无源无线声表面波器件多路识别方法及系统的利记博彩app
【专利摘要】本发明公开一种无源无线声表面波器件多路识别方法及系统。方法包括(11)发送问询信号：阅读器发射由问询编码与载波进行相位调制后的射频问询信号；(12)接收反射信号：阅读器接收来自各声表面波器件的反射信号；(13)识别脉冲信号：阅读器判别反射信号中是否存在尖峰脉冲，如是，则阅读器作用区域内存在与问询编码匹配的声表面波器件；(14)提取相位信息：阅读器通过解调，提取脉冲信号的相位信息，从而读取与问询编码匹配的声表面波器件的信息。系统包括一个阅读器(100)和多个声表面波器件(200)。本发明的方法和系统，通过码分多址技术实现反射信号异步时声表面波器件的多路读取。
【专利说明】
无源无线声表面波器件多路识别方法及系统
技术领域
[0001]本发明属于声表面波应用技术领域，特别是一种能够对多个无源无线声表面波器件进行识别及信息读取的方法及系统。
【背景技术】
[0002]声表面波器件即基于声表面波在压电基片上的传播特性进行工作的电子器件，它包括声表面波传感器、声表面波标签(应答器)、声表面波执行器等。由于声表面波在传播和转换的过程中损耗的能量很小，使得声表面波器件可通过天线直接接收电磁波信号并转换成声表面波，还可在不需要外部电源供电的情况下实现信号的转换和变换，因此，声表面波器件可实现无源工作和无线传输。声表面波器件除了无源无线的工作特性外，还具有可靠性高、环境适应性强、结构简单、应用灵活等优点，在信息感测、物品识别、信号处理等领域有广泛的应用。
[0003]无源无线声表面波器件的实际应用系统一般由一个阅读器(问询器)和多个声表面波器件组成。工作时声表面波器件通过天线接收阅读器发射的射频问询信号，并通过梳齿换能器转换成声表面波，声表面波在压电基片上传播，遇到反射栅进行反射后再传到换能器，或直接传到另一组换能器，梳齿换能器将声表面波转换成电信号后通过天线反射回阅读器，阅读器通过对反射信号进行处理实现对声表面波器件的识别和信息读取。
[0004]因无源无线声表面波器件的结构简单，使得声表面波器件与阅读器之间的通信过程中没有复杂的传输媒介访问控制机制，致使多个声表面波器件的反射信号到达阅读器时会互相干扰，从而导致阅读器不能识别和读取器件信息，这就是无源无线声表面波器件的多路识别与多路信息读取问题。目前实际可用的声表面波器件多路识别与读取方法主要包括时分复用、频分复用和码分多址技术。时分复用和频分复用技术比较成熟，但受到器件尺寸和频谱资源的限制，使得阅读器可同时读取的声表面波器件的数量较少。码分多址技术能够应用的前提是正交的多路信号具有同步性，然后进行相关运算来对多路信号进行解析。然而由于信号传播延时不同，使得各声表面波器件的反射信号到达阅读器时不可能同步。
[0005]因此，现有技术存在的问题是:码分多址技术无法实现反射信号异步时声表面波器件的多路读取。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种无源无线声表面波器件多路识别方法，通过码分多址技术实现反射信号异步时声表面波器件的多路读取。
[0007]本发明的另一目的在于提供一种实现上述无源无线声表面波器件多路识别方法的系统。
[0008]实现本发明目的的一种技术方案为:
[0009]—种无源无线声表面波器件多路识别方法，适用于一个阅读器对多个声表面波器件的识别和信息读取，包括如下步骤:
[0010](11)发送问询信号:阅读器发射由问询编码与载波进行相位调制后的射频问询信号；
[0011](12)接收反射信号:阅读器接收来自各声表面波器件的反射信号，该反射信号为问询信号与声表面波器件编码进行互相关运算后的电磁波信号；
[0012](13)识别脉冲信号:阅读器判别反射信号中是否存在尖峰脉冲，如是，则阅读器作用区域内存在与问询编码匹配的声表面波器件；
[0013](14)提取相位信息:阅读器通过解调，提取脉冲信号的相位信息，从而读取与问询编码匹配的声表面波器件的信息。
[0014]实现本发明目的的另一种技术方案为:
[0015]—种无源无线声表面波器件多路识别方法，适用于多个声表面波器件对同一个阅读器的响应，包括如下步骤:
[0016](21)接收问询信号:声表面波器件接收由问询编码与载波相位调制而成的来自阅读器的射频问询信号；
