一种电子标签式气体传感器及其实现方法技术

本发明专利技术公开了一种电子标签式气体传感器及其实现方法，所述气体传感器包括：用于获取待测气体浓度信息的气敏单元；所述气敏单元的阻抗随所述气体浓度信息变化而变化；馈电端与所述气敏单元相连接的标签天线；所述标签天线与所述气敏单元之间的阻抗匹配程度决定所述标签天线对接收到的电磁波的反射系数；通过阅读器天线发射电磁波，以及接收由所述标签天线通过反向散射传递过来的电磁波的阅读器；所述阅读器获取标签天线通过反向散射传递过来的电磁波的反向散射功率，并根据所述反向散射功率确定气体浓度信息。本发明专利技术提供了低成本、无源、无芯片的电子标签式气体传感器的实现方案。

【技术实现步骤摘要】
一种电子标签式气体传感器及其实现方法
本专利技术属于半导体气体传感器领域，具体为一种电子标签式气体传感器及其实现方法。
技术介绍
气体传感器是一种将气体的浓度、成分等信息转换成对应电信号的器件，在工业生产和日常生活中均比较常用。目前，市场上的气体传感器多采用金属氧化物半导体材料制作，其工作方式通常为将气体敏感材料的电阻变化转换为电压变化，若要实现前述电压变化信号的无线传输，则需经过信号调理、AD转换、射频收发等电路部分处理，具有结构复杂、功耗大、成本高等缺点，从而限制了这种气体传感器在无线传感器网络等低功耗场合的应用。
技术实现思路
本专利技术针对以上问题的提出，而研制一种电子标签式气体传感器及其实现方法。本专利技术的技术手段如下：一种电子标签式气体传感器，包括：用于获取待测气体浓度信息的气敏单元；所述气敏单元的阻抗随所述气体浓度信息变化而变化；馈电端与所述气敏单元相连接的标签天线；所述标签天线与所述气敏单元之间的阻抗匹配程度决定所述标签天线对接收到的电磁波的反射系数；通过阅读器天线发射电磁波，以及接收由所述标签天线通过反向散射传递过来的电磁波的阅读器；所述阅读器获取标签天线通过反向散射传递过来的电磁波的反向散射功率，并根据所述反向散射功率确定气体浓度信息；进一步地，所述反射系数其中Zgas为气敏单元的阻抗、Zant为标签天线的输入阻抗、Z*ant为标签天线输入阻抗Zant的共轭复阻抗；进一步地，所述阅读器利用公式获取标签天线通过反向散射传递过来的电磁波的反向散射功率Pr；其中Pt为由阅读器天线馈入标签天线的电磁波功率、η为反射系数、Gt为阅读器天线的增益、Gr为标签天线的增益、λ为标签天线中心频率所对应的波长、d为阅读器与标签天线之间的距离；进一步地所述标签天线采用偶极子天线，且工作频段为UHF频段。一种如上述所述的电子标签式气体传感器的实现方法，包括如下步骤：步骤1：气敏单元获取待测气体浓度信息，且气敏单元的阻抗随所述气体浓度信息变化而变化；步骤2：阅读器通过阅读器天线发射电磁波；步骤3：标签天线接收电磁波并通过反向散射传递电磁波至阅读器天线；所述标签天线对接收到的电磁波的反射系数由标签天线与气敏单元之间的阻抗匹配程度决定；步骤4：阅读器获取标签天线通过反向散射传递过来的电磁波的反向散射功率，并根据所述反向散射功率确定气体浓度信息；进一步地，所述反射系数其中Zgas为气敏单元的阻抗、Zant为标签天线的输入阻抗、Z*ant为标签天线输入阻抗Zant的共轭复阻抗；进一步地，阅读器利用公式获取标签天线通过反向散射传递过来的电磁波的反向散射功率Pr；其中Pt为由阅读器天线馈入标签天线的电磁波功率、η为反射系数、Gt为阅读器天线的增益、Gr为标签天线的增益、λ为标签天线中心频率所对应的波长、d为阅读器与标签天线之间的距离。由于采用了上述技术方案，本专利技术提供的一种电子标签式气体传感器及其实现方法，实现气体浓度信息的无线检测，将传统气体敏感技术和射频识别技术相结合，提供了低成本、无源、无芯片的电子标签式气体传感器的实现方案。附图说明图1是本专利技术所述电子标签式气体传感器的示意图；图2是本专利技术所述标签天线的结构示意图；图3是本专利技术所述气敏单元的结构示意图；图4是本专利技术所述实现方法的流程图；图5是本专利技术电子标签式气体传感器为氨气传感器的敏感性能测试结果图。图中：1、气敏单元，2、标签天线，3、阅读器，11、金电极，12、气体敏感薄膜，13、连接电极，21、领结辐射贴片，22、折弯偶极子，23、馈电端。具体实施方式如图1、图2和图3所示的一种电子标签式气体传感器，包括：用于获取待测气体浓度信息的气敏单元1；所述气敏单元1的阻抗随所述气体浓度信息变化而变化；馈电端23与所述气敏单元1相连接的标签天线2；所述标签天线2与所述气敏单元1之间的阻抗匹配程度决定所述标签天线2对接收到的电磁波的反射系数；通过阅读器天线发射电磁波，以及接收由所述标签天线2通过反向散射传递过来的电磁波的阅读器3；所述阅读器3获取标签天线2通过反向散射传递过来的电磁波的反向散射功率，并根据所述反向散射功率确定气体浓度信息；进一步地，所述反射系数其中Zgas为气敏单元1的阻抗、Zant为标签天线2的输入阻抗、Z*ant为标签天线输入阻抗Zant的共轭复阻抗；进一步地，所述阅读器3利用公式获取标签天线2通过反向散射传递过来的电磁波的反向散射功率Pr；其中Pt为由阅读器天线馈入标签天线2的电磁波功率、η为反射系数、Gt为阅读器天线的增益、Gr为标签天线2的增益、λ为标签天线中心频率所对应的波长、d为阅读器3与标签天线2之间的距离；进一步地，所述标签天线2采用偶极子天线，且工作频段为UHF频段；所述标签天线2的中心频率为915MHz。如图4所示，一种如上述所述的电子标签式气体传感器的实现方法，包括如下步骤：步骤1：气敏单元1获取待测气体浓度信息，且气敏单元1的阻抗随所述气体浓度信息变化而变化；步骤2：阅读器3通过阅读器天线发射电磁波；步骤3：标签天线2接收电磁波并通过反向散射传递电磁波至阅读器天线；所述标签天线2对接收到的电磁波的反射系数由标签天线2与气敏单元1之间的阻抗匹配程度决定；步骤4：阅读器3获取标签天线2通过反向散射传递过来的电磁波的反向散射功率，并根据所述反向散射功率确定气体浓度信息；进一步地，所述反射系数其中Zgas为气敏单元1的阻抗、Zant为标签天线2的输入阻抗、Z*ant为标签天线输入阻抗Zant的共轭复阻抗；进一步地，阅读器3利用公式获取标签天线2通过反向散射传递过来的电磁波的反向散射功率Pr；其中Pt为由阅读器天线馈入标签天线2的电磁波功率、η为反射系数、Gt为阅读器天线的增益、Gr为标签天线2的增益、λ为标签天线中心频率所对应的波长、d为阅读器3与标签天线2之间的距离。本专利技术所述气敏单元1作为标签天线2的可变负载，这样，在待测气氛下，当环境中的待测气体浓度变化时，气敏单元1的阻抗Zgas随之变化，气敏单元1阻抗的变化直接导致标签天线2同负载间的阻抗匹配程度发生变化，进而影响所述标签天线2对接收到的电磁波的反射系数，如公式表示，其中Zgas为气敏单元1的阻抗、Zant为标签天线2的输入阻抗、Z*ant为标签天线输入阻抗Zant的共轭复阻抗；进一步地，如公式表示，阅读器3获取标签天线2通过反向散射传递过来的电磁波的反向散射功率Pr，将公式采用分贝形式表示，即可以看出，由阅读器天线馈入标签天线2的电磁波功率Pt、阅读器天线的增益Gt、标签天线2的增益Gr、标签天线中心频率所对应的波长λ、以及阅读器3与标签天线2之间的距离d不会随待测气体浓度变化而改变，反向散射功率Pr与反射系数η之间存在着一一对应的关系，同时标签天线2的输入阻抗Zant不会随待测气体浓度变化而改变，反射系数η与气敏单元1的阻抗Zgas之间存在着一一对应的关系，因此，通过检测反向散射功率Pr的变化，便可获得待测气体浓度信息的变化。图3示出了本专利技术所述气敏单元1的结构示意图，如图3所示，本专利技术所述气敏单元1选用氧化铝电子陶瓷作为基底材料，同时通过常规的微电子工艺在电子陶瓷表面加工两个彼此分离的金电极11；两个金电极11之间沉积有气体敏感薄膜12；所述气体敏感薄膜12采用常温气敏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子标签式气体传感器，其特征在于，所述气体传感器包括：用于获取待测气体浓度信息的气敏单元；所述气敏单元的阻抗随所述气体浓度信息变化而变化；馈电端与所述气敏单元相连接的标签天线；所述标签天线与所述气敏单元之间的阻抗匹配程度决定所述标签天线对接收到的电磁波的反射系数；通过阅读器天线发射电磁波，以及接收由所述标签天线通过反向散射传递过来的电磁波的阅读器；所述阅读器获取标签天线通过反向散射传递过来的电磁波的反向散射功率，并根据所述反向散射功率确定气体浓度信息。

