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关键词： 结构健康监测   RFID贴片天线   无源无线应变传感   多源监测数据融合   结构性能评估  

摘要： 结构健康监测（Structural Health Monitoring,SHM）旨在确保现役工程结构长期安全使用,建立一种实时监测、特征识别和状态评估的自动化健康诊断系统,为结构全寿命周期管养提供科学决策。随着工程结构智能运维技术发展,传感系统逐渐应用于工程结构SHM系统中,用以感知结构力学性能、动态响应和环境状况。但在长期监测中传感器面临布线复杂、能量供给等问题,因此,亟需一种更加经济、便捷和低碳环保的传感技术,为结构智能化监测提供科学技术支撑。基于射频识别（Radio frequency identification,RFID）技术的贴片天线将自身作为感知结构变形的传感单元,依靠射频信号电磁耦合,实现阅读器与贴片天线之间信息传递,从而RFID贴片天线无需依赖外部电池,并具有成本低、结构简单、非接触无线通讯等优势。 本文开展基于RFID贴片天线无源无线应变传感方法研究,设计两种不同馈电方式的RFID贴片天线应变传感器,包括短路短截线贴片天线和微带缝隙贴片天线,并开展小型化和工作性能分析。通过仿真分析和试验测试,验证两种不同馈电方式RFID贴片天线应变传感器的工作性能和传感性能,并与有线应变仪实测应变对比分析。此外,针对RFID贴片天线实测应变和SHM实测数据,开展多源监测数据的数据级、特征级、决策级融合研究。提出基于卡尔曼滤波的RFID贴片天线实测应变数据级融合分析;发展基于稀疏贝叶斯学习多源监测数据特征级融合的结构性能评估方法;构建基于稀疏贝叶斯学习与D-S证据理论结合的多源监测数据决策级融合结构性能评估体系。本文主要研究内容如下: （1）根据矩形贴片天线应变传感理论和短路短截线匹配法传输线模型,提出基于RFID技术的短路短截线贴片天线应变传感器。通过HFSS仿真分析,探讨该传感器模型尺寸对阻抗和功率传输系数的影响,并开展小型化设计和工作性能分析,小型化后尺寸减少33.6%。利用COMSOL多物理场软件,进行电磁场和固体力学场仿真分析,验证其谐振频率与应变之间存在线性关系。开展RFID贴片天线方向性测试、钢板试件拉伸和铝合金悬臂梁应变测量试验。结果表明,该传感器在自由空间中实测最大读取为4.8m;谐振频率与有线应变数据存在良好的线性关系,拟合系数R2为0.9828;与有线应变仪实测值进行对比,其RMSE为27.4186με,MAE为24.0166με,验证该传感器用于结构应变测量的可行性和有效性。 （2）在短路短截线贴片天线基础上进行改进,提出基于RFID微带缝隙贴片天线应变传感器。探讨该传感器模型尺寸对阻抗和功率传输系数影响,并开展小型化设计和工作性能分析,小型化后尺寸减少31.0%。利用COMSOL软件仿真分析,验证该传感器谐振频率与应变之间呈线性关系。开展RFID贴片天线方向性测试、钢板试件拉伸和铝合金悬臂梁应变测量试验。结果表明,该传感器在自由空间中实测最大读取距离为7.1m,相比短路短截线贴片天线,该传感器读取距离较远;谐振频率与有线应变数据呈较好线性关系,拟合系数R2为0.9862;与有线应变仪实测值进行对比,其RMSE为20.7631με,MAE为18.6951με。 （3）针对RFID贴片天线应变传感器测量精度,提出基于卡尔曼滤波的数据级融合方法,融合后显著提高RFID贴片天线测量精度。此外,为进一步探究多源监测数据融合对实际工程结构性能评估的可靠性,发展基于稀疏贝叶斯学习多源监测数据特征级融合的结构性能评估方法。以青马大桥SHM系统为例,利用多源加速度和应变数据进行特征级数据融合,以提升结构性能评估的准确性。在此基础上,构建基于稀疏贝叶斯学习与D-S证据理论结合的多源监测数据决策级融合结构性能评估方法。将实测结构进行区域划分,针对各子区域开展基于加速度数据和应变数据的结构性能评估。引入权重因子,赋予各子区域不同指标评估结果的可靠度。利用D-S证据理论合成规则进行融合,以实现结构性能定量评估与性能劣化定位分析。

