一種聲表面波傳感器激勵(lì)與查詢裝置及其頻偏獲取方法
【專利摘要】本發(fā)明的聲表面波傳感器激勵(lì)與查詢裝置，它包括發(fā)射鏈路，接收鏈路，過沖整形模塊，選擇開關(guān)以及控制模塊；發(fā)射鏈路，用于在過沖整形模塊的控制下發(fā)射激勵(lì)信號(hào)，其輸入端連接控制模塊，其輸出端連接選擇開關(guān)；接收鏈路，用于在過沖整形模塊的控制下接收回波信號(hào)，其輸入端連接選擇開關(guān)；過沖整形模塊，用于將控制模塊生成的開關(guān)控制信號(hào)的過沖消除掉，其輸入端連接控制模塊，其輸出端分別與發(fā)射鏈接，接收鏈路和選擇開關(guān)的控制端連接；選擇開關(guān)，根據(jù)接收到的來自過沖整形模塊的開關(guān)控制信號(hào)，選擇發(fā)射鏈路或者接收鏈路的導(dǎo)通，其一端與天線連接；控制模塊，用于配置發(fā)射鏈路和接收鏈路中信號(hào)源的輸出頻率，同時(shí)生成開關(guān)控制信號(hào)。
【專利說明】-種聲表面波傳感器激勵(lì)與查詢裝置及其頻偏獲取方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及利用聲表面?zhèn)鞲衅骷?lì)與查詢的裝置。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 聲表面波（surface acoustic wave, W下簡(jiǎn)稱SAW)傳感器對(duì)許多物理、化學(xué)或生 物量敏感，已在溫度監(jiān)測(cè)、扭矩測(cè)量、氣壓監(jiān)測(cè)W及生化檢測(cè)等方面得到了較深入的研究。
[0003] 但是一般情況下SAW傳感器為無源系統(tǒng)，也就是說需要外部激勵(lì)信號(hào)去激勵(lì)SAW傳 感器，然后SAW傳感器發(fā)出回波，通?；夭ㄏ鄬?duì)激勵(lì)信號(hào)的頻偏就攜帶有運(yùn)些物理、化學(xué)或 生物量的信息，例如溫度、扭矩、氣壓等。對(duì)SAW傳感器進(jìn)行激勵(lì)，并接收傳感器回波進(jìn)行頻 偏測(cè)定的裝置就是聲表面波(SAW)傳感器激勵(lì)與查詢裝置，也稱為閱讀器。在圖1中，左側(cè)裝 置為閱讀器，右側(cè)裝置為無源SAW傳感器。
[0004] 聲表面波傳感器是一種新型傳感器，它具有體積小，精度高，靈敏度高，抗干擾能 力強(qiáng)、容易與數(shù)字化測(cè)試系統(tǒng)連接等優(yōu)點(diǎn)。SAW諧振器可W工作在30MHZ--3G化頻率范圍，因 此它可直接將射頻電磁波轉(zhuǎn)換成SAW或?qū)AW轉(zhuǎn)換成射頻電磁波，無需電源供電。運(yùn)一特性 使得WSAW諧振器為傳感元的諧振器型SAW傳感器可W實(shí)現(xiàn)無源、無線傳感，在無源、無線單 端對(duì)SAW諧振器型傳感器中，間歇發(fā)送脈沖信號(hào)到傳感元，在兩次發(fā)送間歇接收被傳感元返 回的回波信號(hào)。該信號(hào)是諧振器的瞬態(tài)輸出信號(hào)，它已受被測(cè)量調(diào)制，是一個(gè)W諧振器的諧 振頻率振蕩的衰減信號(hào)。當(dāng)外界環(huán)境變化時(shí)SAW諧振器的諧振頻率隨之改變，因此從回波信 號(hào)中獲得諧振頻率，就能提取出傳感的被測(cè)量信息。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)中某些SAW閱讀器的如圖2所示，未在接收鏈路中使用開關(guān)進(jìn)行隔離。因 此在激勵(lì)信號(hào)發(fā)射階段激勵(lì)信號(hào)會(huì)泄漏到接收鏈路，導(dǎo)致自動(dòng)增益控制模塊將低噪放大器 的增益降低，影響回波接收的靈敏度。