可定量檢測的天線傳感器的設(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，這種檢測方式操作復(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)行檢測雖然操作簡單、方便迅速，但大多只能給出定性的檢測結(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)行檢測的工作基礎(chǔ)上，研究可定量檢測的天線傳感器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。具體研究內(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)了定量檢測待測參數(shù)的目標(biāo)。最終得到的定量檢測模型為：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)測試實(shí)驗(yàn)中得到的檢測函數(shù)為：RSSI--38.54ψ-14.50lg(d)-30.42，誤差為±3.59dBm。從實(shí)際的測試結(jié)果來看，實(shí)驗(yàn)誤差要小于理論誤差，同時在動態(tài)的環(huán)境濕度下，也能快速的檢測濕度的變化，有力的證明了定量檢測函數(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)測試實(shí)驗(yàn)中得到的檢測函數(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)的檢測結(jié)果正確反應(yīng)出了手指彎曲，人體呼吸等動作引起的應(yīng)力變化情況，并與檢測模型完全相符。
　　二、針對被動式傳感器，本論文設(shè)計(jì)了雙RFID天線傳感器。兩個天線一個作為參考標(biāo)簽，一個用于感知檢測。本論文詳細(xì)分析了雙天線反饋信號強(qiáng)度的變化情況，并據(jù)此建立了反饋信號強(qiáng)度差值與待測參數(shù)關(guān)系的函數(shù)模型。雙天線的檢測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強(qiáng)度差別，最終實(shí)現(xiàn)RFID傳感器的定量檢測。該檢測模型為：△P=g(ψ)。在檢測方案的實(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。濕度傳感器的檢測函數(shù)是：△RSSI=―5.94ψ-2.22，誤差為±0.40 dBm。從演示實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果來看，△RSSI均值的波動變化符合檢測模型的理論預(yù)期，能較好的檢測濕度變化。
　　總體而言，本論文分別從主動式傳感器和被動式傳感器