关键词： 射频识别   读写器射频前端   中频滤波   正交信号合成法   自动增益控制  

摘要： 射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)通过无线通信实现目标的非接触自动识别,已成为物联网领域的关键技术。随着我国超高频(Ultra-High Frequency,UHF)RFID市场的蓬勃发展,尤其是在疫情催生的“非接触经济”背景下,UHF RFID在物流和供应链管理等领域的需求日益增长。自2018年以来,中美贸易摩擦逐渐升级,对我国高科技企业造成了压力,也为我国UHF RFID产业的发展敲响了警钟。在此背景下,推动国产化UHF RFID读写器射频前端电路的关键技术研究,具有重要的科研价值和广阔的应用场景。本论文针对国产化射频前端电路的射频指标,分别从方案设计、电路设计以及性能测试三个方面展开了深入研究。 本论文的主要研究内容概述如下: 1.本文提出了一套完整的国产化射频前端电路方案。针对发射链路,在研究邻近信道抑制比(Adjacent Channel Power Ratio,ACPR)的关键影响因素基础上,提出了一种简单高效的中频滤波方案。针对接收链路,在研究射频自干扰信号产生机制基础上,提出了一种基于正交信号合成法的自干扰对消方案。此外,针对读写器-转发器-标签三点式UHF RFID系统架构,提出了一种自动增益控制(Automatic Gain Control,AGC)电路方案,以增强接收机的动态范围。 2.本文实现了完整的国产化射频前端电路设计。重点研究了中频滤波电路、自干扰抵消电路和AGC电路。其中,中频滤波电路通过变频和滤波处理,有效抑制了谐波干扰;自干扰抵消电路采用正交信号合成法,避免了对移相器的依赖,解决了国产UHF频段移相器成本和精度的问题;AGC电路通过多级LNA级联和功率反馈控制,实现了高增益和宽动态范围。 3.本文对研制的国产化射频前端电路进行了功能和性能测试。测试结果表明,发射信号的ACPR1为-47.05 d Bc,ACPR2为-70.79 d Bc,均达到了国家规定的性能指标。在发射电路输出功率为26d Bm时,自干扰对消电路实现了38.82 d B的抑制度,总的收发隔离度约60 d B。AGC电路的整体增益达到83 d B,动态范围覆盖为-97 d Bm至-10 d Bm。 本论文的研究成果为国产化UHF RFID读写器射频前端的设计与实现提供了切实可行的方案,对促进UHF RFID产业的技术进步和应用拓展具有重要意义。

关键词： 钻井   堵漏工具   冲蚀磨损   RFID  

摘要： 随钻堵漏工具是实现不起钻堵漏、提高作业效率的重要井下工具。目前国内主要采用投球憋压方式控制旁通阀的开合,这种方式存在堵漏次数受球篮容量限制、对泵压及流量参数敏感、内径受限等缺点,针对这些问题,本文基于射频识别技术设计了一种可实现无限次堵漏作业、对堵漏泵压和排量无要求、工具内部全通径的随钻智能射流堵漏工具。 本设计工具去掉了球篮结构,采用RFID作为通信方式,增加了通讯及电控部分,利用3D建模软件进行三维建模,完成了对随钻堵漏工具的结构设计,分为五大组成模块:浮动活塞短节、天线通讯短节、电控短节、动力总成短节和换向球阀短节。 在此结构设计基础上,根据两相流体动力学理论,结合Realizable k-ε湍流模型,以射流速度和扩散角为优化指标,模拟了不同循环套喷嘴孔径下的射流流场,结果表明当孔径为32mm时,既能满足堵漏作业最佳速度,又保证了堵漏覆盖面积最大,堵漏成功率最高。结合红河油田钻进参数,利用有限元分析软件对工具在抗压、抗扭、压扭复合作用等不同工况下的应力分布状态进行模拟,结果满足强度要求。其次基于DNV冲蚀模型对循环套进行颗粒冲蚀模拟,发现喷嘴弯道处壁面磨损程度最严重,可通过更换喷嘴材料和加耐磨环方式进行加固。 针对井下复杂环境设计工具的通信系统,选择工作频率为125 k Hz,对硬件电路进行整体设计,并开发了标签球指令信号识别算法。通过增加二次识别解码、横纵向双校验码等方式,提高了信号解析的正确性,增强了系统的环境适应性和通讯可靠性。开展标签识别可靠性试验以及液压滑套控制试验,验证了堵漏循环套的整体密封能力、识别系统的识别灵敏度以及控制系统动作的可靠性。 本文通过对智能堵漏工具的研究,对RFID在井下工具上的应用有一定借鉴意义,为实现堵漏次数不受限制提供一些新思路。

