LC諧振式無線壓力傳感器信號(hào)拾取系統(tǒng)研究.pdf

1、在高溫、潮濕等惡劣的環(huán)境中以及眼內(nèi)壓測(cè)量、疤痕治療等應(yīng)用場(chǎng)合，不便利用有線有源的傳感器進(jìn)行壓力監(jiān)測(cè)，LC諧振式無線壓力傳感器采用無線無源方式實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力信號(hào)的提取，拓展了壓力傳感器的應(yīng)用范圍。目前，LC諧振式無線壓力傳感器的信號(hào)拾取主要使用網(wǎng)絡(luò)分析儀或阻抗分析儀，不僅成本高，而且攜帶不便，極大限制了非實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)合的應(yīng)用。本文針對(duì)LC諧振式無線MEMS壓力傳感器的信號(hào)拾取現(xiàn)狀，從理論分析、系統(tǒng)仿真、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等方面展開研究，

2、設(shè)計(jì)了基于阻抗實(shí)部測(cè)量法的信號(hào)拾取系統(tǒng)。
　　基于電感耦合理論，從閱讀天線和LC諧振式無線壓力傳感器耦合模型的等效阻抗出發(fā)，對(duì)相位測(cè)量法、阻抗實(shí)部測(cè)量法、S11測(cè)量法的拾取原理及相互參數(shù)影響關(guān)系進(jìn)行了推導(dǎo)。結(jié)果表明阻抗實(shí)部測(cè)量法得到的諧振頻率理論上幾乎不隨耦合系數(shù)的變化而變化，故本文采用該方法進(jìn)行傳感器諧振頻率的提取。為了進(jìn)行阻抗實(shí)部的測(cè)量，對(duì)比了向量分解法和乘法解調(diào)法兩種硬件實(shí)現(xiàn)方案的區(qū)別，由于向量分解法測(cè)量電路的同步性要求較高

3、，且電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，故選用乘法解調(diào)法進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)，并利用ADS軟件探究了耦合系數(shù)、傳感器品質(zhì)因數(shù)、閱讀天線電感量和直流電阻對(duì)測(cè)量電路結(jié)果的影響。
　　為了縮短設(shè)計(jì)周期，傳感器信號(hào)拾取系統(tǒng)設(shè)計(jì)前期，以PCB板上電感和貼片電容組合的LC諧振電路模擬LC諧振式無線壓力傳感器，并利用NI數(shù)據(jù)采集卡和LabVIEW工具取代DSP的數(shù)據(jù)采集和處理功能，搭建了測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)試了利用乘法解調(diào)法搭建的電路對(duì)其諧振頻率提取的可行性。利用LabVIEW

4、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)探究了通過改變掃頻時(shí)長(zhǎng)和驅(qū)動(dòng)電壓增大乘法解調(diào)模塊輸出最大幅值來提高傳感器耦合距離的方法。
　　以TMS320F28335為主控芯片進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，信號(hào)拾取系統(tǒng)包括高精度線性掃頻源、跨導(dǎo)放大、乘法解調(diào)、DSP數(shù)據(jù)采集和處理以及電源管理等模塊。結(jié)合DSP數(shù)據(jù)采集與處理能力以及掃頻源的工作模式和控制特征，并基于阻抗實(shí)部法的測(cè)量原理，提出了單頻法和三角掃頻法兩種傳感器諧振頻率的提取算法。在搭建的阻抗實(shí)部信號(hào)拾取系統(tǒng)上進(jìn)行了基于M