技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種基于相控陣天線的聲表面波溫度檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法，屬于無線傳感領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
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聲表面波傳感器是一種新型諧振式傳感器。聲表面波溫度傳感器以壓電材料作為敏感器件，利用壓電效應(yīng)，通過叉指換能器在壓電基片上激發(fā)出聲表面波，根據(jù)聲表面波器件的諧振頻率隨待測(cè)溫度變化來實(shí)現(xiàn)溫度傳感功能。在閱讀器和天線的配合下，聲表面波傳感器在無線傳感的同時(shí)也不需要電源。聲表面波溫度傳感器最引人注目的便是其無線功能和無源本質(zhì)，因此獲得了以智能電網(wǎng)為典型代表的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。

現(xiàn)有智能電網(wǎng)的溫度檢測(cè)主要包括高壓開關(guān)柜和高壓傳輸線的節(jié)點(diǎn)溫度檢測(cè)，需在線實(shí)時(shí)測(cè)量空間不同節(jié)點(diǎn)的溫度，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的告警功能。目前，聲表面波測(cè)溫技術(shù)用于智能電網(wǎng)時(shí)，存在著以下問題亟待解決：

(1)戶外測(cè)量時(shí)，以高壓傳輸線的節(jié)點(diǎn)溫度檢測(cè)為例，測(cè)溫節(jié)點(diǎn)位于空間不同方位且相距較遠(yuǎn)，無法通過單個(gè)閱讀器天線測(cè)溫，并且對(duì)無線測(cè)溫距離提出了更高的要求。

(2)實(shí)際測(cè)試環(huán)境復(fù)雜，干擾現(xiàn)象嚴(yán)重，從而影響無線測(cè)溫距離和測(cè)溫穩(wěn)定性。

(3)傳感器采用頻分多址方式，節(jié)點(diǎn)數(shù)量有限，占用頻帶較寬，超過了ism和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的帶寬范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題提供一種基于相控陣天線的聲表面波溫度檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法，從而解決目前聲表面波測(cè)溫技術(shù)用于智能電網(wǎng)時(shí)存在的相關(guān)問題。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于相控陣天線的聲表面波溫度檢測(cè)系統(tǒng)，由閱讀器和若干個(gè)聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，所述閱讀器采用相控陣天線，各個(gè)聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)采用諧振頻率和帶寬完全相同的聲表面波器件。

進(jìn)一步地，所述閱讀器包括微控制器模塊、發(fā)射模塊、收發(fā)隔離模塊、接收模塊、相位控制模塊以及陣列天線模塊，所述微控制器模塊的輸出端分別連接發(fā)射模塊的輸入端、相位控制模塊的輸入端和收發(fā)隔離模塊的控制端，發(fā)射模塊的輸出端連接收發(fā)隔離模塊的第二端口，收發(fā)隔離模塊的第三端口連接接收模塊的輸入端，接收模塊的輸出端連接微控制器模塊的輸入端，收發(fā)隔離模塊的第一端口與陣列天線模塊連接，相位控制模塊的輸出端與陣列天線模塊的控制端連接，陣列天線模塊與聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)之間通過射頻信號(hào)無線連接。

進(jìn)一步地，所述相位控制模塊由多個(gè)相同的子模塊并聯(lián)構(gòu)成，子模塊的數(shù)量與相控陣天線的天線單元數(shù)量相同，所述子模塊包括dac模塊和運(yùn)算放大器模塊，所述dac模塊的輸出端連接運(yùn)算放大器模塊的輸入端。

進(jìn)一步地，所述陣列天線模塊由功分器和多個(gè)相同的陣列單元模塊構(gòu)成，所述功分器的輸出端口數(shù)量與陣列單元模塊的數(shù)量相同，功分器的各個(gè)輸出端口分別與各陣列單元模塊的輸入端連接。

進(jìn)一步地，所述陣列單元模塊包括移相器模塊和天線單元，所述移相器模塊的輸出端連接天線單元的輸入端，移相器模塊的控制輸入端即為陣列天線模塊的控制端。

本發(fā)明還采用如下技術(shù)方案：一種基于相控陣天線的聲表面波溫度檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，包括如下步驟：