关键词： Protocols   Active RFID tags   Radiofrequency identification   Standards   Encoding   ISO Standards   IEC Standards   M-ary tree-based protocol   active RFID   anti-collision   radio frequency identification (RFID)   time-efficient  

摘要： In this paper, we present a novel time-efficient tag identification protocol for active radio frequency identification (RFID) systems. Our protocol design is based on a conventional M-ary Detecting Tree (MDT) that divides contention tags into M subgroups and performs the identification in two phases: scanning and collecting. While the MDT protocol effectively eliminates redundant empty slots (i.e., slots without any tag responses), it requires two success slots (i.e., slots with exactly one tag's response) to identify one tag, raising concerns about potential identification delays. We introduce an innovative anti-collision protocol called Enhanced M-ary Detecting Tree (EMDT) to address this issue. The proposed EMDT switches from the scanning phase to the collecting phase when the estimated number of responding tags becomes smaller than a predefined threshold, which is found via theoretical analysis and has an optimal value of three. This adjustment allows the reader to typically require just one success slot for identifying each tag, thus significantly reducing the total time needed to identify all tags. The proposed phase-switching mechanism is backed by Zero-Estimation (ZE) for tag cardinality estimation and Manchester encoding for data transmission, both widely employed in RFID standards. Theoretical analysis and computer simulations are performed in different system settings, including ideal and non-ideal transmission channels, to validate the efficacy of the proposed protocol in comparison with conventional alternatives.

关键词： 射频识别   室内定位   合成孔径   相位展开  

摘要： 随着物联网技术的发展,基于超高频射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)的室内定位技术也受到了广泛关注。基于超高频射频识别的室内定位技术,具有非视距、寿命长、安全性高、成本低、易于部署的优点,在仓储物流、交通安全、智能家居、医疗保健等领域中被广泛应用。然而现有的RFID室内定位技术仍然存在不足:在静态定位领域,基于相位的RFID室内定位技术精度足够,但是存在抗干扰性差的问题;在动态定位领域,常用的距离测量法、角度测量法存在定位精度不足的问题;融合定位方法虽然定位精度高,但设备复杂、部署困难、成本较高。现阶段仍然缺少同时满足高精度和低成本的动态定位方法。本文对基于超高频射频识别的室内定位技术进行研究,并针对RFID室内定位技术现有的问题提出了对应的改进方法。本文的主要研究内容如下: 针对RFID静态定位方法在复杂环境下抗干扰性差的问题,提出了一种基于合成孔径的抗干扰静态定位方法。该方法将相位展开算法和合成孔径技术结合,通过读写器天线的多次移动生成双曲线全息图来确定目标的位置。通过实验分析了外部干扰性因素对定位精度的影响并提出了粗定位加权方法,该方法分为两步,第一步根据累积相位(展开相位)的跳变来进行粗略定位,第二步对读写器天线与粗定位位置方位夹角较小时所产生的双曲线赋予更高的权重,从而生成加权双曲线全息图来进行定位,以此来减少标签方位引起的定位误差;通过分析双曲线斜率以及定位目标在二维坐标下的x误差和y误差,提出将天线移动路径改为L型路径,进一步降低了多径效应引起的定位误差。与近年来的静态定位算法相比,本方法在多径环境下具有更好的抗干扰性,平均定位误差达到3.45 cm。 针对RFID动态定位无法同时满足高定位精度和低成本的问题,提出了一种基于相位展开的动态定位方法。该方法首先通过基于合成孔径的抗干扰静态定位方法解决相位定位中的初始位置问题,然后使用相位展开算法和相位缺失补偿算法解决相位周期模糊及相位缺失问题,并设计了一款近三维全向标签天线来减少相位缺失情况的发生,最后采用多天线最大似然估计法来确定目标的动态位置。实验结果表明该方法能实时显示目标的轨迹,且在目标不同路径下的二维平均定位误差为5.17 cm,相比于大多数其他动态定位方法4%以上的相对定位误差,本方法的相对定位误差为2.87%。与近几年的动态定位方法对比,验证了本方法具有定位精度高、成本低、易部署的特点。

