[发明专利]时分、时分与频分、时分与码分、时分与码分与频分结合的声表面波标签测温系统及方法

说明书

本发明公开了四种声表面波标签测温系统及相应的测温方法，通过时分、时分与频分、时分与码分、时分与码分与频分结合的方法实现多节点的防碰撞测温。测温系统由声表面波标签节点、阅读器和服务器构成。时分方法根据标签的反射栅的不同位置对应回波脉冲的不同时延分为多个声表面波标签节点，时分与频分方法根据谐振频率的不同对时分标签进行分类，时分与码分方法根据相位调制叉指换能器的不同相位编码对时分标签进行分组，时分与码分与频分结合的方法对时分标签先分类再分组。针对不同方法的测温系统，阅读器发射不同的激励信号。本发明在满足ISM及国家标准允许带宽的同时，增加了节点数量，且具有校验功能、抗干扰能力强，实时性也相对更好。

技术领域：

本发明涉及时分、时分与频分、时分与码分、时分与码分与频分结合的声表面波标签测温系统及方法，属于无线传感与射频识别领域。

背景技术：

声表面波器件可用作传感器，从结构上可分为谐振器型和延迟线型两种，分别如图1和图2所示。谐振器型声表面波器件由压电基底、叉指换能器、反射栅构成，叉指换能器两端的反射栅呈密集型阵列布置，以形成声学谐振腔。延迟线型声表面波器件由压电基底、输入叉指换能器、输出叉指换能器构成。声表面波器件用作温度传感时，根据温度引起声表面波传播速度和压电材料参数变化，并进一步导致谐振器型声表面波器件的谐振频率变化或延迟线型声表面波器件的时延、相位变化来实现测温功能。

在阅读器和天线的配合下，声表面波传感器在无线传感的同时也不需要电源。声表面波传感器最引人注目的便是其无线功能和无源本质，因此获得了以智能电网为典型代表的工业应用领域的广泛关注。

现有智能电网的温度检测主要包括高压开关柜和高压传输线的节点温度检测，需在线实时测量多个节点的温度，并根据测量结果实现相应的告警功能。目前，无源无线声表面波测温技术用于智能电网时，通常采用谐振器型声表面波传感器，选择433.92MHz频段，通过频分多址的方法实现对多个节点的防碰撞测温，即各个声表面波温度传感器节点采用谐振频率及带宽各不相同的谐振器型声表面波器件，阅读器依次发射载波频率与各个传感器节点谐振频率一致的脉冲激励信号，从而轮询对每个节点测温。

上述采用频分多址方法的谐振器型声表面波测温系统存在着以下问题：

(1)按照ISM频带标准，433.92MHz频带的允许带宽只有1.74MHz，但针对谐振器型声表面波传感器，通常仅一个传感器节点的带宽便有2MHz左右，若希望提高测温精度或增大测温范围，占用的带宽将更大，因此多个传感器节点需要的总带宽远远超过了标准允许的带宽要求。目前在智能电网领域，为了对更多节点实时测温以起到更充分的预警作用，或针对具体应用时的实际要求，需要防碰撞测温的节点数量越来越多，因此需要声表面波测温系统及测温方法在满足ISM及国家标准允许带宽要求的同时，还能够大幅度增加测温节点的数量。

(2)无论是高压开关柜还是高压传输线的节点温度检测，都面临着实际应用时的电磁干扰问题，需要提高系统的抗干扰能力。

(3)对于谐振器型声表面波传感器，从回波信号中仅能提取谐振频率单个特征量，不存在其它任何校验码，从而不能保证测温结果的可靠性。

(4)无源无线检测系统在强电磁干扰时有可能发生故障，导致检测结果异常。根据具体的异常情况及其程度，可能需要及时检修系统。但是，当前的谐振器型声表面波测温系统无法根据检测结果判断系统异常并对系统进行检修。

(5)采用频分多址方法对每个谐振器型声表面波传感器节点轮询测温时，若节点数量增多，则轮询时间变长，从而影响测温的实时性。

(6)谐振器型声表面波传感器的测温精度取决于传感器谐振频率的估计精度。若采用扫频测强度的谐振频率估计方法，需要通过步进频率的细分来提高估计精度；若采用傅里叶变换测频谱的方法，需要通过频域插值来提高估计精度。上述两种提高测温精度的方法都需要牺牲时间即进一步影响测温的实时性为代价。

发明内容：