本文選題：多參數(shù)　切入點：長距離　出處：《東南大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：LC(電感電容)無源無線傳感器將待測參數(shù)轉(zhuǎn)換為諧振頻率,并通過互感耦合的方式非接觸測量這個頻率,從而實現(xiàn)無源無線檢測。LC型傳感器節(jié)點通常由平面電感和敏感電容構(gòu)成,沒有有源器件,不帶電源,理論上具有無限壽命,非常適合于狹小密閉空間、機械旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、惡劣環(huán)境等的無線傳感應(yīng)用。隨著MEMS技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,LC無源無線傳感器已成為本領(lǐng)域國際上主要研究方向之一�，F(xiàn)有LC無源無線傳感器研究工作大多側(cè)重于傳感器節(jié)點本身,而信號的無線讀取并沒有引起足夠的重視。本文對LC無源無線傳感技術(shù)開展了研究,特別是在增強讀出性能與實現(xiàn)多參數(shù)測量方面,主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新包括:(1)介紹了 LC電諧振的基礎(chǔ)理論,分析了諧振頻率的提取方法,介紹了 LC傳感器的幾種重要的組成元件及其相應(yīng)的基本原理。在此基礎(chǔ)上,分析了LC傳感器的幾種敏感機理。此外,對測試環(huán)境的介電常數(shù)帶來的影響做了實驗研究。結(jié)果表明,環(huán)境介電常數(shù)較大的情況下,耦合電容對探測結(jié)果產(chǎn)生的影響較大,不能忽略。(2)提出了一種利用自適應(yīng)中繼線圈增加LC無源無線傳感器讀出距離的方法,分析了自適應(yīng)中繼線圈的工作原理,建立了等效電路模型,并分析了臨界耦合距離的計算方式,以避免頻率分裂帶來的諧振峰偏移與靈敏度下降等問題。利用自適應(yīng)中繼線圈對LC濕度傳感器進行探測以驗證其增強性能。結(jié)果表明,在保持信號強度不變的情況下,自適應(yīng)中繼線圈能夠?qū)⒆x出距離增加到原來的3倍,并且保持靈敏度不變。在此基礎(chǔ)上,將中繼線圈的外部控制信號用無線能量耦合的方式代替,使得中繼線圈完全成為無源無線的工作方式。實驗中,利用無源無線中繼線圈將LC傳感器的讀出距離增強到原來的3.2倍,并且保持信號強度與靈敏度不變。(3)提出了一種工作頻率可調(diào)的左手材料以增強LC傳感器的讀出性能。通過在雙層線圈外部連接分立電容實現(xiàn)左手材料的工作頻率可調(diào)性。在實驗部分,利用工作頻率可調(diào)的左手材料進行LC濕度傳感器的讀出性能測試。實驗結(jié)果表明,在保持信號強度不變的情況下,左手材料能夠?qū)⒆x出距離增強到原來的1.7倍,并且保持信號強度與靈敏度不變。(4)提出了一種繞制方向特定的疊層電感,以減小疊層電感間互感耦合帶來的影響。利用三個這種疊層電感分別與濕度電容、溫度電容、氣壓電容串聯(lián)形成三個LC諧振回路,實現(xiàn)了濕度-溫度-氣壓等三個參數(shù)的測量。實驗結(jié)果表明,傳感器電感間的互感影響幾乎為零,多個諧振峰能夠獨立地對相應(yīng)的敏感電容進行響應(yīng),同時進行多個參數(shù)的測量,并且各個諧振峰之間互不影響。(5)提出了一種集成開關(guān)的LC無源無線多參數(shù)傳感器,利用開關(guān)進行多個敏感電容間的切換,使其能夠測量多個待測參數(shù)。利用讀出線圈進行無線能量耦合的方式對集成開關(guān)進行控制,將多個電容有序地進行切換,使得LC傳感器在集成開關(guān)后仍然保持無源無線的方式。在實驗部分,利用開關(guān)集成的LC傳感器進行了濕度-氣壓的探測。實驗結(jié)果表明,這種集成開關(guān)的LC無源無線多功能傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)濕度-氣壓的獨立測量。本文著重解決LC傳感器在探測過程中出現(xiàn)的探測距離有限,以及單片LC傳感器無法進行多參數(shù)監(jiān)測這兩個問題。提出的自適應(yīng)中繼線圈的模型以及將左手材料用于LC探測系統(tǒng)中極大地提高了 LC傳感器的讀出性能,為延長LC傳感器的探測距離提供了新的方向;繞制方向特定的電感模型對解決LC傳感器中電感耦合問題具有指導(dǎo)意義;將開關(guān)集成到LC傳感器中對擴展LC傳感器成為多功能傳感器提供了一種簡單有效的方法,對這類多功能擴展的問題提供了新的思路。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP212

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本文編號：1566005