步驟a，根據(jù)每個(gè)聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)所處的空間方位，確定對(duì)應(yīng)的掃描方向，計(jì)算出測(cè)量該節(jié)點(diǎn)溫度時(shí)各移相器對(duì)應(yīng)的相移，并進(jìn)一步計(jì)算出該相移對(duì)應(yīng)的控制電壓；

步驟b，微控制器模塊控制收發(fā)隔離模塊的單刀雙擲開關(guān)置于第二端口，使閱讀器處于激勵(lì)信號(hào)發(fā)射狀態(tài)；

步驟c，微控制器模塊控制發(fā)射模塊產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)并放大到合適的功率，激勵(lì)信號(hào)再經(jīng)過收發(fā)隔離模塊的第二端口和第一端口進(jìn)入陣列天線模塊，通過功分器分為多個(gè)功率與相位均相同的信號(hào)，分別進(jìn)入每個(gè)天線單元對(duì)應(yīng)的移相器模塊；

步驟d，針對(duì)第一聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)，微控制器模塊控制相位控制模塊通過dac模塊產(chǎn)生如步驟a計(jì)算出的相應(yīng)的控制電壓，并通過運(yùn)算放大器模塊放大到合適的電壓值，進(jìn)入陣列天線模塊，控制相應(yīng)移相器模塊的相位發(fā)生變化，使各天線單元發(fā)射的激勵(lì)信號(hào)之間存在特定的相位差，在第一聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)處發(fā)生同相干涉；

步驟e，微控制器模塊控制收發(fā)隔離模塊的單刀雙擲開關(guān)置于第三端口，使閱讀器處于回波信號(hào)接收狀態(tài)；

步驟f，第一聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)響應(yīng)同相干涉的激勵(lì)信號(hào)，并反射與第一聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)的溫度相關(guān)的回波信號(hào)進(jìn)入陣列天線模塊，再經(jīng)過收發(fā)隔離模塊的第一端口和第三端口進(jìn)入接收模塊，最后到達(dá)微控制器模塊；

步驟g，微控制器模塊對(duì)第一聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)的回波信號(hào)進(jìn)行處理，獲得第一聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)的溫度信息；

步驟h，針對(duì)第二聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)，第三聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)，…，第n聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)，重復(fù)步驟b到g，在一個(gè)完整的掃描周期內(nèi)獲得所有節(jié)點(diǎn)的溫度信息，然后再從第一聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)重復(fù)掃描，反復(fù)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)各節(jié)點(diǎn)溫度的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。

本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)以相控陣天線作為系統(tǒng)的閱讀器收發(fā)天線，通過控制陣列天線中各天線單元的相位來實(shí)現(xiàn)波束自動(dòng)掃描，從而采用空分多址方式完成對(duì)空間不同方位的溫度檢測(cè)；

(2)相控陣天線形成的窄波束使發(fā)射功率集中，由此可提高無線測(cè)溫距離和測(cè)溫穩(wěn)定性；

(3)與現(xiàn)有聲表面波測(cè)溫系統(tǒng)的傳感器節(jié)點(diǎn)頻分多址方式相比，基于相控陣天線的系統(tǒng)采用諧振頻率和帶寬完全相同的傳感器節(jié)點(diǎn)，因此可在增加傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量的同時(shí)，滿足ism和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的頻帶要求。

附圖說明：

圖1為基于相控陣天線的聲表面波溫度檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖2為系統(tǒng)的相位控制模塊結(jié)構(gòu)。

圖3為系統(tǒng)的陣列天線模塊結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

請(qǐng)參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明基于相控陣天線的聲表面波溫度檢測(cè)系統(tǒng)由閱讀器和若干個(gè)聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，其中：閱讀器采用相控陣天線，各個(gè)聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)采用諧振頻率和帶寬完全相同的聲表面波器件。

