【《无线传感检测电路模型分析案例》2100字】

无线传感检测电路模型分析案例本文研究的是一种加工在非导体、柔性材料上由平面螺旋电感与平面叉指电容串联构成的谐振回路传感器，当其靠近检测线圈天线时，检测线圈与传感器中的平面螺旋电感线圈产生互感，可以在检测线圈端检测到阻抗的变化，此阻抗变化正是传感器谐振回路信息反映到检测线圈端的过程。图3-3为检测线圈与谐振传感器耦合时的等效电路图。图3-3检测线圈与LC谐振回路传感器耦合等效电路图其中，I1为一个时变电流，由此可以在检测线圈天线上产生出固定频率的磁场，当此电流具有不同频率时，它也就会在线圈天线上产生不同频率的磁场，根据法拉第定律，也就会在传感器的螺旋电感线圈上产生相应的感应电压VQ2。那么在传感器的螺旋电感产生的感应电压VQ2，以及叉指电容两端的电压V2就可以用如下公式计算：VQ2v2I2I2为在传感器上感应的电流：Cs为平面叉指电容值；LS为平面螺旋电感值；Rs为传感器电阻。从式(3-4)-(3-6)可以得到又指电容两端的电压V2为：V2如果假设在传感器电感线圈与检测线圈天线之间的耦合磁场是均匀的正弦磁场，那么上面的公式可以被表述为：VQ2V2ASHeff在把公式（3-9）-（3-11）进行简化可以得到：V上述推导过程为传感器与检测线圈之间的电感耦合，得到了检测线圈在传感器上产生的感应电动势的表达公式（3-12），它表述了检测线圈天线的能量向传感器端的传输过程。当由平面螺旋电感与叉指电容构成的谐振回路靠近检测线圈天线LR所产生的时变磁场时，在检测线圈天线端可以发现线圈端的电压会发生一个突变，实际情况下，有时这个电压值很小，以至于在曲线上不容易观察到检测线圈端的电压值变化，所以为了更加清晰的表述这个电压变化，引入了“复数变换阻抗"[58]这个概念，使用一个假定的阻抗，即“传感器的复数变换阻抗"。当阅读器线圈天线与传感器螺旋电感线圈发生耦合时，相当于在阅读器天线端多加了一个复变阻抗zs下面研究这种复变阻抗以及检测线圈天线与传感器耦合时的阻抗表达式，图3-4为谐振传感器与检测线圈天线的阻抗等效电路示意图。 图3-4检测线圈天线与传感器阻抗等效电路图当传感器远离阅读器检测线圈时，阅读器线圈天线LR两端的阻抗值为Z0当LC谐振传感器靠近检测线圈时，两个线圈发生耦合，此时传感器的阻抗ZS反映到阅读器天线两端，以复变阻抗zs'的方式影响LZ0ZZSZR为检测线圈天线的自身阻抗，zs'为传感器的复变阻抗；RR为检测线圈天线固有电阻；k是耦合系数；L再把公式（3—14）·（3—16）进行简化可以得到检测线圈天线两端的阻抗Z0的计算公式：Z0因此可以得到当传感器远离检测线圈天线时，检测线圈天线端的电压：V0当传感器靠近检测线圈天线时，检测线圈天线端的电压：V0其中V0为检测线圈端的电压，I1为检测线圈端的电流。对于复变阻抗zsLSRS把这式（3-20）-（3-21）代入到式（3-17）可以得到下式：Z0其中检测线圈天线的电感值LR可以用下式经验公式计算：LdR为线圈直径，a为线圈导线直径。经过如此的公式简化后，得到了检测线圈天线端的阻抗与谐振传感器的谐振频率间的关系，如公式（3-22）所示。因此可以通过检测传感器的谐振频率偏移来检测传感器随应变的变化信息，传感器的谐振频率偏移主要是由于外加应变施加到传感器上时，改变了叉指电容Cs的几何尺寸和螺旋电感LS的尺寸，从而也改变了由它们构成的LC谐振回路的谐振频率f0，传感器谐振频率的变化也导致了检测线圈阻抗值Z0的变化。经过上面的公式推导后，假定传感器的谐振频率f0=18MHz,检测线圈LR=0.8μH,RR=1.5Ω,耦合系数k=0.3。传感器在检测线圈的检测范围内时，根据公式（3-22）可以得到检测线圈端阻抗特性图，如图3巧所示。图3-5巧检测线圈的阻抗特性从图3-5巧中可以看出，当检测线圈的扫频信号频率远离传感器的谐振频率时，从其接近