[发明专利]一种基于表面声波的无源无线温度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及温度检测设备领域，尤其涉及一种基于表面声波的无源无线温度传感器。

背景技术

在工业、电力行业中，电气设备运行过程中，温度的过高或过低均意味着故障产生的可能性。传统有源有线温度测量方式周期长、施工复杂、效率低、不便管理。

在传感器技术迅速发展的今天，对于许多应用的特殊场合，传感器和被测单元间的联机通常是无法实现的，例如，用联机传感器进行旋转、电刷、电机转子和许多运动物体的参量测量时，会产生许多的机械问题和电路问题，会出现中断、噪声，甚至根本无法进行测量。再如，直升飞机旋转时螺旋桨尖端速度和角速度的测量，汽车碰撞时车内加速度的测量，汽车轮胎内部压力、温度和摩擦的测量等，也是不能采用联机的方式，因此，必须采用无线传感器来实现测量。无线测温可解决分散、环境封闭等不便于布线的问题。目前，无线温度传感器主要以有源无线传感器为主，这种传感器收发距离非常远，可用各种电路，控制和处理方便灵活。然而，对于许多不能提供电源，需长期监测的场合，或电池不易更换的传收位置和易燃易爆等危险场合的应用，这种有源无线传感器显然不适用。

无线传感器按供能方式不同可分为两种：主动式和被动式传感器。前者由于有电池等电源供电，传收距离远，可采用各种电路，控制和处理方便、灵活，目前已广泛应用。然而，对于许多不能提供电源，需长期监测的场合，或电池不易更换的位置和易燃易爆等危险场合的应用，这种主动式的无线传感器显然不实用。被动式传感器没有电源（如电池）直接供电，它是靠电磁波的能量维持传感器的工作。该类传感器根据能量耦合方式又可分为两类：电感线圈耦合型和天线型。采用线圈等电磁耦合方式，能量主要集中在线圈中心很近的区域，其发射与接收的距离很近，1米的距离已是耦合极限，1米以上的远距离系统更是非常罕见。并且，耦合的电能直接提供给传感器和处理电路，因此，要求发射的能量非常大。天线型传感器采用天线收集空间的电磁能量，然后高效地转化为其它形式的能量，如电源、声波等。天线型传感器能感测各种物理量的大小，调制后的信号通过天线高效地转化成电磁能量发送给远程的接收系统，实现被动式无线的传收和测量。由于能量转换方式的不同，理论上它比电感耦合的传感器有更远的测量距离。

目前，表面声波组件是将天线的电磁能直接、高效转换为声能进行发射与接收的最佳组件之一。但是射频载波的产生通常需要混频器，但是在433MHzISM频段上，如果采用混频器设计，则会有很多缺点，例如修改频点不灵活。在无源测温系统控制器中，需要将接收信号相对于发射信号的频偏测量后出来。通常的方法是使用混频器获得基带信号，然后测量信号带宽。但是这种方法需要低噪放大器以及射频滤波器等分立元器件，增加了系统的成本与复杂度。同时由于发射载波与接收载波之间存在频偏，可以使用FDD（频分双工）结构同时进行信号的发射与接收，但是需要昂贵的双工器。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种可直接提取频偏，基于表面声波的无源无线温度传感器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种基于表面声波的无源无线温度传感器，包括表面声波传感器，所述表面声波传感与BPF连接或者与零中频接收机连接，其特征在于，零中频接收机单元和与零中频接收机单元输出端依次连接的A/D转换器、微控制单元MCU、射频载波生成单元、功率放大器PA、滤波器BPF，所述射频载波生成单元输出端与零中频接收机单元输入端连接，

所述射频载波生成单元，用于提供射频载波，从而激励所述表面声波传感器产生了接收载波；所述零中频接收机单元，用于接收表面声波传感器的接收载波并提取发射载波与接收载波之间的频偏测量；

所述微控制单元MCU，用于控制射频载波生成单元发射载波并根据频偏测量计算出接收载波频率，再将计算出接收载波频率换算为温度值。

作为上述技术方案的改进，所述零中频接收机单元包括依次连接的低噪放大器LNA、混频器Mixer和射频滤波器LPF。

作为上述技术方案的改进，所述射频载波生成单元包括直接数字频率合成器DDS和锁相环PLL，所述锁相环PLL输出端与所述混频器Mixer连接。

作为上述技术方案的改进，所述直接数字频率合成器DDS包括依次连接的相位累加器、波形存储器ROM、D／A转换器和滤波器。

作为上述技术方案的改进，所述锁相环PLL包括依次连接的鉴相器PD、低通滤波器滤波LPF和压控振荡器VCO。