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)中的另外一些SAW閱讀器如圖2、3所示。有的在發(fā)射鏈路中不設(shè)置開關(guān)， 要么設(shè)置開關(guān)，但是開關(guān)的位置在功放之后。在發(fā)射鏈路中不設(shè)置開關(guān)會(huì)導(dǎo)致激勵(lì)信號(hào)泄 漏到接收鏈路(不管是激勵(lì)信號(hào)發(fā)射階段還是在回波接收階段），大大降低回波信號(hào)信噪 比。如果在功放之后設(shè)置開關(guān)，因?yàn)榇藭r(shí)信號(hào)源還在工作，還會(huì)有部分激勵(lì)信號(hào)在回波接收 階段泄漏到接收鏈路中。
[0007] 在當(dāng)前的聲表面波(SAW)傳感器激勵(lì)與查詢裝置中，控制模塊負(fù)責(zé)生成開關(guān)控制 信號(hào)。開關(guān)控制信號(hào)是數(shù)字脈沖，來自于數(shù)字忍片(DSP、MCUW及FPGA等）的管腳輸出，因此 不可避免的帶有過沖(上沖或者下沖)現(xiàn)象(見圖4)。過沖主要發(fā)生在數(shù)字脈沖的開始與結(jié) 束時(shí)刻，會(huì)使得開關(guān)的開啟與閉合不穩(wěn)定。如果在回波接收階段，由于開關(guān)控制信號(hào)過沖， 會(huì)使得開關(guān)閉合時(shí)，破壞回波信號(hào)的完整，降低接收信號(hào)信噪比。在激勵(lì)信號(hào)發(fā)射階段，由 于開關(guān)控制信號(hào)過沖，會(huì)使得開關(guān)閉合、斷開的時(shí)候，破壞激勵(lì)信號(hào)的完整性，影響激勵(lì)效 果(見圖5、圖6)。
[000引由于無源聲表面波傳感器沒有電源，只是依靠外部電磁波的激勵(lì)產(chǎn)生回波，因此 有效回波的有效長(zhǎng)度極短，一般在lOus左右。另外，由于傳感器回波的頻偏中攜帶了溫度的 信息，需要測(cè)量計(jì)算出此頻偏。根據(jù)FFT理論，頻率的分辨率取決于下式：
[0009]
[0010] 其中，fs為回波信號(hào)采樣率，Ts為回波信號(hào)采樣周期，L為回波時(shí)長(zhǎng)。從式可W看 出，一味地提高回波信號(hào)的采樣速率，對(duì)于頻頻的分辨率是沒有用處的。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0011] 有鑒于此，本發(fā)明提供一種改進(jìn)的聲表面波傳感器激勵(lì)與查詢裝置。
[0012] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，構(gòu)造聲表面波傳感器激勵(lì)與查詢裝置，它包括發(fā)射鏈 路，接收鏈路，過沖整形模塊，選擇開關(guān)W及控制模塊；
[0013] 發(fā)射鏈路，用于在過沖整形模塊的控制下發(fā)射激勵(lì)信號(hào)，其輸入端連接控制模塊， 其輸出端連接選擇開關(guān)；
[0014] 接收鏈路，用于在過沖整形模塊的控制下接收回波信號(hào)，其輸入端連接選擇開關(guān)， 其輸出端連接外部設(shè)備；
[0015] 過沖整形模塊，用于將控制模塊生成的開關(guān)控制信號(hào)的過沖消除掉，其輸入端連 接控制模塊，其輸出端分別與發(fā)射鏈接，接收鏈路和選擇開關(guān)的控制端連接；
[0016] 選擇開關(guān)，根據(jù)接收到的來自過沖整形模塊的開關(guān)控制信號(hào)，選擇發(fā)射鏈路或者 接收鏈路的導(dǎo)通，其一端與天線連接；
[0017] 控制模塊，用于配置發(fā)射鏈路和接收鏈路中信號(hào)源的輸出頻率，同時(shí)生成開關(guān)控 制信號(hào)。
