无源无线加速度计的系统设计与仿真  

Design and simulation of a passive wireless accelerometer

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作  者:易卓然 薛松涛[1,2] 谢丽宇 万国春[4] YI Zhuoran;XUE Songtao;XIE Liyu;WAN Guochun(College of Civil Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,China;School of Architecture,Tohoku Institute of Technology,Sendai 982-8577,Japan;Key Laboratory of Performance Evolution and Control for Engineering Structures of the Ministry of Education,Tongji University,Shanghai 200092,China;School of Electronic Science and Technology,Tongji University,Shanghai 201804,China)

机构地区:[1]同济大学土木工程学院,上海200092 [2]日本东北工业大学工学部,仙台982-8577 [3]同济大学工程结构性能演化与控制教育部重点实验室,上海200092 [4]同济大学电子与信息工程学院,上海201804

出  处:《哈尔滨工程大学学报》2023年第2期211-218,234,共9页Journal of Harbin Engineering University

基  金:国家自然科学基金项目(52078375,52178298);国际科技合作重点项目(2021YFE0112200);中央高校基本科研业务费——学科交叉类项目;同济大学2022年度学科交叉联合攻关项目(土木工程I类高峰学科建设经费);同济大学工程结构服役性能演化与控制教育部重点实验室开放基金项目(2018KF-4)。

摘  要:传统加速度传感器需要电缆或外置设施进行能量供应和数据传输,复杂化的线路布置增大了设备损坏风险和维修难度。本文基于带短接单元的贴片天线和调频连续波雷达原理,设计了一种无源无线加速度传感节点,设计了高频采样机制,并对传感系统的工作模式进行了理论分析和基于Matlab和高频结构仿真器的数值仿真,获得了在典型加速度激励下的传感器测试结果。该传感器加速度测试范围设计为±0.2 g,仿真结果表明:在测试设计范围内,加速度测试误差为3.24%。另外,传感器可实现简单的自我定位,定位精度为0.3 m。Traditional accelerometers use a cable or battery to supply power and transport data.The circuit layout is complex,which increases the failure risk and difficulty of maintenance.On the basis of the patch antenna and FMCW(frequency-modulated continuous waves)radar,this paper presents a new type of passive wireless accelerometer node that is designed with a high-frequency sampling mechanism.The working mode of the sensor system is theoretically analyzed,and a numerical simulation based on the combination of Matlab and high-frequency structure simulator is performed,obtaining the test results of the sensor under typical acceleration excitation.The acceleration test range of the sensor is designed to be±0.2 g.The simulation results show that within the testing range,the test error for the accelerometer is 3.24%.Moreover,this accelerometer can realize simple self-positioning with a positioning accuracy of 0.3 m.

关 键 词:贴片天线 无源 无线 FMCW雷达 高频采样 加速度传感器 定位 结构健康监测 

分 类 号:TP212[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置] TN823[自动化与计算机技术—控制科学与工程]

 

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