[发明专利]一种基于声表面波射频识别技术的振动传感器及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量物体振动加速度的装置及应用，尤其是涉及一种基于声表面波射频识别技术的振动传感器及其应用。

背景技术

射频识别(RFID，Radio Frequency Identification)技术是一种应用非接触式标签的技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。它是适应信息技术和信息社会发展的一项重要实用技术，在高速公路自动收费、物流管理、邮政航空的自动包裹分拣、仓储图书管理、畜牧业监控管理、车辆防盗等诸多领域的智能管理方面具有重大应用前景。在现代物流中，一些货物如陶瓷、玻璃制品、药品等，往往对振动较为敏感，当振动过于剧烈时会导致货物的损坏或失效。对这类物流，除了利用RFID监管物品的输运各环节外，还需要对这些货物进行运输过程中的振动状况实时监测。尤其需要记录在输运过程中是否发生了超过阈值的振动。一旦振动加速度超过了设定的阈值，记录相应货物发生超振动的发生时刻，或者向监控系统发出报警信号以便采取补救措施。

目前，国外有一种RFID使能的无源振动传感器(Todd，B.，Phillips，M.，Schultz，S.M.，Hawkins，A.R.，Jensen，B.D.，2008.“RFID threshold accelerometer.”Proceedings IEEE AUTOTESTCON 200855-9.)能够实现上述功能。该传感器使用激光切割工艺制造的双稳态机械结构作为振动敏感元件，并且作为电子开关与RFID芯片相连，当振动加速度达到阈值时，开关状态就会发生变化。加速度阈值可通过改变机械敏感元件的质量而改变，但其精度受到激光切割工艺的较大限制，而且RFID读写器的阅读距离非常有限。

采用声表面波(SAW，Surface Acoustic Wave)技术的射频标签是一种不使用集成电路芯片的纯无源射频识别方法。基于SAW技术的RFID系统由读写器和SAW标签组成。SAW标签由天线、叉指换能器以及反射栅组成。SAW-RFID系统的工作原理与雷达系统相似：当标签上的叉指换能器(IDT，Interdigital Transducer)接收到读写器发送的无线脉冲查询信号后，根据压电材料的逆压电效应，在压电衬底材料上转换为声表面波，该表面波便在压电晶向方向传播。经过一段延迟时间后到达反射栅，一部分能量被反射回IDT，另一部份能量透射继续向前传播。根据正压电效应，被反射回IDT的声表面波脉冲再次被转换成电信号而由标签天线发送回读写器。利用反射回波脉冲的时延、幅值、相位或频率可实现标签编码。

由于SAW-RFID与IC-RFID在原理上的本质区别，它们具有各自不同的特点。SAW-RFID具有以下优点：

1)SAW标签是纯无源的，只是被动地反射查询信号。只要SAW-RFID回波信号能量超过接收机等效热噪声功率即可；IC标签则需要射频信号供能，只有供能信号的能量超过半导体整流电压阈值后才能开始工作。因此，SAW-RFID比IC标签读取范围大，信号穿透能力强，更适用于贴在金属或内含液体的物体表面上。此外，IC标签必须在背面加贴铁氧体等导磁物体，因此增加了标签成本；

2)由于声表面波标签利用的是压电材料，不牵涉半导体材料中电子的迁移过程，因此可在高、低温(-200～500℃)等恶劣环境下使用，可以承受强射线辐照；

3)读取速度快，能用于识别高速运动物体；

4)SAW标签可与声表面波传感技术结合，在完成识别任务的同时，还可对温度、压力、加速度、湿度和气体浓度等参数进行测量并可通过多阅读器实现物体定位。

SAW标签由于其良好的特性被广泛地应用于许多领域。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种测量方法简单、可进行多维和多量程测量、无源的基于声表面波射频识别技术的振动传感器及其应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于声表面波射频识别技术的振动传感器，用于射频识别被测对象的身份，同时还用于监测并记录被测对象的振动加速度是否超过设定阈值，所述的振动传感器包括声表面波器件和阅读器，所述的声表面波器件包括天线、压电基片、叉指换能器、反射栅和弹性元件，所述的天线、叉指换能器和反射栅均设置在压电基片上，所述的天线与叉指换能器连接，所述的反射栅包括参考反射栅、编码反射栅和测量反射栅，所述的测量反射栅上连接有匹配网络，所述的弹性元件与测量反射栅连接并构成常开回路。