关键词： UHF RFID   标签纱   法向模螺旋偶极子天线   结构   性能  

摘要： 柔性混合电子学是一种将传统硬质微小电子元件与柔性电路结合的新方法。作为柔性混合电子器件中的重要成员,一维纱线基超高频射频识别(ultra-high frequency radio frequency identification,UHF RFID)标签有好的可隐蔽性,易于集成到纺织品,是实现纺织品全生命周期智能化管理和新兴无线纺织传感器的有效途径。其中,新兴法向模螺旋偶极子型UHF RFID标签纱是一种包缠结构的混合电子纱,主要由芯层(载纱)和外层(芯片与法向模螺旋偶极子天线的互连体)构成,具有轴向尺寸小、可拉伸等特点。法向模螺旋偶极子型UHF RFID标签纱的射频性能取决于载纱的介电性能、天线的增益和天线与芯片间阻抗匹配程度。天线的增益和阻抗是其几何结构和构成材料特征的函数。此外,应用场景会显著影响天线增益的稳定性。因此,设计法向模螺旋偶极子型UHF RFID标签纱的关键是天线与芯片间阻抗匹配的调控方法和应用场景敏感因素及其作用机理。 已有研究针对自谐振的法向模螺旋偶极子天线,构建了谐振频率与螺旋几何参数的物理关系,其不需要考虑芯片阻抗对阻抗匹配和谐振频率的影响。同时,现有物理关系主要适用于结构均匀的法向模螺旋偶极子天线,而芯层载纱存在固有的结构不匀,且包缠纱工艺参数存在波动,导致包缠共形的法向模螺旋偶极子天线存在几何结构不匀的现象,使现有物理关系不适用于法向模螺旋偶极子型UHF RIFD标签纱的天线设计。其次,已有阻抗测试方法主要面向硬质基底天线,法向模螺旋偶极子型UHF RFID标签纱是一种新兴的柔性电子器件,缺乏测试评价技术,特别是准确测量其天线阻抗的技术。此外,已有研究主要关注标签纱的最远读取距离,对标签纱的适用场景研究不足。法向模螺旋偶极子型UHF RFID标签纱的射频性能具有方向性,且其易受使用环境干扰。适用场景不明确导致现有标签纱的读取可靠性和稳定性差。鉴于在法向模螺旋偶极子型UHF RFID标签纱开发过程中存在的前述理论和技术问题,本课题将首先设计测试法向模螺旋偶极子天线阻抗的专用设备和操作程序,为验证阻抗匹配调控理论和评价天线电气性能提供技术支撑;然后,从理想(天线结构均匀)到实际(天线结构不匀),采用阻抗匹配理论,引入芯片阻抗,构建天线谐振频率与几何结构参数的物理关系;最后,应用构建的物理关系,设计开发具有期望天线谐振频率的法向模螺旋偶极子型UHF RFID标签纱,评价分析标签纱的适用场景。 本课题的具体研究内容和结果如下: (1)针对天线变形和差分夹具与天线间不良接触引起的阻抗测试结果再现性和准确性差的问题,改进差分夹具的触点和控制平台,实验确定了影响阻抗测试结果的基本因素及作用规律,制定并验证了实现天线阻抗准确、重复测量的规范化方法。 现有天线阻抗测试方法主要针对易于与测试夹具形成可靠稳定接触的硬质基底天线,法向模螺旋偶极子型UHF RFID标签纱中天线具有柔软易变形性,在测试过程中其易发生形变以及与测试夹具接触不良,导致天线阻抗测试结果的稳定性和再现性下降。采用三维微调平台,根据经典的差分夹具结构,自制天线阻抗的专用测试设备;根据实际实验操作过程,通过系列控制因素试验,对可能产生误差的因素(差分夹具的改进方法、天线的弯曲、阻抗的测试位置与实际馈电点间距离、天线与差分夹具间的压强(常通过差分夹具的下降距离调节))进行系统讨论。在此基础上,课题提出了一种规范化的操作程序。研究结果表明,改进后差分夹具的特性阻抗接近于理想阻抗(50Ω),其不会对阻抗测试结果的准确性产生影响。由于结构的改变,天线的弯曲,尤其是弯曲成环会对天线的阻抗产生显著性影响。当天线与差分夹具间已实现良好接触时,继续增加两者间压强对阻抗测试结果无显著性影响。测得的谐振频率随测试位置和实际馈电点间距离增加而减小。阻抗测试结果的影响因素主次为:天线的弯曲>阻抗的测试位置与实际馈电点间距离>天线与差分夹具间压强(差分夹具的下降距离)。此外,通过实测证明,采用本课题提出的规范化测试程序,可实现天线阻抗的稳定和再现测试。 (2)以法向模螺旋偶极子天线的自谐振条件建立的构性关系不适合标签纱的天线设计。应用等效阻抗理论和共轭匹配理论,构建了结构均匀的法向模螺旋偶极子天线的谐振频率与几何结构参数的物理关系。 现有的频率与天线几何结构参数的物理关系基于自谐振理论,即天线电抗等于零,不符合法向模螺旋偶极子型UHF RFID标签纱中天线阻抗与芯片阻抗间共轭匹配的基本要求。本课题首先采用等效阻抗理论,建立天线阻抗的等效简化模型,参数化表征等效模型的阻抗,获得了法向模螺旋偶极子天线的阻抗。为了提高阻抗表达式的准确性,通过引入电抗参数Z,补偿因几何结构形态改变导致的电抗偏差。然后基于共轭匹配理论,即在谐振频率处芯片阻抗和天线阻抗间的共轭匹配关系,建立天线

