[发明专利]无源混合LC/SAW/BAW无线传感器

说明书

技术领域

实施例涉及感测电路领域。实施例还涉及表面声波器件以及体声波传感器。实施例另外涉及利用声波器件改变感应耦合负载的频率。

背景技术

声波器件经常在压电基板上具有一个或两个换能器。换能器能够将电输入信号转换为声信号。当声信号通过或沿着基板传播时，那么声波器件能改变它。换能器也能将声信号转换为电信号。因为声波器件可以为非常良好的且廉价的信号滤波器，所以声波器件的一普遍用途为调节或滤波信号，例如，滤波移动电话接收到的电信号。

声波器件也用作传感器。传感器的压电基板能敏感于环境条件。它能随着温度扩张或收缩。压力能使它挠曲。一些化学传感器是基于声波器件的以致于暴露于诸如水或酒精等化学物质就会引入质量负载效应于传感器。声波器件的基板的应力或挠曲能够改变其声学特性。声学特性的改变能够影响在换能器处变成电信号的声信号。如此，声波器件已经被用于测量温度、压力、化学物质密度、和其他环境特性。

一类声波器件为表面声波器件(SAW)，其中，声波沿着基板表面传播。普通类型的SAW具有输入换能器，输出换能器，以及基板。电信号进入输入换能器，变成声信号，并通过基板表面传到输出换能器。然后输出换能器转换该声信号为输出电信号。

另一类声波器件为体声波器件(BAW)，其中，声波通过基板传播。BAW器件能用于与SAW和其他声波器件的应用类似的用途。当用作传感器时，BAW具有比SAW更高的有效灵敏度，更高的分辨率，易于在液体应用中使用，和更大的动态范围。但是，SAW一般具有较大的带宽。而且，SAW能经常接收诸如无线电波的电磁信号，直接进入到输入换能器。通常，其更容易将信号从SAW输入或输出。

传感器不能方便地使用，除非还采用询问电路。询问电路是一种产生传递给传感器的询问信号的电路。然后传感器返回响应信号或者以某种方式影响询问信号。例如，电子温度计能接受包含电源和地的询问信号，而返回与温度成比例的电压作为响应信号。作为选择，改变其电阻的材料能用作温度传感器。询问信号可以是电源和地电压，而流过所述材料的电流为响应信号。

询问信号能以许多方式传递给传感器。一种方式是采用电连接，其中，导线把询问信号从询问电路传递给传感器，并返回给询问电路。第二种方式是无线电传输。询问信号作为无线电信号从询问电路传输给传感器，然后其传输响应回去。一些传感器连续传输没有被询问的无线电信号。第三种方式是感应耦合。询问信号被传递通过感应耦合到连接于传感器或其部分的第二电感器的第一电感器。感应耦合优于无线电传输的地方在于询问电路能提供功率给传感器。如此，传感器可以为无源的，不具有功率直到询问电路供给功率为止。

图1，为现有技术，示出了感应耦合到传感器102的询问电路101。询问电路将询问信号传递通过第一电感器103，从第一电感器其感应耦合到第二电感器104。传感器102和第二电感器104作为询问电路101的感应负载出现。

图2，为现有技术，示出了感应耦合询问电路101。函数发生器201通过使电压斜坡反复重复来产生信号。电子或信号领域的技术人员经常称此为锯齿信号。锯齿信号传递给压控振荡器202(VCO)。VCO产生具有依赖于电压输入的频率的信号。锯齿信号引起VCO202产生询问信号，其重复扫过一频率范围。询问信号传递给电感器103，栅陷振荡器(GDO)203，和锁相环(PLL)204。电感器103能感应耦合询问信号到感应负载(未示出)。

询问信号耦合到感应负载的效率依赖于感应负载和询问信号频率。含有感应负载的多个电路具有基频。当询问信号频率与基频相匹配时，耦合最大化。当询问信号扫过频率范围时，GDO203能检测出基频，因为电感器103两端的电压在感应负载的基频处下降到最小值。GDO203以基频发信号给PLL204。PLL204是可以锁定到源信号并追随源信号的振荡器。如此，PLL204锁定和追随询问信号。但是，当GDO203发信号时，PLL204可能停止追随询问信号并且继续以感应负载的基频产生锁定信号。锁定信号传递给频率计数器205。频率计数器205提供感应负载的基频读数。如果感应负载为基于诸如压力的环境因素来改变其基频的传感器，那么该基频也是环境因素的量度。

图2示出的系统示出了可以测量感应负载的基频的询问电路。美国专利3,092,806和美国专利3,906,340公开了类似的询问电路。美国专利3,092,806和美国专利3,906,340在此被并入作为参考。