【技术特征摘要】
1.一种电子标签式气体传感器，其特征在于，所述气体传感器包括：用于获取待测气体浓度信息的气敏单元；所述气敏单元气敏材料为常温气敏材料，常温下其阻抗随所述气体浓度信息变化而变化；馈电端与所述气敏单元相连接的标签天线；所述标签天线与所述气敏单元之间的阻抗匹配程度决定所述标签天线对接收到的电磁波的反射系数；所述标签天线为领结偶极子天线，其包括结构相同且对称分布的第一部分天线和第二部分天线；所述第一部分天线包括领结辐射贴片、折弯偶极子和馈电端；通过阅读器天线发射电磁波，以及接收由所述标签天线通过反向散射传递过来的电磁波的阅读器；所述阅读器获取标签天线通过反向散射传递过来的电磁波的反向散射功率，并根据所述反向散射功率确定气体浓度信息。2.根据权利要求1所述的一种电子标签式气体传感器，其特征在于所述反射系数其中Zgas为气敏单元的阻抗、Zant为标签天线的输入阻抗、Z*ant为标签天线输入阻抗Zant的共轭复阻抗。3.根据权利要求2所述的一种电子标签式气体传感器，其特征在于所述阅读器利用公式获取标签天线通过反向散射传递过来的电磁波的反向散射功率Pr；其中Pt为由阅读器天线馈入标签天线的电磁波功率、η为反射系数、Gt为阅读器天线的增益、Gr为标签天线的增益、λ为标签天线中心频率所对应的波长、d为阅读器与标...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛严冰，宋智，李亚，张静，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21