[0017](22)进行相关运算:声表面波器件利用片上相关器实现问询信号与自身编码的互相关运算；
[0018](23)发射反射信号:声表面波器件将问询信号与自身编码的互相关运算结果转换为电磁波信号并发射出去，供阅读器识别和信息提取。
[0019]实现本发明另一目的的技术方案为:
[0020]一种无源无线声表面波器件多路识别系统，包括一个阅读器和多个声表面波器件，所述阅读器包括:
[0021]问询信号发送单元(101)，用于发射由问询编码与载波进行相位调制后的射频问询信号；
[0022]反射信号接收单元(102)，用于接收来自各声表面波器件的反射信号，该反射信号为问询信号与声表面波器件编码进行互相关运算后的电磁波信号；
[0023]脉冲信号识别单元(103)，用于判别反射信号中是否存在尖峰脉冲，如是，则阅读器作用区域内存在与问询编码匹配的声表面波器件；
[0024]相位信息提取单元(104)，用于通过解调，提取脉冲信号的相位信息，从而读取与问询编码匹配的声表面波器件的信息。
[0025]本发明与现有技术相比，其显著优点为:
[0026]本发明将码分多址技术的相关运算由阅读器端转移到声表面波器件端上，从而解决了各器件反射信号的异步性导致不能正交解码的问题。因此，基于码分多址技术实现了反射信号异步时声表面波器件的多路读取。
[0027]本发明所述该方法之片上相关器实际是多组叉指换能器的联接，器件结构简单成本低易于实现。
[0028]本发明所述方法的器件编码丰富，单个系统包含的器件数量大，应用灵活。
[0029]综上，本发明所述的方法可有效地解决大量无源无线声表面波器件同时工作的识别和信息读取问题，在射频识别和分布式监测等领域具有巨大的应用潜力。
【附图说明】
[0030]图1为本发明无源无线声表面波器件多路识别系统结构原理图。
[0031]图2为基于声表面波相关器的双端口器件示意图。
[0032]图3为基于声表面波相关器的单端口器件示意图。
[0033]图4为本发明无源无线声表面波器件多路识别方法的工作原理图。
[0034]图中，阅读器100，问询信号发送单元101，反射信号接收单元102，脉冲信号识别单元103，相位信息提取单元104，阅读器天线105，
[0035]声表面波器件200，问询信号接收单元201，信号相关运算单元202，反射信号发射单元203，压电基片204，叉指换能器205，相关器206，汇流条207，器件天线208，接收天线209，发送天线210，器件编码211，问询信号转换的声表面波信号212，互相关信号转换的声表面波信号213。
【具体实施方式】
[0036]如图1所示，本发明一种无源无线声表面波器件多路识别系统，包括一个阅读器100和多个声表面波器件200，所述阅读器100包括:
[0037]问询信号发送单元101，用于发射由问询编码与载波进行相位调制后的射频问询信号；
[0038]反射信号接收单元102，用于接收来自各声表面波器件的反射信号，该反射信号为问询信号与声表面波器件编码进行互相关运算后的电磁波信号；
[0039]脉冲信号识别单元103，用于判别反射信号中是否存在尖峰脉冲，如是，则阅读器作用区域内存在与问询编码匹配的声表面波器件；
[0040]相位信息提取单元104，用于通过解调，提取脉冲信号的相位信息，从而读取与问询编码匹配的声表面波器件的信息。
[0041 ]所述声表面波器件200包括:
[0042]问询信号接收单元201，用于接收来自阅读器100的射频问询信号；
[0043]信号相关运算单元202，用于实现问询信号与自身编码的互相关运算；
[0044]反射信号发射单元203，用于将问询信号与自身编码的互相关运算结果转换为电磁波信号并发射出去，供阅读器识别和信息提取。
[0045]所述声表面波器件200的信号相关运算单元202包括由多组不同极性的叉指换能器并联组成的片上相关器206，所述片上相关器206中叉指换能器的联接方式决定该声表面波器件的编码。
[0046]声表面波器件200—般为压电基片204上镀制有叉指换能器205的电子器件。工作时，阅读器100通过天线105发射射频问询信号，各器件通过天线208接收问询信号后由叉指换能器205转换为声表面波信号并在基片204表面传播。声表面波在传播过程中遇见叉指换能器205又转换为电磁信号并经天线208发射出去作为反射信号，阅读器100收到各器件200的反射信号后进行信号分析处理，从而实现对各器件200的识别和信息读取。
