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1、无线无源谐振式传感器读取单元的设计与研究曹群,等无线无源谐振式传感器读取单元的设计与研究DesignandResearchoftheReadoutUnitBasedonWirelessPassiveResonantSensor1,231,21,21,21,21,2曹群赵卫军梁庭张海瑞洪应平郑庭丽熊继军1(中北大学电子测试技术重点实验室,山西太原030051;23中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西太原030051;北京宇航系统工程研究所,北京100000)摘要:基于LC谐振传感器的互感耦合原理,研究并设计了一种基于ASIC的专用模拟集成电路测试模块的新颖读取单
2、元。论述了无线无源LC谐振传感部分频率读取方法的理论模型,介绍了利用该模块产生扫频信号的电路结构,并详细阐述了数字化存储与PC后处理结合的测试方法。实验结果表明,传感器与读取天线的耦合距离为2.5cm时,在0~0.3MPa的压力范围内,使用该读取单元测得的传感器谐振频率与阻抗分析仪读取的数据表现出良好的一致性,最大相对误差为5.36%。该读取单元为无线无源LC谐振传感器应用于实验室以外的实际工程环境提供了可能。关键词:无线无源LC谐振式传感器互感耦合信号读取数字存储模拟集成电路中图分类号:TH89;TP212+.1文献标志码:ADOI:10.16086/j.cnki.is
3、sn1000-0380.201507018Abstract:BasedonmutualinductancecouplingprincipleofLCresonantsensor,thenovelreadoutunitonthebasisofASICdedicatedanalogICtestmoduleisresearchedanddesigned.ThetheoreticalmodeloffrequencyreadoutmethodforwirelesspassiveLCresonantsensorisexpounded,thecircuitstructureforgen
4、eratingsweepfrequencysignalusingthemoduleisintroduced,andthetestmethodthatcombiningdigitizedstorageandPCpost-processingisdescribedindetail.Theexperimentalresultsindicatethatwhenthedistancebetweensensorandreadoutantennais2.5cm,andthepressurerangewithin0to0.3MPa,theresonantfrequencymeasured
5、bythereadoutunitandthedatareadfromimpedanceanalyzerisconsistent,themaximumrelativeerroris5.36%,thisprovidespossibilityforapplyingwirelesspassiveLCresonantsensorinpracticalengineeringenvironmentoutsidelaboratories.Keywords:PassivewirelessLCresonantsensorInductancecouplingSignalreadoutDigit
6、alstorageAnalogintegratedcircuit[7]在上述读取方法的基础上,研究并设计了一种0引言基于无线无源互感耦合原理的读取单元。该读取单元[1][2][3]在工业、自动化或生物医学的应用领域主要采用模拟集成电路测试模块,通过产生扫频信号,中,利用传感器与读取电路之间的有线连接难以实现进而混频及低通滤波,将信号数字化存储之后,通过压力测试,例如在高温环境中引起的有线连接或结构PC读取数据,并利用软件进行数据处理,完成对无源失效。为了解决这些问题,通常采用由敏感电容和可压力传感器谐振信号的读取。同时,该读取单元体积以通过互感耦合进行无线操作的LC谐振电
7、路共同组小、携带方便、通信方式灵活,为今后进一步的研究节[4]成的无线无源传感器作为测试元件,利用远端无线约了工作时间。传感的方法来检测传感器的谐振频率。1互感耦合谐振读取模型分析通常情况下,为了实现无线耦合信号的读取,选用[5][6]网络分析仪或阻抗分析仪等测试仪器,通过测量无线耦合信号的传输利用了电磁感应原理,实现天线线圈的阻抗大小和相位移动得到传感器的谐振频了从发射天线到LC谐振式传感器的能量无线传输。率。尽管这些读取设备可调节性强且精确度高,但是基于上述原理可知,读取单元的具体工作过程如下:传在实验室环境之外,因其价格
