一种LC无线无源传感器的读出电路

一种lc无线无源传感器的读出电路
技术领域：
1.本实用新型属于传感器技术领域，涉及一种lc无线无源传感器的读出电路。


背景技术：

2.传感器的测量参数需要通过无线读出的方式才能获得，因此读出方法的选择和读出电路的设计对传感系统测量性能的影响至关重要。读出电路的设计要能准确、灵敏、快速地探测到传感器的变化，所以对读出的准确度、灵敏度、分辨率和探测时间都有一定的要求，其中准确度是首要问题。在实际读出过程中，读出线圈和传感器之间的读出位置会对读出电路测得的大多数信号都有影响，因此需要优化读出探测方法和电路设计，尽量减小读出位置对读出信号的影响。
3.lc无源无线传感的读出距离相较于rfid式无源传感的读出距离短，是因为受限于电感近场耦合的本质，但是近场的定义是λ/2π，而一般的lc无源无线传感系统的读出距离只能在电感线圈的直径范围，远远达不到近场定义的范围，说明近场耦合还有很大的距离可以扩展。lc无源无线传感读出距离的提高一方面在于lc无线无源传感器的设计，lc无线无源传感器的品质因数越大，读出性能越好；另一方面在于读出电路的优化。当lc无线无源传感器应用于尺寸受限和有损耗的环境时，传感器的品质因数的提高会非常有限，而读出电路的电路尺寸不受限制，有更多的设计空间可提高传感器的读出性能。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是：针对lc无线无源传感器，提供一种读出电路，实现读出信号增强或读出距离增强的效果。
5.本实用新型提供了一种lc无线无源传感器的读出电路，该电路包括单片机控制模块、 dds扫频信号发生模块、l型匹配电路模块、缓冲放大模块、按键模块和显示模块。所述 dds扫频信号发生模块、所述l型匹配电路模块、所述缓冲放大模块、所述按键模块和所述显示模块分别与所述单片机控制模块连接；所述l型匹配电路模块与所述缓冲放大模块连接。
6.所述l型匹配电路模块由可变电阻、可变电感、选频电容、变容二极管、第一解耦电容、第二解耦电容和读出线圈组成；所述读出线圈和lc无线无源传感器进行强耦合磁谐振，以此提高信号强度。
7.所述第一解耦电容、所述变容二极管和所述第二解耦电容依次串联。
8.所述选频电容与所述第一解耦电容、所述第二解耦电容、所述变容二极管形成的串联电路并联。
9.所述读出线圈与所述第一解耦电容、所述第二解耦电容、所述变容二极管形成的串联电路并联。
10.所述可变电阻一端与所述dds扫频信号发生模块接，另一端与所述第一解耦电容串联。
11.所述可变电感一端与所述缓冲放大模块连接，另一端与所述选频电容串联。
12.为实现电感值根据需要大小可调，优选的，所述l型匹配电路采用所述可变电感作为串联电感元件。
13.为实现电容值根据需要大小可调，优选的，所述l型匹配电路采用所述变容二极管作为扫描变化的并联电容。
14.所述lc无线无源传感器的读出电路保持串联电感为最优值，用直流电压控制并扫描读出电路中的变容二极管的电容。当所述变容二极管达到最优匹配时，所述l型匹配电路的 s11信号会出现一个明显的下降，下降点对应的频率即lc无线无源传感器的谐振频率。l 型匹配网络只有电抗元件，电抗元件是无损元件，对系统的能量不会有损耗。当阻抗匹配的条件是负载阻抗等于信号源的内阻抗时，可以使能量无反射地传输，s11信号强度达到最大，且不影响lc无线无源传感器谐振频率的读出，lc无源无线传感器的读出距离得以延长。
15.所述lc无线无源传感器读出电路具有以下优点：(1)电路结构简单，体积小，易于实现，适合于现场使用；(2)电路读出距离相较于其他读出电路更远；(3)电路信号噪声相较于其他读出电路明显减小。基于上述优点，所述传感器可实现距离提高至无匹配的数倍，并且可对噪声进行抑制。
附图说明：
16.图1为本实用新型的读出电路的电路图。
17.图2为本实用新型的读出电路中l型匹配电路模块电路图。
具体实施方式：
18.为进一步阐释本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段，以下结合附图以及较佳实施例，详细说明如下：
19.图1为本实用新型的读出电路的电路图。本实用新型提供了一种lc无线无源传感器的读出电路，该电路包括单片机控制模块1、dds扫频信号发生模块2、l型匹配电路模块3、缓冲放大模块4、按键模块5和显示模块6。所述dds扫频信号发生模块2、l型匹配电路模块3、缓冲放大模块4、按键模块5和显示模块6分别与单片机控制模块1连接，l型匹配电路模块3与缓冲放大模块4连接。
20.图2为本实用新型的读出电路中l型匹配电路模块3电路图。所述l型匹配电路模块 3由一个可变电阻33、一个可变电感34、一个选频电容35、一个变容二极管37、第一解耦电容32、第二解耦电容36与一个读出线圈31构成。读出线圈31和lc无线无源传感器进行强耦合磁谐振，以此提高信号强度。
21.所述第一解耦电容32、所述变容二极管37、所述第二解耦电容36依次串联。
22.所述选频电容35与所述第一解耦电容32、所述变容二极管37、所述第二解耦电容36 形成的串联电路并联。
23.所述读出线圈31与所述第一解耦电容32、所述变容二极管37、所述第二解耦电容36 形成的串联电路并联。
24.所述可变电阻33一端与所述dds扫频信号发生模块2连接，另一端与所述第一解耦电容32串联。
25.所述可变电感34一端与所述缓冲放大模块4连接，另一端与所述选频电容35串联。
26.所述按键模块5通过i/o接口连接单片机控制模块1。
27.所述缓冲放大模块4通过a/d接口连接单片机控制模块1。
28.所述l型匹配电路模块使用所述可变电感34作为串联电感元件，使用所述变容二极管 37作为扫描变化的并联电容；所述可变电阻33和所述选频电容35，用来设定lc无线无源传感器回路的中心频率范围；所述第一解耦电容32和所述第二解耦电容36，用来降低直流电压源噪声对电路的影响。
29.单片机控制模块1通过控制dds信号发生模块2产生直流电压设定可变电感34的最佳匹配电感。读出线圈31靠近lc无线无源传感器，读出线圈31和lc无线无源传感器电感产生强耦合磁谐振。由键盘5输入需要扫频的起始频率、步进频率和截止频率并开始测量。单片机控制模块1控制dds信号发生模块2产生一定频率和幅度的信号，并送入l型匹配电路模块3，并经过缓冲放大模块4后送入单片机控制模块1。单片机控制模块1再向信号发生模块2发送控制信号，使得测量频率递增，并重复上述过程，直至达到设定的截止频率。读出电路的谐振频率可以涵盖lc无线无源传感器的变化范围，提取扫描电压下的s11 最小值点的频率和信号强度，得到lc无线无源传感器的谐振频率。


