基于MEMS諧振器的無(wú)線無(wú)源測(cè)溫系統(tǒng)及其測(cè)溫方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種基于MEMS諧振器的無(wú)線無(wú)源測(cè)溫系統(tǒng)及其測(cè)溫方法，其中系統(tǒng)包括與MEMS諧振器及對(duì)應(yīng)接口電路構(gòu)成的MEMS振蕩器，用于產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率信號(hào)；鎖相環(huán)，用于產(chǎn)生高頻信號(hào)；無(wú)源倍頻器，用于倍頻所述鎖相環(huán)輸出的高頻頻率；耦合器，用于將倍頻后的高頻信號(hào)分為兩路諧波信號(hào)；可調(diào)濾波器，用于選擇目標(biāo)諧波信號(hào)；雙極化天線，用于將目標(biāo)諧波信號(hào)發(fā)送至終端并接收終端發(fā)射的電磁波信號(hào)；整流模塊，用于將電磁波信號(hào)和所述耦合器反射的諧波信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電；能量管理模塊，用于對(duì)直流電進(jìn)行存儲(chǔ)與穩(wěn)壓輸出，以對(duì)所述MEMS振蕩器和鎖相環(huán)進(jìn)行能量供給。本發(fā)明專利技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)源無(wú)線溫度檢測(cè)的遠(yuǎn)距離傳輸，并保證測(cè)量的精度和分辨率。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于溫度監(jiān)測(cè)，尤其涉及一種基于mems諧振器的無(wú)線無(wú)源測(cè)溫系統(tǒng)。

技術(shù)介紹

1、隨著工業(yè)自動(dòng)化和智能化的發(fā)展，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控變得尤為重要。溫度作為設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的重要指標(biāo)之一，其精確測(cè)量對(duì)于預(yù)防設(shè)備故障、保障生產(chǎn)安全具有重要意義。傳統(tǒng)的溫度測(cè)量方法，如熱電偶、熱敏電阻等，雖然應(yīng)用廣泛，但在某些特殊環(huán)境下，如高溫、高壓、腐蝕性等環(huán)境，或者對(duì)于難以接觸的設(shè)備，這些方法的應(yīng)用受到限制。

2、近年來(lái)，無(wú)線無(wú)源測(cè)溫技術(shù)因其安裝方便、維護(hù)成本低、不受環(huán)境限制等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為溫度監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。無(wú)線無(wú)源測(cè)溫技術(shù)利用無(wú)線信號(hào)傳遞溫度信息，無(wú)需外部電源供電，適合于多種應(yīng)用場(chǎng)景，如制造業(yè)、物流與倉(cāng)儲(chǔ)、電力系統(tǒng)等。

3、mems(微機(jī)電系統(tǒng))諧振器作為一種新型的傳感器技術(shù)，因其體積小、重量輕、可集成度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在無(wú)線無(wú)源測(cè)溫系統(tǒng)中顯現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。mems諧振器通過(guò)檢測(cè)諧振頻率的變化來(lái)感知溫度變化，具有寬溫度覆蓋、高q值、高靈敏度、高線性度、高分辨率等特性。

4、然而，現(xiàn)有的基于mems諧振器的無(wú)線無(wú)源測(cè)溫系統(tǒng)仍存在一些技術(shù)問(wèn)題：傳統(tǒng)的基于mems諧振器的電路設(shè)計(jì)功耗較大，難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的無(wú)線發(fā)射，限制了其在遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用；在無(wú)源系統(tǒng)中，難以有效地實(shí)現(xiàn)能量收集與能量發(fā)射電路的隔離，避免相互干擾。在低功耗的條件下，難以實(shí)現(xiàn)無(wú)源無(wú)線溫度檢測(cè)的遠(yuǎn)距離傳輸，同時(shí)保證測(cè)量的精度和分辨率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本專利技術(shù)針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于mems諧振器的無(wú)線無(wú)源測(cè)溫系統(tǒng)及其測(cè)溫方法。

2、第一方面，本專利技術(shù)提供一種基于mems諧振器的無(wú)線無(wú)源測(cè)溫系統(tǒng)，包括與mems諧振器及對(duì)應(yīng)接口電路構(gòu)成的mems振蕩器，用于產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率信號(hào)；