[0047]由于在阅读器问询信号覆盖范围内的所有声表面波器件均反射信号，阅读器接收到的是各反射信号的异步叠加，使得各器件反射信号之间产生了强烈的干扰，从而导致阅读器无法对各器件进行识别和信息读取。为了解决反射信号之间的相互干扰问题，本发明采用声表面波相关器技术，使问询信号与器件编码在器件端做互相关运算，并将运算结果以反射信号形式反馈给阅读器。由于只有与问询编码匹配的器件才会产生明显的尖峰脉冲，因此阅读器能够对匹配的声表面波器件进行识别和信息读取。当阅读器将编码集内所有编码都以问询信号的形式逐一发送，则可实现对系统内所有器件的识别和信息读取。
[0048]声表面波器件的一种实施例示意图如图2所示，该器件主要由基片204，叉指换能器205、相关器206、接收天线209、发送天线210组成。叉指换能器205用于电信号与声表面波信号之间的转换。相关器206是由多组不同极性的叉指换能器并联组成，同极性表示编码“+I”，异极性表示编码“-Γ，则器件编码211由206中各组叉指换能器的联接形式确定，每组叉指换能器的周期数为器件编码211的码片长度，从而可实现器件编码与输入信号的互相关运算。工作时天线209接收调制有问询编码的问询信号并传递给叉指换能器205，205将电信号转换成声表面波信号212并沿基片传播，声表面波信号212输入相关器206与器件编码211进行互相关运算，运算结果以电信号形式通过汇流条207传递到天线210并发射出去，因此该器件为双端口器件。
[0049]声表面波器件的另一种实施例示意图如图3所示，该器件与上述双端口器件类似，主要由基片204，叉指换能器205、相关器206和天线208组成，不同之处在于换能器205与相关器206通过汇流条207并联在一起，并与天线208相连，天线208既为接收天线又为发射天线，因此该器件为单端口器件。工作时天线208接收调制有问询编码的问询信号并通过汇流条207分别传递给叉指换能器205和相关器206。在205—侧，换能器205将电信号转换成声表面波信号212并沿基片传播，声表面波信号212输入相关器206与器件编码211进行互相关运算，运算结果以电信号形式流入汇流条207。在206—侧，相关器206实现输入信号与器件编码211之间的互相关运算，运算结果转换为声表面波213并沿基片传播，信号213到达换能器205后转换成为电信号并流入汇流条207。由于两侧信号的变换结果一致，205和206两侧汇入汇流条207的信号可以实现同相叠加并通过天线208发射出去。
[0050]如图4所示，本发明无源无线声表面波器件多路识别方法，适用于一个阅读器100对多个声表面波器件200的识别和信息读取，包括如下步骤:
[0051](11)发送问询信号:阅读器发射由问询编码与载波进行相位调制后的射频问询信号；
[0052]所述问询编码为二进制编码。
[0053](12)接收反射信号:阅读器接收来自各声表面波器件的反射信号，该反射信号为问询信号与声表面波器件编码进行互相关运算后的电磁波信号；
[0054]声表面波器件编码为二进制编码。
[0055]所述(12)接收反射信号步骤中的互相关运算为:
[0056]当问询信号中的问询编码与声表面波器件编码不一致时，反射信号呈现无序状态，表现为噪声；
[0057]当问询信号中的问询编码与声表面波器件编码一致时，反射信号呈现一尖峰脉冲。
[0058](13)识别脉冲信号:阅读器判别反射信号中是否存在尖峰脉冲，如是，则阅读器作用区域内存在与问询编码匹配的声表面波器件；
[0059](14)提取相位信息:阅读器通过解调，提取脉冲信号的相位信息，从而读取与问询编码匹配的声表面波器件的信息。
[0060]如图4所示，本发明无源无线声表面波器件多路识别方法，适用于多个声表面波器件对同一个阅读器的响应，包括如下步骤:
[0061](21)接收问询信号:声表面波器件接收由问询编码与载波相位调制而成的来自阅读器的射频问询信号；
[0062](22)进行相关运算:声表面波器件利用片上相关器实现问询信号与自身编码的互相关运算；