[0018] 優(yōu)選的，所述接收鏈路包括控制端與過沖整形模塊一輸出端連接的開關(guān)S2,開關(guān) S2根據(jù)過沖整形模塊輸出的控制信號(hào)，控制接收鏈路的通斷。
[0019] 優(yōu)選的，所述發(fā)射鏈路包括開關(guān)S1，鎖相環(huán)1，功放2;
[0020] 開關(guān)S1，根據(jù)過沖整形模塊輸出的控制信號(hào)，控制發(fā)射鏈路的通斷，其輸出端連接 鎖相環(huán)1，其控制端連接過沖整形模塊的一輸出端；
[0021] 鎖相環(huán)1，用于鎖定信號(hào)源輸出激勵(lì)信號(hào)的頻率，其輸出端和反饋端連接功放2;
[0022] 功放2,用于對(duì)信號(hào)源輸出激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行放大。
[0023] 優(yōu)選的，它還包括回波信號(hào)處理模塊，回波信號(hào)處理模塊，用于對(duì)聲表面波傳感器 輸出的回波信號(hào)進(jìn)行FFT處理，輸出頻偏，其輸入端連接接收鏈路和控制模塊;所述控制模 塊，還用于向回波信號(hào)處理模塊提供回波到來通知信號(hào)。
[0024] 本發(fā)明還提供一種聲表面波傳感器激勵(lì)與查詢裝置的回波頻偏獲取方法，它包括 如下步驟：
[0025] A1:利用最大譜線及其相鄰的1根"第二大"譜線進(jìn)行插值來確定真實(shí)頻率位置。對(duì) 回波離散信號(hào)s(n)作N點(diǎn)FFT處理，最大譜線值記為I S化0) I，第二大譜線值記為I S化o+r) I， 則得到的頻率估計(jì)值為：
[0026]
[0027]其中，當(dāng) Is化0+1) I > Is化0-1) I時(shí)，m=l; Is化0+1) I < Is化0-1) I時(shí)，m=-l;
[0032] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：
[0033] 1.在當(dāng)前的聲表面波（SAW)傳感器激勵(lì)與查詢裝置中，控制模塊負(fù)責(zé)生成開關(guān)控 制信號(hào)。開關(guān)控制信號(hào)是數(shù)字脈沖，來自于數(shù)字忍片(DSP、MCUW及FPGA等）的管腳輸出，因 此不可避免的帶有過沖（上沖或者下沖）現(xiàn)象。過沖主要發(fā)生在數(shù)字脈沖的開始或結(jié)束時(shí) 亥IJ，會(huì)使得開關(guān)的開啟與閉合不穩(wěn)定。如果在回波接收階段，由于開關(guān)控制信號(hào)過沖，會(huì)使 得開關(guān)動(dòng)作時(shí)，破壞回波信號(hào)的完整，降低接收信號(hào)信噪比。而在激勵(lì)信號(hào)發(fā)射階段，由于 開關(guān)控制信號(hào)過沖，會(huì)使得開關(guān)動(dòng)作的時(shí)候，破壞激勵(lì)信號(hào)的完整性，影響激勵(lì)效果。為了 保證激勵(lì)信號(hào)與回波信號(hào)的完整性，因此本發(fā)明使用過沖整形電路消除了開關(guān)控制信號(hào)的 過沖。
[0034] 2.在當(dāng)前的聲表面波（SAW)傳感器激勵(lì)與查詢裝置中，未在接收鏈路使用開關(guān)進(jìn) 行隔離。因此在激勵(lì)信號(hào)發(fā)射階段激勵(lì)信號(hào)會(huì)泄漏到接收鏈路，導(dǎo)致自動(dòng)增益控制模塊將 低噪放大器的增益降低，影響回波接收的靈敏度。而本發(fā)明中在激勵(lì)信號(hào)發(fā)射階段，使用開 關(guān)SO與S2進(jìn)行雙重隔離。在激勵(lì)信號(hào)發(fā)射階段，開關(guān)S2斷開，開關(guān)SO連接在發(fā)射鏈路，在雙 重開關(guān)的隔離下，激勵(lì)信號(hào)泄露到接收鏈路的能量很小，不會(huì)使自動(dòng)增益控制將LNA2的增 益降低，提高了回波接收的靈敏度。
