无源无线温湿压传感器电路系统优化设计

发布时间：2018-04-21 15:12

本文选题：无源无线 + 背散射　；参考：《东南大学》2016年硕士论文

【摘要】：传感器技术如今已经渗透到我们生产生活中的方方面面,包括汽车、电脑、智能手机、气象探测、国防安全等。随着传感器的应用日益广泛,传统的有源有线传感器的缺陷日益突出,人们对传感器的性能也提出了许多新的要求,如小型化、集成化、数字化、智能化、低功耗无源化等。传统的有源有线传感器体积大,数据传输为有线的方式,在测量恶劣环境、植入生物体、测量密封环境时存在诸多不便甚至无法测量。无源无线传感器具有体积小、不使用电源、无线遥测的优点,在测量密闭环境等方面具有得天独厚的优势。无源无线传感器主要分为两大类：第一类是LC谐振型无源无线传感器；第二类是基于背散射调制的无源无线传感器。LC谐振型传感器系统所使用的传感器一般是电容式传感器或者电感式,利用传感器的参数变化,改变谐振频率,利用外部设备测量其谐振频率。这种无源无线传感器的缺点在于需要笨重的外部设备或者复杂的测量电路、难以实现双信道数据传输或者多参数测量。基于背散射调制的无源无线传感器系统克服了LC谐振型传感器的这些缺点,这种无源无线传感器系统是将传感器技术和射频识别技术结合。其数据和能量的无线传输的原理与射频识别技术一样,与射频识别技术不同的是数据的来源。本论文主要设计了一种基于背散射调制的无源无线多参数传感器系统,并对该系统做了大量的优化。系统主要针对密闭喷涂间设计的,用于测量喷涂间内的温度、湿度和气压。本论文的主要研究内容和创新如下：首先介绍了传统传感器技术局限性和传感器技术的发展方向,随后介绍了无源无线传感器的应用前景。对无源无线传感器的种类做了介绍,并介绍了无源无线传感器系统的发展现状。然后对基于背散射调制的无源无线传感器系统所涉及的技术和理论进行了分析。接着就提出了一种适合测量密封环境的无源无线多参数传感器系统,传感器主要用于测量密封环境的温度、湿度和气压。系统主要包括主系统和次系统两个部分,主次系统之间通过电感耦合实现能量和数据的无线传输。主系统通过载波为次系统提供能量,次系统利用传感器采集环境参数,利用接口电路将传感器采集的数据转换为数字频率信号,再利用时分复用电路实现系统多参数测量。次系统通过负载调制将传感器采集的数据传到主系统。本文对系统各个部分的电路结构和功能都做了详细的说明,并利用仿真软件验证电路的可行性。随后从功率放大器、传感器接口电路等方面对电路进行了优化,提高了系统的各项性能。在设计优化之后,对电路的调试和系统的测试做了详细的说明,主要包括电路的参数如何调试,传感器的测试和标定,系统的数据无线传输距离测试,系统精度和分辨率的测试,系统在实际应用环境密闭喷涂间的测试。使用背散射调制读出将数据由次系统传到主系统的最大无线距离达到4cm.测试结果表明系统对温湿压传感器的灵敏度为分别为：0.18kHz/℃, 0.1kHz%RH和0.056kHz/hPa本文的最后对论文的工作做了总结,并对基于背散射调制的无源无线传感器系统的改进方法和发展方向进行了展望。
[Abstract]:Sensor technology is now penetrating into every aspect of our production life , including automobile , computer , smart phone , weather detection , national defense security , etc . As the application of sensor becomes more and more extensive , the defect of traditional active wired sensor is becoming more and more prominent .
A passive wireless sensor system based on backscatter modulation is used to measure the temperature , humidity and air pressure in a sealed environment .

【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212

【参考文献】