[0063](23)发射反射信号:声表面波器件将问询信号与自身编码的互相关运算结果转换为电磁波信号并发射出去，供阅读器识别和信息提取。
[0064]问询编码为二进制编码，声表面波器件编码为二进制编码。
[0065]所述(22)进行相关运算步骤中的互相关运算为:
[0066]当问询信号中的问询编码与声表面波器件编码不一致时，反射信号呈现无序状态，表现为噪声；
[0067]当问询信号中的问询编码与声表面波器件编码一致时，反射信号呈现一尖峰脉冲。
【主权项】
1.一种无源无线声表面波器件多路识别方法，适用于一个阅读器对多个声表面波器件的识别和信息读取，其特征在于，包括如下步骤: (11)发送问询信号:阅读器发射由问询编码与载波进行相位调制后的射频问询信号； (12)接收反射信号:阅读器接收来自各声表面波器件的反射信号，该反射信号为问询信号与声表面波器件编码进行互相关运算后的电磁波信号； (13)识别脉冲信号:阅读器判别反射信号中是否存在尖峰脉冲，如是，则阅读器作用区域内存在与问询编码匹配的声表面波器件； (14)提取相位信息:阅读器通过解调，提取脉冲信号的相位信息，从而读取与问询编码匹配的声表面波器件的信息。2.根据权利要求1所述的多路识别方法，其特征在于:所述问询编码为二进制编码，声表面波器件编码为二进制编码。3.根据权利要求1所述的多路识别方法，其特征在于，所述(12)接收反射信号步骤中的互相关运算为: 当问询信号中的问询编码与声表面波器件编码不一致时，反射信号呈现无序状态，表现为噪声； 当问询信号中的问询编码与声表面波器件编码一致时，反射信号呈现一尖峰脉冲。4.一种无源无线声表面波器件多路识别方法，适用于多个声表面波器件对同一个阅读器的响应，其特征在于，包括如下步骤: (21)接收问询信号:声表面波器件接收由问询编码与载波相位调制而成的来自阅读器的射频问询信号； (22)进行相关运算:声表面波器件利用片上相关器实现问询信号与自身编码的互相关运算； (23)发射反射信号:声表面波器件将问询信号与自身编码的互相关运算结果转换为电磁波信号并发射出去，供阅读器识别和信息提取。5.根据权利要求4所述的多路识别方法，其特征在于:问询编码为二进制编码，声表面波器件编码为二进制编码。6.根据权利要求4所述的多路识别方法，其特征在于:所述(22)进行相关运算步骤中的互相关运算为: 当问询信号中的问询编码与声表面波器件编码不一致时，反射信号呈现无序状态，表现为噪声； 当问询信号中的问询编码与声表面波器件编码一致时，反射信号呈现一尖峰脉冲。7.—种无源无线声表面波器件多路识别系统，包括一个阅读器(100)和多个声表面波器件(200 )，其特征在于，所述阅读器(100)包括: 问询信号发送单元(101)，用于发射由问询编码与载波进行相位调制后的射频问询信号； 反射信号接收单元(102)，用于接收来自各声表面波器件的反射信号，该反射信号为问询信号与声表面波器件编码进行互相关运算后的电磁波信号； 脉冲信号识别单元(103)，用于判别反射信号中是否存在尖峰脉冲，如是，则阅读器作用区域内存在与问询信号匹配的声表面波器件； 相位信息提取单元(104)，用于通过解调，提取脉冲信号的相位信息，从而读取与问询信号匹配的声表面波器件的信息。8.根据权利要求7所述的多路识别系统，其特征在于，所述声表面波器件(200)包括: 问询信号接收单元(201)，用于接收来自阅读器(100)的射频问询信号； 信号相关运算单元(202)，用于实现问询信号与自身编码的互相关运算； 反射信号发射单元(203)，用于将问询信号与自身编码的互相关运算结果转换为电磁波信号并发射出去，供阅读器识别和信息提取。9.根据权利要求8所述的多路识别系统，其特征在于，所述声表面波器件(200)的信号相关运算单元(202)包括由多组不同极性的叉指换能器并联组成的片上相关器(206)，所述换片上相关器(206)中叉指换能器的联接方式决定该声表面波器件的编码。
【文档编号】G06K7/10GK105930755SQ201610229359
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月13日
【发明人】谢立强, 邢建春, 王平, 王添仙, 杨启亮, 王荣浩
【申请人】中国人民解放军理工大学