关键词： RFID标签盘点   多读写器协调   信息推断效率   标签负载   帧截断  

摘要： 射频识别(RFID,Radio Frequency Identification)技术以其实时性、自动化以及准确性等优势广泛应用于众多领域,以实现对附着标签货物的高效盘点。随着全球化的发展与市场的扩张,大批的货物被存放在大型仓库中。由于读写器功率和标签读取距离的限制,通常需要在仓库中部署多个读写器。多读写器场景中,货物的移动会导致读写器的标签负载未知且可变,货物的体积差异会造成读写器的负载不均,并且读写器间可共享已识别标签信息进行协作。这些特点使得实现多读写器高效标签盘点面临巨大的挑战。 论文旨在针对多读写器RFID盘点系统的特点,采用发挥局部盘点性能、优化信息推断效率和缓解系统瓶颈等技术路线,对多读写器RFID盘点方法进行深入研究,以实现多读写器场景下的高效标签盘点。论文作出的主要贡献如下: (1)针对读写器间可协作的特点,论文基于信息推断效率量化协作中可推断的标签数目,建立了量化多读写器协作推断的时间效率模型,优化盘点方法选择和最佳帧长推导。此外,论文提出异步式协作推断策略,令读写器按时隙上传识别标签信息,完成一轮识别后立即利用现有信息和历史响应结果执行推断,避免同步等待消耗。 (2)针对读写器负载未知且可变的特点,论文提出了基于多读写器最佳协调的RFID盘点方法(Optimal Coordinated Multiple Reader-based RFID Stocktaking Approach,OCMRS)。OCMRS在盘点前对各读写器的标签负载进行感知,基于负载情况以及历史响应结果估算局部标签丢失率和信息推断效率,应用量化多读写器协作推断的时间效率模型,优化信息推断效率,增强协作推断效果,降低盘点消耗。 (3)针对标签负载不均衡与标签规模巨大的场景中信息推断滞后的特点,论文对OCMRS进一步优化,使用启发式的方法,根据读写器负载确定瓶颈读写器,针对性地为瓶颈读写器与非瓶颈读写器选择盘点方法,并计算最佳帧长与随机数种子等参数,缓解系统瓶颈。最后,通过帧截断策略减少每一轮识别的时隙数,提前执行信息推断,进一步优化信息推断效率,提高盘点效率。 为了验证论文所提出的盘点方法的高效性与适应性,论文进行了大量的仿真实验,与目前领域前沿的方法进行性能对比,验证各项优化策略对信息推断效率与盘点性能的优化效果。实验结果表明,OCMRS通过各项优化策略可将信息推断效率提升约25.0%。在标签均匀分布下,相比于现有的最佳方法性能提高了至少11.0%。在非均匀的二维高斯分布下,OCMRS基于读写器的标签负载对其执行计划进行协调,达到23.5%以上的性能提升,实现了多读写器场景下的高效RFID盘点。

关键词： Radiofrequency identification   Sensitivity   Impedance   Antennas   Optimal matching   Modulation   Impedance matching   Delta RCS   impedance matching   read range   RFID  