[0035] 3.在當(dāng)前的聲表面波（SAW)傳感器激勵(lì)與查詢裝置中，有的在發(fā)射鏈路中不設(shè)置 開關(guān)，要么設(shè)置開關(guān)，但是開關(guān)的位置在功放之后。在發(fā)射鏈路中不設(shè)置開關(guān)會(huì)導(dǎo)致激勵(lì)信 號(hào)泄漏到接收鏈路(不管是激勵(lì)信號(hào)發(fā)射階段還是在回波接收階段），大大降低回波信號(hào)信 噪比。如果在功放之后設(shè)置開關(guān)，因?yàn)榇藭r(shí)信號(hào)源還在工作，還會(huì)有部分激勵(lì)信號(hào)在回波接 收階段泄漏到接收鏈路中。而在本發(fā)明中，在發(fā)射鏈路的開關(guān)S1閉合的時(shí)候，鎖相環(huán)1開始 工作，當(dāng)鎖相環(huán)1鎖定激勵(lì)信號(hào)頻率的時(shí)候，鎖相環(huán)1才將功放2啟動(dòng)輸出激勵(lì)信號(hào)。因此功 放2激勵(lì)信號(hào)從起始階段頻率是完整的，同時(shí)幅度也是完整的。在發(fā)射鏈路的開關(guān)S1斷開的 時(shí)候，鎖相環(huán)1立刻關(guān)閉自身與功放2的激勵(lì)信號(hào)輸出，使得激勵(lì)信號(hào)結(jié)束時(shí)頻率與幅度保 持完整。同時(shí)在回波接收階段，沒有激勵(lì)信號(hào)泄漏到接收鏈路，提高了回波接收信號(hào)的信噪 比。
[0036] 4.因此本發(fā)明提出一種方法，可W在fs較小的情況下（但是需要滿足采樣定理）， 也能達(dá)到較好的頻偏分辨率。運(yùn)種方法顯著的降低了信號(hào)處理器件的成本。 【【附圖說明】】
[0037] 圖1現(xiàn)有技術(shù)一中的聲表面波傳感器激勵(lì)與查詢裝置示意圖；
[0038] 圖2現(xiàn)有技術(shù)二中的聲表面波傳感器激勵(lì)與查詢裝置電路組成示意圖；
[0039] 圖3現(xiàn)有技術(shù)Ξ中的聲表面波傳感器激勵(lì)與查詢裝置電路組成示意圖；
[0040] 圖4現(xiàn)有技術(shù)中的聲表面波傳感器激勵(lì)與查詢裝置的開關(guān)控制信號(hào)的波形圖；
[0041 ]圖5現(xiàn)有技術(shù)中的聲表面波傳感器激勵(lì)與查詢裝置接收階段激勵(lì)信號(hào)的波形圖；
[0042] 圖6現(xiàn)有技術(shù)中的聲表面波傳感器激勵(lì)與查詢裝置發(fā)射階段激勵(lì)信號(hào)的波形圖；
[0043] 圖7實(shí)施例一中的聲表面波傳感器激勵(lì)與查詢裝置組成框圖；
[0044] 圖8實(shí)施例一中的聲表面波傳感器激勵(lì)與查詢裝置發(fā)射階段激勵(lì)信號(hào)的波形圖；
[0045] 圖9實(shí)施例一中的聲表面波傳感器激勵(lì)與查詢裝置接收階段激勵(lì)信號(hào)的波形圖；
[0046] 圖10實(shí)施例一中的聲表面波傳感器激勵(lì)與查詢裝置的過沖整形電路電路原理圖；
[0047] 圖11實(shí)施例一中的聲表面波傳感器激勵(lì)與查詢裝置獲取的頻偏波形圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0048] 為了使本專利的技術(shù)方案和技術(shù)效果更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利 的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0049] 實(shí)施例一.
