可定量檢測(cè)的天線傳感器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究.pdf

1、天線傳感器因具有制作簡(jiǎn)單，體型微小等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛研究應(yīng)用于諸如生物傳感器，氣體傳感器，應(yīng)變傳感器等實(shí)例中。但目前關(guān)于天線傳感器的研究還存在以下問題：
　　1、為獲得精準(zhǔn)詳細(xì)的檢測(cè)數(shù)據(jù)，通常采用諸如網(wǎng)絡(luò)分析儀等專業(yè)設(shè)備進(jìn)行天線傳感器的檢測(cè)，這種檢測(cè)方式操作復(fù)雜、技術(shù)要求高，只適于學(xué)術(shù)研究；
　　2、使用諸如RFID閱讀器、智能手機(jī)等輕便設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)雖然操作簡(jiǎn)單、方便迅速，但大多只能給出定性的檢測(cè)結(jié)果，在無線傳感網(wǎng)中的應(yīng)用有局限

2、性。本論文在使用輕便設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)的工作基礎(chǔ)上，研究可定量檢測(cè)的天線傳感器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　一、本論文首先設(shè)計(jì)了基于藍(lán)牙技術(shù)的主動(dòng)式天線傳感器。在前人工作的基礎(chǔ)上，初步分析了藍(lán)牙信號(hào)的傳播模型，并提出使用全向性天線的方法解決因空間角度的不確定性而無法簡(jiǎn)化模型的問題，進(jìn)一步優(yōu)化了傳播模型，實(shí)現(xiàn)了定量檢測(cè)待測(cè)參數(shù)的目標(biāo)。最終得到的定量檢測(cè)模型為：Pr(ψ,d)=f(ψ)-10nlg(x)。本論文據(jù)此制作了濕度傳感器和

3、應(yīng)變傳感器兩種傳感器，并在實(shí)際演示實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了定量檢測(cè)模型的可靠性。濕度傳感器使用鉛筆印跡作為敏感材料，定標(biāo)測(cè)試實(shí)驗(yàn)中得到的檢測(cè)函數(shù)為：RSSI--38.54ψ-14.50lg(d)-30.42，誤差為±3.59dBm。從實(shí)際的測(cè)試結(jié)果來看，實(shí)驗(yàn)誤差要小于理論誤差，同時(shí)在動(dòng)態(tài)的環(huán)境濕度下，也能快速的檢測(cè)濕度的變化，有力的證明了定量檢測(cè)函數(shù)的可靠性；應(yīng)變傳感器使用S-RGO油墨作為敏感材料，其定標(biāo)測(cè)試實(shí)驗(yàn)中得到的檢測(cè)函數(shù)為：RSSI=-1

4、3.35ψ-14.50lg(d)-27.20，誤差為±2.93 dBm。應(yīng)變傳感器設(shè)計(jì)了四組演示實(shí)驗(yàn)，演示實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果正確反應(yīng)出了手指彎曲，人體呼吸等動(dòng)作引起的應(yīng)力變化情況，并與檢測(cè)模型完全相符。
　　二、針對(duì)被動(dòng)式傳感器，本論文設(shè)計(jì)了雙RFID天線傳感器。兩個(gè)天線一個(gè)作為參考標(biāo)簽，一個(gè)用于感知檢測(cè)。本論文詳細(xì)分析了雙天線反饋信號(hào)強(qiáng)度的變化情況，并據(jù)此建立了反饋信號(hào)強(qiáng)度差值與待測(cè)參數(shù)關(guān)系的函數(shù)模型。雙天線的檢測(cè)位置相近是工作的前

5、提，通過這種方式可以減小因天線位置差異造成的信號(hào)強(qiáng)度差別，最終實(shí)現(xiàn)RFID傳感器的定量檢測(cè)。該檢測(cè)模型為：△P=g(ψ)。在檢測(cè)方案的實(shí)際應(yīng)用研究中，本論文設(shè)計(jì)了基于雙 RFID天線結(jié)構(gòu)的濕度傳感器。濕度傳感器的檢測(cè)函數(shù)是：△RSSI=―5.94ψ-2.22，誤差為±0.40 dBm。從演示實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果來看，△RSSI均值的波動(dòng)變化符合檢測(cè)模型的理論預(yù)期，能較好的檢測(cè)濕度變化。
　　總體而言，本論文分別從主動(dòng)式傳感器和被動(dòng)式傳感器