[发明专利]一种工作频率自动匹配的远距离LC无源无线传感系统

说明书

本发明公开了一种工作频率自动匹配的远距离LC无源无线传感系统，属于测量、测试的技术领域。该系统包括LC无源无线传感器以及与其通过耦合电感无线连接的读出电路，调节读出电路中可变电容的电容值使得读出电路时刻与LC无源无线传感器电路的谐振频率保持相等，从而使系统时刻处于共振状态，能避免发生频率分裂，实现了全频信号的远距离、高效传输，且全过程无需手动操作即可实现工作频率的自动匹配。

技术领域

本发明涉及无线无源传感系统技术，特别涉及一种工作频率自动匹配的远距离LC无源无线传感系统，属于测量、测试的技术领域。

背景技术

无需电源、无需要物理有线连接的LC无源无线传感器信号传输系统已经在复杂工业环境中被广泛用于物理、化学、生物等参数的监测，促进了我国物联网的发展，但是，其自身的小尺寸特性造成采用传统方法的读出距离非常有限。现有技术中，无线传感有三种方式：一种是辐射式，传输距离较长，但全方向的天线传输效率特别低，而单方向的辐射需要不间断的视线和复杂的跟踪装置；另一种是电磁感应式，传输距离极小；最后一种是磁耦合谐振式，有效适用于中场传输，无论周围空间几何形状如何，对环境内物体产生的干扰和损耗都很小。因此，磁耦合谐振式应用最广泛，为了增强无源无线传感器信号传输距离，研究者们提出在传感器和读出电路中间增加频率可调式中继线圈以及利用PT对称电路结构使得每个电感线圈之间通过谐振式强磁耦合。但增加中继线圈法，需要精确计算出强磁耦合的临界值以避免出现频率分裂，同时，中继线圈使得整个传感系统结构变得复杂。此外，PT对称电路对电路参数设计要求极高，考虑到实际电路的寄生效应，非常难以实现精准对称，同时调节过程需手动操作。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了一种工作频率自动匹配的远距离LC无源无线传感系统，通过在电感磁共振弱耦合的系统中增加可调电容模块实现读出电路与LC无源无线传感器电路的谐振频率自动匹配，进而实现无源无线信号远距离、高效率地传输，克服了增加中继线圈的谐振式强磁耦合传感系统需要计算磁耦合临界值以频率分裂且结构复杂的缺陷，解决了PT对称电路难以实现精确对称且需手动操作调节谐振频率的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种工作频率自动匹配的远距离LC无源无线传感系统，包括：读出电路和LC无源无线传感器电路。读出电路与LC无源无线传感器电路通过电感磁共振弱耦合无线连接。读出电路发送激励信号至LC无源无线传感器电路，LC无源无线传感器电路根据待测物理量的变化产生调制信号，调制信号通过电感磁共振弱耦合方式传输到读出电路，进而由读出电路的矢量网络分析仪解析出待测物理量的变化。

读出电路包括：第一电感线圈、可调电容和矢量网络分析模块，第一电感线圈的一端连接可调电容模块的一端，可调电容模块的另一端连接矢量网络分析模块的一端，矢量网络分析模块的另一端连接第一电感线圈的另一端；其中，矢量网络分析模块包括交流信号源和源内阻。

LC无源无线传感器电路包括第二电感线圈、负载或电路寄生电阻、敏感电容；第二电感线圈的一端连接负载或电路寄生电阻的一端，负载或电路寄生电阻的另一端连接敏感电容的一极，敏感电容的另一极连接第二电感线圈的另一端。

为避免读出电路与LC无源无线传感器电路发生频率分裂，影响无源无线信号的远距离传输，本发明提出对读出电路和LC无源无线传感器电路进行优化设计，分为如下方案：

在读出电路中可调电容两极上加载三角波信号信号，使得可调电容的电容值大小随加载信号源电压的变化循环变化，可调电容的自动调节使得读出电路固有频率与LC无源无线传感器电路的谐振频率相同，整个LC无源无线传感系统处于共振状态。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：