摘要： This paper shows that the classical conjugate impedance matching used in the UHF RFID is not optimal anymore with new chips that have high sensitivity. The optimal matching allowing to maximize the read range of an RFID system (reader and tag) is introduced. The principle relies on finding the optimal trade-off between the power received by the tag and the modulated power backscattered to the reader. This matching depends on both tag and reader parameters. The proposed method is optimal and can be applied to any tag (passive and semi-passive). Compared to classical conjugate impedance matching, we show that this new approach can increase the read range by 22% and 8% in two examples: for a semi-passive tag based on Monza X8-K Dura chip and a passive tag based on Monza R6-P chip, respectively. Finally, a practical guide is proposed for antenna designers to optimize the matching in practical applications.

关键词： 无芯片RFID   土壤湿度传感器   螺旋谐振器   开口互补环谐振器   圆形微带贴片天线   近场耦合  

摘要： RFID(Radio Frequency Identification)技术是一种利用无线电波进行非接触式数据传输和识别的技术。它通常由RFID传感器、RFID阅读器和数据处理系统组成。由于传统RFID传感器需要内置芯片,这使得在面对诸如农业土壤湿度感测等需要大规模部署传感器的应用场景中,传感器本身的高昂价格增加了感测成本。因此,近年来,研究人员开始关注低成本、结构简单的无芯片RFID传感器。本文从传感器的传感原理、结构设计和测量方法入手,研究了不同结构下无芯片RFID土壤湿度传感器的传感性能。论文的主要工作和成果如下: 1)为研究土壤湿度对介电常数的影响,初步设计了一种基于双螺旋谐振器(Dual Spiral Resonator,DSR)的微波传感器。传感器由微带线两侧对称加载两个相同的螺旋谐振器构成。通过研究螺旋谐振器的传输特性,优化了传感器结构并使其工作在1GHz以下。然后通过建模仿真,研究并分析了传感器对土壤湿度传感的性能,仿真结果表明土壤湿度与传感器的谐振频率呈二次多项式关系。此外,在一定带宽内按照土壤湿度的最大频偏程度划分不同的窗口,并通过改变谐振器的结构参数使传感器分别工作在上述的窗口内,可使传感器具备识别功能。最后制作了实物并进行实测,实测结果验证了土壤湿度与介电常数的关系,为后续设计了提供了理论支持。 2)为提高土壤湿度传感器的灵活性和可靠性,设计了一种低成本的无芯片RFID差分传感器,用于无线感测土壤湿度。该传感器主要由三个互补开口环谐振器(Complementary Split Ring Resonator,CSRR)以及两个正交放置的宽带圆形微带贴片天线构成。作为参考谐振器的CSRR一方面用以消除环境条件的影响,提高测量的可靠性,另一方面可作为编码单元与传感单元一起为传感器提供身份识别,提高了编码容量。两个贴片天线用于收发信号,实现无线传感功能。分别研究了采用单、双CSRR结构下该传感器的雷达散射截面,确定了谐振频率不被影响时的最小土壤厚度以及土壤湿度与谐振频率差值之间的线性关系,然后通过实测进一步证实了这种关系。实验结果表明,该传感器在0%-12%的土壤湿度下具有18.2 MHz/%的灵敏度。 3)为提高传感器在实际环境中的可识别能力与抗干扰能力,设计了一种基于近场耦合的无芯片RFID土壤湿度差分传感器。传感系统由传感器和近场探头组成。其中传感器由一条金属迹线连接的两个开口环谐振器(Split Ring Resonator,SRR)构成,近场探头为具有缺陷地的间隙耦合微带线结构,当近场探头靠近传感器时产生传输极点,在实际环境中更易被识别。此外在近场探头的接地层上额外蚀刻两个互补螺旋谐振器(Complementary Spiral Resonator,CSR)作为参考谐振器,两个参考谐振频率差值保持不变可用来验证参考谐振器是否正常工作。由于是近场测量,传感系统本身具有空间身份识别属性,测量土壤湿度时可根据地理位置的不同实现对传感器的识别。分别对传感器和近场探头结构进行了分析与优化,提高了两者之间的耦合强度,使其工作在1 GHz以下。然后对传感器进行了建模仿真,研究并分析了传感器的传感性能,得到土壤湿度与谐振频率差值之间的线性关系。最后通过实测进行验证,结果表明,该传感器在0%-12%的土壤湿度下具有8.345 MHz/%的灵敏度。