[0050] 如圖7,本實(shí)施例中的聲表面波傳感器激勵(lì)與查詢裝置，包括發(fā)射鏈路，接收鏈路， 回波信號(hào)處理模塊，過沖整形模塊，選擇開關(guān)W及控制模塊。
[0051] 發(fā)射鏈路，用于在過沖整形模塊的控制下發(fā)射激勵(lì)信號(hào)，其輸入端連接控制模塊， 其輸出端連接選擇開關(guān)。
[0052] 接收鏈路，用于在過沖整形模塊的控制下接收回波信號(hào)，其輸入端連接選擇開關(guān)， 其輸出端連接外部設(shè)備。
[0053] 回波信號(hào)處理模塊，用于對(duì)聲表面波傳感器輸出的回波信號(hào)進(jìn)行FFT處理，輸出頻 偏，其輸入端連接接收鏈路和控制模塊。
[0054] 過沖整形模塊，用于將控制模塊生成的開關(guān)控制信號(hào)的過沖消除掉，其輸入端連 接控制模塊，其輸出端分別與發(fā)射鏈接，接收鏈路和選擇開關(guān)的控制端連接。
[0055] 選擇開關(guān)，根據(jù)接收到的來自過沖整形模塊的開關(guān)控制信號(hào)，選擇發(fā)射鏈路或者 接收鏈路的導(dǎo)通，其一端與天線連接。
[0056] 控制模塊，用于配置兩個(gè)信號(hào)源的輸出頻率，同時(shí)生成開關(guān)控制信號(hào)，W及向回波 信號(hào)處理模塊提供回波到來通知信號(hào)。
[0057] 發(fā)射鏈路，包括信號(hào)源1，開關(guān)S1，鎖相環(huán)1，功放1，功放2和帶通濾波器1。
[005引信號(hào)源1，用于產(chǎn)生特定頻率的高頻信號(hào)，其輸入端連接控制模塊，其輸出端連接 開關(guān)S1。
[0059] 開關(guān)S1，根據(jù)過沖整形模塊輸出的控制信號(hào)，控制發(fā)射鏈路的通斷，其輸出端連接 鎖相環(huán)1。
[0060] 鎖相環(huán)1，用于鎖定激勵(lì)信號(hào)的頻率，其輸出端和反饋端連接功放2。
[0061] 功放2和功放1串聯(lián)，用于對(duì)激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行放大，功放1的輸出端連接帶通濾波器1。
[0062] 帶通濾波器1，用于濾除激勵(lì)信號(hào)中的雜波分量，其輸出端連接選擇開關(guān)SO。
[006引接收鏈路，包括信號(hào)源2，鎖相環(huán)2，帶通濾波器2，低噪放大器1，開關(guān)S2，自動(dòng)增益 控制單元，低噪放大器2，下變頻器，中頻放大器，低通濾波器，模數(shù)變換單元。
[0064] 信號(hào)源2,用于產(chǎn)生特定頻率的高頻信號(hào)，其輸入端連接控制模塊，其輸出端連接 鎖相環(huán)2。
[0065] 鎖相環(huán)2,用于鎖定激勵(lì)信號(hào)的頻率，其輸出端連接下變頻器。
[0066] 帶通濾波器2,用于濾除回波中的雜波分量，其輸入端連接選擇開關(guān)S0,其輸出端 連接低噪放大器1。
[0067] 低噪放大器1，用于放大回波，其輸出端連接開關(guān)S2。
[0068] 開關(guān)S2，根據(jù)過沖整形模塊輸出的控制信號(hào)，控制接收鏈路的通斷，其輸出端連接 自動(dòng)增益控制單元。
[0069] 自動(dòng)增益控制單元，根據(jù)回波信號(hào)的強(qiáng)弱自動(dòng)調(diào)節(jié)低噪放大器2的放大增益，其輸 出端連接低噪放大器2。
[0070] 低噪放大器2,用于放大回波，其輸出端連接下變頻器。
[0071] 下變頻器，用于將回波和激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生本振信號(hào)，同時(shí)調(diào)制回波到低中頻，其輸出 端連接中頻放大器。