3、鎖相環(huán)，電連接所述mems振蕩器的輸出端，用于產(chǎn)生高頻信號(hào)；

4、無(wú)源倍頻器，電連接所述鎖相環(huán)的輸出端，用于倍頻所述鎖相環(huán)輸出的高頻頻率；

5、耦合器，電連接所述無(wú)源倍頻器的輸出端，用于將倍頻后的高頻信號(hào)分為兩路諧波信號(hào)；

6、可調(diào)濾波器，電連接所述耦合器的輸出端，用于選擇目標(biāo)諧波信號(hào)；

7、雙極化天線，電連接所述可調(diào)濾波器的輸出端，用于將目標(biāo)諧波信號(hào)發(fā)送至終端并接收終端發(fā)射的電磁波信號(hào)；

8、整流模塊，分別電連接所述雙極化天線和耦合器，用于將電磁波信號(hào)和所述耦合器反射的諧波信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電；

9、能量管理模塊，分別電連接所述鎖相環(huán)和mems諧振器，用于對(duì)直流電進(jìn)行存儲(chǔ)與穩(wěn)壓輸出，以對(duì)所述mems振蕩器和鎖相環(huán)進(jìn)行能量供給。

10、可選地，倍頻后溫度分辨率△t為：

11、

12、其中，△f為頻率測(cè)量分辨率；n為倍頻系數(shù)；f1為mems諧振器的基準(zhǔn)頻率；tcf為mems諧振器的溫度系數(shù)。

13、可選地，所述終端的天線為雙極化天線，終端側(cè)的雙極化天線和mems諧振器側(cè)的雙極化天線為±45°極化形式。

14、可選地，所述雙極化天線的工作帶寬滿足溫度變化范圍下的頻率偏移，且雙極化天線的工作帶寬大于或等于倍頻后的頻率偏移。

15、可選地，根據(jù)以下公式計(jì)算倍頻后的頻率偏移f3：

16、f3＝n×f1×tcf×(t2-t1)；

17、其中，n為倍頻系數(shù)；f1為mems諧振器的基準(zhǔn)頻率；tcf為mems諧振器的溫度系數(shù)；t1為測(cè)量溫度的最小值；t2為測(cè)量溫度的最大值。

18、可選地，所述終端包括帶通濾波器、低噪聲放大器和頻譜檢測(cè)電路；mems諧振器側(cè)的雙極化天線的發(fā)射信號(hào)通過(guò)終端側(cè)的雙極化天線接收，并經(jīng)帶通濾波器、低噪聲放大器傳輸至頻譜檢測(cè)電路，頻譜檢測(cè)電路檢測(cè)當(dāng)前工作帶寬下的頻譜的功率最大值及對(duì)應(yīng)頻率，并根據(jù)頻率與溫度的相關(guān)性確定當(dāng)前的測(cè)試溫度。

19、可選地，所述無(wú)源倍頻器的輸出包含多次諧波，所述可調(diào)濾波器用于選擇目標(biāo)輸出功率的諧波分量進(jìn)行溫度信息的表征。

20、第二方面，本專利技術(shù)提供一種如第一方面所述的基于mems諧振器的無(wú)線無(wú)源測(cè)溫系統(tǒng)的測(cè)溫方法，包括：

21、利用雙極化天線接收終端發(fā)射的電磁波信號(hào)；

22、利用整流模塊將接收到的電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電，供電給mems振蕩器及鎖相環(huán)；

23、利用mems振蕩器產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率信號(hào)，并通過(guò)鎖相環(huán)及無(wú)源倍頻器倍頻；

24、利用可調(diào)濾波器選擇倍頻后的高頻信號(hào)中的目標(biāo)諧波信號(hào)，并通過(guò)雙極化天線發(fā)送至終端；

25、利用終端接收目標(biāo)諧波信號(hào)，并根據(jù)目標(biāo)諧波信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻率與溫度的相關(guān)性確定當(dāng)前的測(cè)試溫度。