閱讀器包括微控制器模塊、發(fā)射模塊、收發(fā)隔離模塊、接收模塊、相位控制模塊以及陣列天線模塊，其中：微控制器模塊的輸出端分別連接發(fā)射模塊的輸入端、相位控制模塊的輸入端和收發(fā)隔離模塊的控制端，發(fā)射模塊的輸出端連接收發(fā)隔離模塊的第二端口，收發(fā)隔離模塊的第三端口連接接收模塊的輸入端，接收模塊的輸出端連接微控制器模塊的輸入端，收發(fā)隔離模塊的第一端口與陣列天線模塊連接，相位控制模塊的輸出端與陣列天線模塊的控制端連接，陣列天線模塊與聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)之間通過射頻信號(hào)無線連接。

請(qǐng)參照?qǐng)D2所示，相位控制模塊由多個(gè)相同的子模塊并聯(lián)構(gòu)成，子模塊的數(shù)量與相控陣天線的天線單元數(shù)量相同，子模塊包括dac(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)模塊和運(yùn)算放大器模塊，其中：每個(gè)dac模塊的輸出端連接與之相對(duì)應(yīng)的每個(gè)運(yùn)算放大器模塊的輸入端，即第一dac模塊的輸出端連接第一運(yùn)算放大器模塊的輸入端，第ndac模塊的輸出端連接第n運(yùn)算放大器模塊的輸入端。

請(qǐng)參照?qǐng)D3所示，陣列天線模塊由功分器和多個(gè)相同的陣列單元模塊構(gòu)成，其中：功分器的輸出端口數(shù)量與陣列單元模塊的數(shù)量相同，其各個(gè)輸出端分別與各陣列單元模塊的輸入端連接。

陣列單元模塊包括移相器模塊和天線單元，其中：移相器模塊的輸出端連接天線單元的輸入端，移相器模塊的控制輸入端即為陣列天線模塊的控制端。

請(qǐng)參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明基于相控陣天線的聲表面波溫度檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，工作步驟如下：

步驟a，根據(jù)每個(gè)聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)所處的空間方位，確定對(duì)應(yīng)的掃描方向，計(jì)算出測(cè)量該節(jié)點(diǎn)溫度時(shí)各移相器對(duì)應(yīng)的相移，并進(jìn)一步計(jì)算出該相移對(duì)應(yīng)的控制電壓；

步驟b，微控制器模塊控制收發(fā)隔離模塊的單刀雙擲開關(guān)置于第二端口，使閱讀器處于激勵(lì)信號(hào)發(fā)射狀態(tài)；

步驟c，微控制器模塊控制發(fā)射模塊產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)并放大到合適的功率，激勵(lì)信號(hào)再經(jīng)過收發(fā)隔離模塊的第二端口和第一端口進(jìn)入陣列天線模塊，通過功分器分為多個(gè)功率與相位均相同的信號(hào)，分別進(jìn)入每個(gè)天線單元對(duì)應(yīng)的移相器模塊；

步驟d，針對(duì)第一聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)，微控制器模塊控制相位控制模塊通過dac模塊產(chǎn)生如步驟a計(jì)算出的相應(yīng)的控制電壓，并通過運(yùn)算放大器模塊放大到合適的電壓值，進(jìn)入陣列天線模塊，控制相應(yīng)移相器模塊的相位發(fā)生變化，使各天線單元發(fā)射的激勵(lì)信號(hào)之間存在特定的相位差，在第一聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)處發(fā)生同相干涉；

步驟e，微控制器模塊控制收發(fā)隔離模塊的單刀雙擲開關(guān)置于第三端口，使閱讀器處于回波信號(hào)接收狀態(tài)；

步驟f，第一聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)響應(yīng)同相干涉的激勵(lì)信號(hào)，并反射與第一聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)的溫度相關(guān)的回波信號(hào)進(jìn)入陣列天線模塊，再經(jīng)過收發(fā)隔離模塊的第一端口和第三端口進(jìn)入接收模塊，最后到達(dá)微控制器模塊；

步驟g，微控制器模塊對(duì)第一聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)的回波信號(hào)進(jìn)行處理，獲得第一聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)的溫度信息；

步驟h，針對(duì)第二聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)，第三聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)，…，第n聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)，重復(fù)步驟b到g，在一個(gè)完整的掃描周期內(nèi)獲得所有節(jié)點(diǎn)的溫度信息，然后再從第一聲表面波溫度傳感器節(jié)點(diǎn)重復(fù)掃描，反復(fù)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)各節(jié)點(diǎn)溫度的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。