[0072] 中頻放大器，用于放大調(diào)制后的回波，其輸出端連接低通濾波器。
[0073] 低通濾波器，用于濾除回波中的高頻分量，其輸出端連接模數(shù)變換單元。
[0074] 模數(shù)變換單元，用于將回波轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出。
[0075] 本實(shí)施例中的聲表面波傳感器激勵(lì)與查詢裝置工作原理如下：
[0076] 在激勵(lì)信號(hào)發(fā)射階段，首先控制模塊配置信號(hào)源1、2的輸出頻率，然后輸出開關(guān)控 制脈沖，開關(guān)控制脈沖經(jīng)過過沖整形，控制S1關(guān)閉，S2斷開，SO接通發(fā)射鏈路。在發(fā)射鏈路的 開關(guān)S1閉合的時(shí)候，鎖相環(huán)1開始工作，當(dāng)鎖相環(huán)1鎖定激勵(lì)信號(hào)頻率的時(shí)候，鎖相環(huán)1才將 功放2啟動(dòng)輸出激勵(lì)信號(hào)。因此功放2激勵(lì)信號(hào)從起始階段頻率是完整的，同時(shí)幅度也是完 整的(見圖8)。在發(fā)射鏈路的開關(guān)S1斷開的時(shí)候，鎖相環(huán)1立刻關(guān)閉自身與功放2的激勵(lì)信號(hào) 輸出，使得激勵(lì)信號(hào)結(jié)束時(shí)頻率與幅度保持完整。同時(shí)在回波接收階段，沒有激勵(lì)信號(hào)泄漏 到接收鏈路，提高了回波接收信號(hào)的信噪比（見圖9)。其中，開關(guān)控制脈沖過沖整形電路如 圖10所示：
[0077] 在回波信號(hào)接收階段，控制模塊輸出的開關(guān)控制信號(hào)將S1斷開，將S2閉合，將SO接 到接收鏈路。此時(shí)回波信號(hào)經(jīng)過低噪放大器1，觸發(fā)自動(dòng)增益控制，然后低噪放大器2繼續(xù)放 大回波。在下變頻器中，信號(hào)源2與鎖相環(huán)2共同產(chǎn)生本振信號(hào)，將回波信號(hào)降到低中頻。后 續(xù)經(jīng)過中頻放大與濾波，通過模數(shù)變換器將中頻回波轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
[0078] 最后，由控制模塊通知回波信號(hào)處理模塊讀取回波數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行FFT操作，獲 取頻偏信息(見圖11)。具體獲取頻偏的方法如下：
[0079] A1、首先利用最大譜線及其相鄰的1根"第二大"譜線進(jìn)行插值來確定真實(shí)頻率位 置。對(duì)回波離散信號(hào)s(n)作N點(diǎn)FFT處理，最大譜線值記為I S化0) I，第二大譜線值記為I S化0+ r) I，則得到的頻率估計(jì)值為：
[0080]
[0081 ]其中，當(dāng) Is化0+1) I > Is化0-1) I時(shí)，m=l; Is化0+1) I < Is化0-1) I時(shí)，m=-l。
[0082] A2、計(jì)算 δ;
[0083] A3、如果爭(zhēng)< 間< 丟，貝順率估計(jì)值為
3 2
[0084] A4、如果務(wù)< I沒I《I :，則頻率估計(jì)值為：
