New measurement techniques of wireless SAW sensors for separation and identification purposes

De par leur nature purement passive, les capteurs utilisant la technologie SAW (Surface Acoustic Wave) présentent un fort intérêt dans le cas d’environnements sévères (forts champs électromagnétiques, haute température, …). Ces capteurs sont majoritairement basés sur la mise en parallèle de résonateurs dont la fréquence va varier en fonction de la température, chaque capteur occupant une bande de fréquence définie (sous-bande) et différente (multiplexage fréquentiel). Une des limitations actuelles est la largeur limitée des bandes ISM en Europe qui ne permet de ne gérer qu’un faible nombre de sous bandes et limite par conséquent le nombre de capteurs. Deux méthodes ont été étudiées afin de résoudre les problèmes d’identification et de séparation des mesures issues des capteurs SAW.La première méthode dite méthode du nul de rayonnement directement applicable dans le cas de deux capteurs, est basée sur l’utilisation d’un lecteur à 434 MHz qui possède deux sorties antennes déphasées et consiste à ajuster la puissance et la phase des deux signaux émis par chacune des antennes de façon à créer un nul de rayonnement localisé à l’emplacement d’un des deux capteurs. Cette méthode a fait l’objet d’une phase de simulation puis d’une validation expérimentale probante. La seconde méthode est basée sur la mesure de la superposition des réponses temporelles des résonateurs SAW (oscillations amorties caractérisées chacune par quatre paramètres : amplitude A, phase ϕ, fréquence de résonance f et amortissement σ) en deux points de l’espace et le traitement ultérieur de ces mesures à l’aide des techniques hautes résolutions introduites par Prony au début du 19ème siècle. Cette méthode présente l’avantage potentiel de pouvoir fonctionner dans le cas de N capteurs (N supérieur ou égal à 1) avec l’utilisation de deux antennes uniquement connectées au lecteur. Cette méthode permet via un échantillonnage adéquat du signal temporel de construire un système d’équations dont la résolution conduit à la détermination des quatre paramètres A, ϕ, f et σ pour chacun des résonateurs, l’information de fréquence étant le paramètre recherché, afin de pouvoir en déduire l’information de température dans le cas d’un capteur de température par exemple. Le système étant fixe, la différence de phase des ondes réémises par les résonateurs permet d’identifier les capteurs.Due to their purely passive nature, sensors using Surface Acoustic Wave (SAW) technology are of great interest in severe environments (strong electromagnetic fields, high temperature ...). These sensors are mainly based on the paralleling of resonators whose frequency will vary depending on the temperature, each sensor occupying a defined frequency band (sub-band and frequency multiplexing). One of the current limitations is the bandwidth of the ISM bands in Europe, which allows only a small number of sub-bands and therefore sensors to be managed. Two methods have been studied to solve the problems of identification and separation of measurements from SAW sensors.The first one, known as the radiation null method directly applicable in the case of two sensors, is based on the use of a 434 MHz reader which has two out-of-phase antenna outputs and consists in adjusting the power and the phase of the two emitted signals. Each of the antennas create a null radiation toward one of the two sensors. This method has been first validated in simulations and then experimentally.The second method is based on the measurement of the superposition of the temporal responses of the SAW resonators (damped oscillations each characterized by four parameters: amplitude A, phase φ, resonance frequency f and damping σ) at two spatial points and the post-processing of these measurements using the high-resolution techniques introduced by Prony in the early 19th century. This method is advantageous because it enables to operate in the case of N sensors (N greater than or equal to 1) with the use of two antennas only connected to the reader. This method makes it possible, through an adequate sampling of the temporal signal, to construct a system of equations whose resolution leads to the determination of the four parameters A, φ, f and σ for every resonator, the frequency information is the desired parameter. For example, we can extract the temperature in the case of a thermal sensor. The system is fixed; the phase difference of the waves re-emitted by the resonators makes it possible to identify the sensors