26、本專利技術(shù)提供一種基于mems諧振器的無(wú)線無(wú)源測(cè)溫系統(tǒng)及其測(cè)溫方法，其中系統(tǒng)包括與mems諧振器及對(duì)應(yīng)接口電路構(gòu)成的mems振蕩器，用于產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率信號(hào)；鎖相環(huán)，電連接所述mems振蕩器的輸出端，用于產(chǎn)生高頻信號(hào)；無(wú)源倍頻器，電連接所述鎖相環(huán)的輸出端，用于倍頻所述鎖相環(huán)輸出的高頻頻率；耦合器，電連接所述無(wú)源倍頻器的輸出端，用于將倍頻后的高頻信號(hào)分為兩路諧波信號(hào)；可調(diào)濾波器，電連接所述耦合器的輸出端，用于選擇目標(biāo)諧波信號(hào)；雙極化天線，電連接所述可調(diào)濾波器的輸出端，用于將目標(biāo)諧波信號(hào)發(fā)送至終端并接收終端發(fā)射的電磁波信號(hào)；整流模塊，分別電連接所述雙極化天線和耦合器，用于將電磁波信號(hào)和所述耦合器反射的諧波信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電；能量管理模塊，分別電連接所述鎖相環(huán)和mems諧振器，用于對(duì)直流電進(jìn)行存儲(chǔ)與穩(wěn)壓輸出，以對(duì)所述mems振蕩器和鎖相環(huán)進(jìn)行能量供給。本專利技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離的無(wú)線發(fā)射，并有效地實(shí)現(xiàn)能量收集與能量發(fā)射電路的隔離，避免相互干擾，在低功耗的條件下，實(shí)現(xiàn)無(wú)源無(wú)線溫度檢測(cè)的遠(yuǎn)距離傳輸，同時(shí)保證測(cè)量的精度和分辨率。

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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

1.一種基于MEMS諧振器的無(wú)線無(wú)源測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MEMS諧振器的無(wú)線無(wú)源測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于，倍頻后溫度分辨率△T為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MEMS諧振器的無(wú)線無(wú)源測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于，所述終端的天線為雙極化天線，終端側(cè)的雙極化天線和MEMS諧振器側(cè)的雙極化天線為±45°極化形式。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MEMS諧振器的無(wú)線無(wú)源測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于，所述雙極化天線的工作帶寬滿足溫度變化范圍下的頻率偏移，且雙極化天線的工作帶寬大于或等于倍頻后的頻率偏移。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于MEMS諧振器的無(wú)線無(wú)源測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)以下公式計(jì)算倍頻后的頻率偏移f3：

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于MEMS諧振器的無(wú)線無(wú)源測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于，所述終端包括帶通濾波器、低噪聲放大器和頻譜檢測(cè)電路；MEMS諧振器側(cè)的雙極化天線的發(fā)射信號(hào)通過(guò)終端側(cè)的雙極化天線接收，并經(jīng)帶通濾波器、低噪聲放大器傳輸至頻譜檢測(cè)電路，頻譜檢測(cè)電路檢測(cè)當(dāng)前工作帶寬下的頻譜的功率最大值及對(duì)應(yīng)頻率，并根據(jù)頻率與溫度的相關(guān)性確定當(dāng)前的測(cè)試溫度。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MEMS諧振器的無(wú)線無(wú)源測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于，所述無(wú)源倍頻器的輸出包含多次諧波，所述可調(diào)濾波器用于選擇目標(biāo)輸出功率的諧波分量進(jìn)行溫度信息的表征。

8.一種如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的基于MEMS諧振器的無(wú)線無(wú)源測(cè)溫系統(tǒng)的測(cè)溫方法，其特征在于，包括：

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【技術(shù)特征摘要】

1.一種基于mems諧振器的無(wú)線無(wú)源測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于mems諧振器的無(wú)線無(wú)源測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于，倍頻后溫度分辨率△t為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于mems諧振器的無(wú)線無(wú)源測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于，所述終端的天線為雙極化天線，終端側(cè)的雙極化天線和mems諧振器側(cè)的雙極化天線為±45°極化形式。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于mems諧振器的無(wú)線無(wú)源測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于，所述雙極化天線的工作帶寬滿足溫度變化范圍下的頻率偏移，且雙極化天線的工作帶寬大于或等于倍頻后的頻率偏移。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于mems諧振器的無(wú)線無(wú)源測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)以下公式計(jì)算倍頻后的頻率偏...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉昌榮，聶寶清，徐大誠(chéng)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：蘇州大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：