[0085] 由上述工作過程可見，在當(dāng)前的聲表面波(SAW)傳感器激勵(lì)與查詢裝置中，控制模 塊負(fù)責(zé)生成開關(guān)控制信號(hào)。開關(guān)控制信號(hào)是數(shù)字脈沖，來自于數(shù)字忍片(DSP、MCUW及FPGA 等)的管腳輸出，因此不可避免的帶有過沖(上沖或者下沖)現(xiàn)象。過沖主要發(fā)生在數(shù)字脈沖 的開始或結(jié)束時(shí)刻，會(huì)使得開關(guān)的開啟與閉合不穩(wěn)定。如果在回波接收階段，由于開關(guān)控制 信號(hào)過沖，會(huì)使得開關(guān)動(dòng)作時(shí)，破壞回波信號(hào)的完整，降低接收信號(hào)信噪比。而在激勵(lì)信號(hào) 發(fā)射階段，由于開關(guān)控制信號(hào)過沖，會(huì)使得開關(guān)動(dòng)作的時(shí)候，破壞激勵(lì)信號(hào)的完整性，影響 激勵(lì)效果。因此本系統(tǒng)中，為了保證激勵(lì)信號(hào)與回波信號(hào)的完整性，使用過沖整形電路消除 開關(guān)控制信號(hào)的過沖。
[0086] 在當(dāng)前的聲表面波(SAW)傳感器激勵(lì)與查詢裝置中，未在接收鏈路使用開關(guān)進(jìn)行 隔離。因此在激勵(lì)信號(hào)發(fā)射階段激勵(lì)信號(hào)會(huì)泄漏到接收鏈路，導(dǎo)致自動(dòng)增益控制模塊將低 噪放大器的增益降低，影響回波接收的靈敏度。而本實(shí)施例在激勵(lì)信號(hào)發(fā)射階段，使用開關(guān) SO與S2進(jìn)行雙重隔離。在激勵(lì)信號(hào)發(fā)射階段，開關(guān)S2斷開，開關(guān)SO連接在發(fā)射鏈路，在雙重 開關(guān)的隔離下，激勵(lì)信號(hào)泄露到接收鏈路的能量很小，不會(huì)使自動(dòng)增益控制將LNA2的增益 降低，提高了回波接收的靈敏度。
[0087] 在當(dāng)前的聲表面波(SAW)傳感器激勵(lì)與查詢裝置中，有的在發(fā)射鏈路中不設(shè)置開 關(guān)，要么設(shè)置開關(guān)，但是開關(guān)的位置在功放之后。在發(fā)射鏈路中不設(shè)置開關(guān)會(huì)導(dǎo)致激勵(lì)信號(hào) 泄漏到接收鏈路(不管是激勵(lì)信號(hào)發(fā)射階段還是在回波接收階段），大大降低回波信號(hào)信噪 比。如果在功放之后設(shè)置開關(guān)，因?yàn)榇藭r(shí)信號(hào)源還在工作，還會(huì)有部分激勵(lì)信號(hào)在回波接收 階段泄漏到接收鏈路中。而在本實(shí)施例中，在發(fā)射鏈路的開關(guān)S1閉合的時(shí)候，鎖相環(huán)1開始 工作，當(dāng)鎖相環(huán)1鎖定激勵(lì)信號(hào)頻率的時(shí)候，鎖相環(huán)1才將功放2啟動(dòng)輸出激勵(lì)信號(hào)。因此功 放2激勵(lì)信號(hào)從起始階段頻率是完整的，同時(shí)幅度也是完整的。在發(fā)射鏈路的開關(guān)S1斷開的 時(shí)候，鎖相環(huán)1立刻關(guān)閉自身與功放2的激勵(lì)信號(hào)輸出，使得激勵(lì)信號(hào)結(jié)束時(shí)頻率與幅度保 持完整。同時(shí)在回波接收階段，沒有激勵(lì)信號(hào)泄漏到接收鏈路，提高了回波接收信號(hào)的信噪 比。
[0088] 由于無源聲表面波傳感器沒有電源，只是依靠外部電磁波的激勵(lì)產(chǎn)生回波，因此 有效回波的有效長(zhǎng)度極短，一般在lOus左右。另外，由于傳感器回波的頻偏中攜帶了溫度的 信息，需要測(cè)量計(jì)算出此頻偏。根據(jù)FFT理論，頻偏的分辨率取決于下式：
[0089] 其中，fs為回波信號(hào)采樣率，Ts為回波信號(hào)采樣周期，L為回波時(shí)長(zhǎng)。從上式可W看 出，一味地提高回波信號(hào)的采樣速率，對(duì)于頻偏的分辨率是沒有用處的。因此本實(shí)施例提出 一種方法，可W在fs較小的情況下(但是需要滿足采樣定理），也能達(dá)到較好的頻偏分辨率。 運(yùn)種方法顯著的降低了信號(hào)處理器件的成本。
