基于晶体管的无源无线温度传感器研究

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温度传感器作为一种实用性强、普及度广的重要传感器,广泛应用于工业、制造业、建筑业、制药业及航空航天等重要领域。如何稳定、准确、便捷的进行温度检测是目前温度传感器设计者面临的几大难题。在高温、高气压、高电压、强电流、强腐蚀性或空间狭小等苛刻条件下,许多传统的温度传感器不再能满足当前的需求甚至出现失效的情况。同时传统的有源有线温度传感器也存在体积庞大,检修成本高,需要定期更换电池,电源,电线等缺点。因此研究并设计一款能应用于苛刻条件下的无源无线温度传感器极有价值。本文基于常温半导体脉泽理论,设计制作了一款基于晶体管的无源无线温度传感器系统,其中探头端的特点有体积小、易集成、无需直流供能等。同时系统针对探头的特点设计制作了一款高性能读写器及一款低成本读写器。最终系统可以在强电磁场、强电压、高温等严苛条件下实现较高精度的温度测量任务。本文的主要工作和成果如下:1.分析了目前市面上常见的几类温度传感器,梳理了温度传感器的发展历程,简述了无源无线温度传感器的国内外研究动态,最后指出温度传感器的发展趋势。2.阐述了常温半导体脉泽技术,并基于该技术制作了无源无线温度传感探头,最后借助信号源、矢量网络分析仪等设备对探头进行了测试。探头输入频率为800MHz左右,灵敏度为-15dBm,输出中心频率根据设计要求可变,目前完成的探头输出中心频率为773MHz、770MHz与768MHz,输出功率为-38dBm左右。3.针对无源无线温度传感器制作了一款高性能读写器与一款低成本读写器。首先简述了收发机常见的结构并分析了收发机的关键指标,然后对收发机进行了芯片选型与架构规划,最后借助ADS仿真软件对收发机进行了系统仿真,制作的系统发射功率为5W即37dBm左右,接收灵敏度为-70dbm左右。4.设计制作了系统控制与数字信号处理环节。编写了系统信号源驱动程序,通过程控改变系统发射频率与功率。使用KEIL IDE嵌入式编程环境制作了低成本超外差接收机中基于STM32F429的频率计数功能,可以直接提取出信号的频率大小。使用VIVADO软件制作了高性能数字中频接收机中的数字下变频系统。5.对系统进行了整体测试实验,得到该套系统可以在20℃至110℃的范围内完成测温任务,最后对本文设计系统进行了总结与展望。
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