LC无源无线传感系统的阻抗匹配模块文献综述

 2023-08-04 05:08
  1. 文献综述(或调研报告):

柯林斯早在1967年就提出了INDUCTOR-CAPACITOR(LC)无源无线传感器[1],该传感器利用一对扁平螺旋线圈实现了将微型压力传感器植入眼睛中。 然而,直到1990年代[2],[3]随着微机电系统(MEMS)技术的发展,他们才引起人们的广泛关注。

远程查询功能是LC传感器的主要优势之一。无需物理连接或没有严格的对准标准即可获得传感器信息,因此LC传感器可用于有线连接困难甚至无法连接的情况。这些应用的示例是运动或旋转部件上的传感器[4],[5],人体内部的医学传感[6]和恶劣环境条件下的传感[7]。 LC传感器的另一个优点是它们不需要电源即可运行。这种“无电池”带来两个优点:体积小和使用寿命长,这使得LC传感器在某些情况下具有优势,例如密封环境[8],生物医学植入物[9]等。LC传感器的简单结构也实现低成本。物联网(IoT)[10]在可植入传感器和可穿戴设备[11]等应用中的快速发展使LC无源无线传感器成为热门研究领域。

LC传感器通常由与感应电容器连接的螺旋电感器构成,从而形成谐振LC谐振回路。 电容器响应于所关注的参数而变化,从而导致其谐振频率发生偏移。 为了无线询问LC传感器,将读出线圈与传感器磁耦合,并通过监视读出线圈的阻抗或输入回波损耗来检测传感器的谐振频率。典型的LC传感器的示意图如图1(a)所示,相应的等效电路如图1(b)所示 [12]。

图1 LC传感器:(a)3D系统示意图; (b)等效电路图

LC传感器基本的传感原理是通过监视共振频率,输入阻抗或Q因子,通过感兴趣的物理参数来检测传感器响应于电容,电阻,电感或偶数耦合距离的变化。

1)电容感应

由(1)式可知,相对介电常数εr和面积A均可引起电容线性变化,而距离D则引起电容非线性变化。 电容感测依赖于改变间距,两个板之间的相对介电常数或板面积的外部物理参数。

(1)

改变区域A需要可移动的结构,并且很少有文献报道LC无源无线传感器中的这种传感方法。 在[13]中,具有级联三级弯曲梁结构的叉指电容器被用作敏感电容器来监视环境温度。

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