[0090] W上所述僅為本專利的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本專利，對(duì)于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，本專利可W有各種更改和變化。凡在本專利的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種聲表面波傳感器激勵(lì)與查詢裝置，其特征在于：它包括發(fā)射鏈路，接收鏈路，過 沖整形模塊，選擇開關(guān)以及控制模塊； 發(fā)射鏈路，用于在過沖整形模塊的控制下發(fā)射激勵(lì)信號(hào)，其輸入端連接控制模塊，其輸 出端連接選擇開關(guān)； 接收鏈路，用于在過沖整形模塊的控制下接收回波信號(hào)，其輸入端連接選擇開關(guān)，其輸 出端連接外部設(shè)備； 過沖整形模塊，用于將控制模塊生成的開關(guān)控制信號(hào)的過沖消除掉，其輸入端連接控 制模塊，其輸出端分別與發(fā)射鏈接，接收鏈路和選擇開關(guān)的控制端連接； 選擇開關(guān)，根據(jù)接收到的來自過沖整形模塊的開關(guān)控制信號(hào)，選擇發(fā)射鏈路或者接收 鏈路的導(dǎo)通，其一端與天線連接； 控制模塊，用于配置發(fā)射鏈路和接收鏈路中信號(hào)源的輸出頻率，同時(shí)生成開關(guān)控制信 號(hào)。2. 如權(quán)利要求1中所述的聲表面波傳感器激勵(lì)與查詢裝置，其特征在于:所述接收鏈路 包括控制端與過沖整形模塊一輸出端連接的開關(guān)S2,開關(guān)S2根據(jù)過沖整形模塊輸出的控制 信號(hào)，控制接收鏈路的通斷。3. 如權(quán)利要求1中所述的聲表面波傳感器激勵(lì)與查詢裝置，其特征在于:所述發(fā)射鏈路 包括開關(guān)S1，鎖相環(huán)1，功放2; 開關(guān)S1，根據(jù)過沖整形模塊輸出的控制信號(hào)，控制發(fā)射鏈路的通斷，其輸出端連接鎖相 環(huán)1，其控制端連接過沖整形模塊的一輸出端； 鎖相環(huán)1，用于鎖定信號(hào)源輸出激勵(lì)信號(hào)的頻率，其輸出端和反饋端連接功放2; 功放2，用于對(duì)信號(hào)源輸出激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行放大。4. 如權(quán)利要求1至3中任一所述的聲表面波傳感器激勵(lì)與查詢裝置，其特征在于：它還 包括回波信號(hào)處理模塊；回波信號(hào)處理模塊，用于對(duì)聲表面波傳感器輸出的回波信號(hào)進(jìn)行 FFT處理，輸出頻偏，其輸入端連接接收鏈路和控制模塊;所述控制模塊，還用于向回波信號(hào) 處理模塊提供回波到來通知信號(hào)。5. -種聲表面波傳感器激勵(lì)與查詢裝置的頻偏獲取方法，其特征在于：它包括如下步 驟： A1:利用最大譜線及其相鄰的1根"第二大"譜線進(jìn)行插值來確定真實(shí)頻率位置。對(duì)回波 離散信號(hào)s(n)作N點(diǎn)FFT處理，最大譜線值記為| S(k〇) |，第二大譜線值記為| S(k〇+r) |，則得 到的頻率估計(jì)值為：A4:如果I < Μ < 士，則頻率估計(jì)值為：
【文檔編號(hào)】G06K9/00GK105871373SQ201610375132
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月30日
【發(fā)明人】張連波, 蘇秉華, 陳景國(guó), 程加斌, 王云平, 姚叔敏, 曾雪亮
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)珠海學(xué)院