤：

8、步骤1：调节非线性负电阻阻值，使其等效负电阻的绝对值小于损耗端谐振电路中正电阻的阻值，此时检测系统处于自动的pt对称状态且能起振，再调节增益端第一电感和损耗端第二电感之间的耦合距离，使系统工作在弱耦合状态下，且保证耦合系数大于增益损耗系数；

9、步骤2：测量此时增益端谐振电路的电压作为基准电压，记为v1；

10、步骤3：通过待测参数的微弱变化调节第二电容，测量此时增益端谐振电路振荡电压幅值v1’，从而在待测参数变化范围为10％以内实现高灵敏度探测。

11、有益效果：

12、1、本发明通过调节增益端谐振电路与损耗端谐振电路之间的耦合距离来改变增益端谐振电路与损耗端谐振电路之间的耦合系数，使传感器系统处于弱耦合状态，从而降低噪声对传感器系统影响，且在传感器系统初始状态时，使得增益端谐振电路与损耗端谐振电路处于pt对称状态，同时通过待测参数的微弱变化调节第二电容，使得增益端谐振电路电压呈现大幅上升状态，从而实现待测信号的放大。

13、2、本发明所述的检测方法可在基于pt对称原理的弱耦合条件下实现待测参数变化范围为10％以内的高灵敏度无线无源检测。

技术特征：

1.一种基于pt对称原理的高灵敏传感器系统，其特征在于，包括：增益端谐振电路(1)和损耗端谐振电路(2)，所述增益端谐振电路(1)与损耗端谐振电路(2)之间通过互感形成耦合，通过改变增益端谐振电路(1)与损耗端谐振电路(2)之间的耦合距离来改变增益端谐振电路(1)与损耗端谐振电路(2)之间的耦合系数，用于保证传感器系统工作在弱耦合状态下。

2.根据权利要求1所述基于pt对称原理的高灵敏传感器系统，其特征在于，所述增益端谐振电路(1)包括：第一电感(11)、第一电容(12)和非线性负电阻(13)，所述第一电感(11)和非线性负电阻(13)均并联在第一电容(12)两端，且所述第一电容(12)两端中一端与地相连接。

3.根据权利要求2所述基于pt对称原理的高灵敏传感器系统，其特征在于，所述损耗端谐振电路(2)包括：第二电感(21)、第二电容(22)和正电阻(23)，所述第二电感(21)和正电阻(23)并联在第二电容(22)两端，所述第二电容(22)两端中一端与地相连接，所述第二电感(21)与第一电感(11)之间相互耦合。

4.根据权利要求3所述基于pt对称原理的高灵敏传感器系统，其特征在于，所述传感器系统初始状态时，第一电感(11)与第二电感(21)的电感值相等，且第一电容(12)与第二电容(22)相等。

5.根据权利要求4所述基于pt对称原理的高灵敏传感器系统，其特征在于，所述传感器系统初始状态时，非线性负电阻(13)的绝对值小于正电阻(23)的阻值。

6.一种如权利要求1-6任一项所述传感器系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开一种基于PT对称原理的高灵敏传感器系统及其检测方法，该电路系统由两大模块组成：由电感‑电容‑正电阻并联而成的损耗端/敏感端模块，以及由电感‑电容‑非线性负电阻并联而成的增益端/读出端模块，增益端和损耗端的元件参数满足PT对称电子系统的要求，两端通过电感耦合实现信号传输，通过控制电感线圈之间的距离来使系统工作在弱耦合区域，在初始状态，使得增益端与损耗端处于PT对称状态；当损耗端/敏感端的敏感电容受待测参数的微弱影响而变化时，增益端的电压呈现大幅上升状态，而系统谐振频率保持不变，该系统具有灵敏度高，可在弱耦合条件下实现无线无源检测的优点。

技术研发人员：董蕾,陈冬岩,黄庆安
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24