技术特征：
1.一种lc无线无源传感器的读出电路，其特征在于：所述读出电路包括单片机控制模块、dds扫频信号发生模块、l型匹配电路模块、缓冲放大模块、按键模块和显示模块；所述dds扫频信号发生模块、所述l型匹配电路模块、所述缓冲放大模块、所述按键模块和所述显示模块分别与所述单片机控制模块连接；所述l型匹配电路模块与所述缓冲放大模块连接；所述l型匹配电路模块由可变电阻、可变电感、选频电容、变容二极管、第一解耦电容、第二解耦电容和读出线圈组成；所述第一解耦电容、所述变容二极管和所述第二解耦电容依次串联。2.如权利要求1所述的一种lc无线无源传感器的读出电路，其特征在于：所述选频电容与所述第一解耦电容、所述变容二极管、所述第二解耦电容形成的串联电路并联。3.如权利要求1所述的一种lc无线无源传感器的读出电路，其特征在于：所述读出线圈与所述第一解耦电容、所述变容二极管、所述第二解耦电容形成的串联电路并联。4.如权利要求1所述的一种lc无线无源传感器的读出电路，其特征在于：所述可变电阻的一端与所述dds扫频信号发生模块连接，另一端与所述第一解耦电容串联。5.如权利要求1所述的一种lc无线无源传感器的读出电路，其特征在于：所述可变电感的一端与所述缓冲放大模块连接，另一端与所述选频电容串联。6.如权利要求1所述的一种lc无线无源传感器的读出电路，其特征在于：所述变容二极管的型号为bb910，电容范围为2-20pf。

技术总结
本实用新型公开了一种LC无线无源传感器的读出电路，该读出电路包括单片机控制模块、DDS扫频信号发生模块、L型匹配电路模块、缓冲放大模块、按键模块和显示模块。所述L型匹配电路模块由可变电阻、可变电感、选频电容、变容二极管、第一解耦电容、第二解耦电容和读出线圈构成。所述读出线圈和LC无线无源传感器进行强耦合磁谐振，以此提高信号强度。本实用新型的读出电路结构简单，易于实现，可对LC无线无源传感器的谐振频率进行无线测量，能将读出距离提高至无匹配的数倍，并且可对噪声进行抑制。并且可对噪声进行抑制。并且可对噪声进行抑制。


技术研发人员：张文斌 缪谨柒 丁镓骏 赵子瑞 耿圆 徐欣筑 张彬辉 姚飞 黄俊晟 赵辉东 王世杰
受保护的技术使用者：中国计量大学
技术研发日：2022.09.05
技术公布日：2022/12/23