[发明专利]可任意组网的射频识别无源无线谐振传感器结构及系统

说明书

本发明提出一种可任意组网的射频识别无源无线谐振传感器结构及系统，包括查询器和传感器标签；在查询充电周期T1内，查询器发射射频查询信号，传感器标签接收查询器发射的射频查询信号，在阻抗匹配状态下最大化耦合查询信号能量，进行充电，此时回射信号极小；在传感输出周期T2内，传感器标签全面工作，标签内的调制器控制调制开关按照编码信号的规律进行断开和闭合，分别实现匹配阻抗与天线阻抗的匹配和失配，从而反射信号强度按照编码信号规律和特征变化，查询器接收无线传感信号。本发明查询距离远、可无线寻址查询。

技术领域

本发明属于无源无线传感器技术领域，具体涉及一种射频识别无源无线谐振传感器标签及系统。

背景技术

无源无线传感器特别适合在不方便连线、不能接触、无法更换电源的特定场合下使用。无源无线传感器一般是用电磁波无线查询传感器，激励其产生传感输出信号并通过电磁波无线传回到查询端，查询端通过分析传感输出信号的特征获得传感器参量信息。

目前的无源无线传感器主要采用声表面波传感器实现。声表面波传感器的传感查询信号(即查询端无线发射给声表面波传感器的激励信号)和传感输出信号(即声表面波传感器回传到查询端的信号)在同一个频段，具有相同频率，或者频率相差很近。如果要实现声表面波传感器的无线寻址功能，那么各个声表面波器传感器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，各个传感器的谐振频率不同，要求的设计参数就不一样，既增加了传感器件的复杂程度，也会造成传感性能的差异。

声表面波传感器无线传感信号的获取通过如下两个过程实现：1)传感查询：由查询端发射查询电波，激励声表面波传感器工作，声表面波传感器以机械能的形式积累一定的振荡能量；2)传感信号获取：此时查询信号间断，即查询信号为零，声表面波传感器积累的机械振荡信号转为电磁波信号传回查询端。目前现有的无源无线声表面波传感器无线查询距离十分有限，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。

超高频的射频识别(RFID)系统也采用电磁波传播耦合实现非接触的信息传输。读写器为标签提供射频能量，标签天线接收射频能量并将标签的电子编码信息通过反向散射调试的方式发送给读写器，最大读写距离大于1m，典型可达3～8m。超高频RFID系统的数据通信速率可达600kbit/s以上，一次性可读取上千个标签，目前已经在交通控制、物流管理、资产管理等领域应用。但是，由于超高频RFID标签内部没有物理参量敏感单元，目前超高频RFID标签尚不能用做为传感器使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种查询距离远、可无线寻址查询的无源谐振传感器标签及传感器系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种可任意组网的射频识别无源无线谐振传感器标签，包括传感器端天线、射频前端、电源电路、振荡电路、敏感元件、编码器、存储器以及调制器；所述振荡电路与敏感元件组成振荡器；所述射频前端包括匹配阻抗和负载调制开关；所述负载调制开关控制所述匹配阻抗与天线阻抗的匹配和失配；所述电源电路对耦合信号进行整流和存储，当电源电路存储的能量超过阈值时，触发传感器标签内的振荡器、编码器以及调制器工作；所述敏感元件感应待测参量，敏感元件作为振荡电路的一部分，在待测参量作用下引起的特征变化将导致振荡电路输出振荡信号的频率变化；所述振荡电路将携带待测参量信息的振荡信号送至编码器作为编码时钟信号；所述编码器从存储器中读取预先存储的传感器标签地址或ID信息，并在编码时钟信号的控制下产生编码信号，控制调制器工作；所述编码信号包含传感器地址或ID信息以及振荡信号的频率信息；所述调制器控制调制开关按照编码信号的规律进行断开和闭合，分别实现匹配阻抗与天线阻抗的匹配(开个断开)和失配(开关闭合)。阻抗匹配时，传感器端天线接收的能量得到最大化耦合，此时反射回传感器查询器端的无线信号最小；阻抗失配时，传感器端天线接收的能量很小，此时反射回传感器查询器端的无线信号最大。从而，负载调制开关的断开和闭合造成查询器接收的无线传感信号具有强(1)弱(0)状态的变化。