本發(fā)明屬于無線傳感，具體涉及一種基于奇異點簡并的apt對稱傳感系統及方法。

背景技術：

1、在標準量子力學中，描述物理系統的哈密頓量一般是厄米的，以保證系統具有實能譜及系統演化的幺正性。bender和boettcher等人的開創(chuàng)性研究引起了人們對非厄米哈密頓量的興趣，bender等人的工作說明了厄米性不是產生實本征譜的必要條件。他們在量子力學的背景下第一次提出了宇稱時間（parity?time，pt）對稱的概念，證明存在一類特殊的非厄米系統，該系統仍保留厄米系統的部分性質，遵從pt?對稱的非厄米哈密頓量仍存在實數的本征值，這開啟了非厄米系統研究的熱潮。

2、隨著對非厄米系統的進一步研究，發(fā)現在pt對稱相和pt對稱破缺相之間存在一個新奇的非厄米奇異點（exceptional?point，ep）。在這個點上，兩個或多個本征態(tài)的特征值及其相應的特征向量合并，這是厄米系統所不具有的。隨著對pt對稱系統研究的深入，人們又提出了具有反宇稱時間（anti-pt，apt）對稱特性的新系統，它呈現出與pt對稱系統對偶的特性，并發(fā)現在apt對稱相和破缺相之間也同樣存在ep。

3、由于pt對稱與apt對稱系統中存在ep，因此在精密傳感領域有重要的應用價值。在厄米系統中，微擾（|ε|<<1）引起的本征頻率的偏移或分裂（δω）最多與微擾ε自身在一個階次上；而在非厄米系統中，在ep附近系統的本征值對施加微擾的響應更加敏感，n個模式合并所對應的?n?階非厄米奇異點（epn）附近的特征值在微小的擾動ε下，本征頻率分裂具有ε1/n的依賴關系，即δω?~?ε1/n。由此可知，當微擾作用相同且足夠小時，與厄米系統相比，非厄米系統的ep附近可以極大地提高對外界微擾的探測靈敏度，為高靈敏度的傳感器設計提供了理論思路。

4、隨著對ep點的深入研究，越來越多的研究者開始探索更高階ep的可能性，發(fā)現了像奇異弧（exceptional?arc，ea）、奇異表面（exceptional?surface，es）和奇異結（exceptional?nexus，ex）等不同維度的奇異結構，發(fā)現多個低階ep簡并可以形成高階ep，這極大促進了對高階ep的研究。

5、然而，雖然在高階奇異點系統的響應大幅度增強，但是受系統噪聲影響和拓撲結構的限制，大部分的研究都只實現了三階奇異點甚至是二階奇異點，如何實現更高階奇異點對電子傳感器的未來發(fā)展至關重要。同時，大多數的高階奇異點都是基于pt對稱來實現的，而通過非線性ex和奇異點簡并實現高階奇異點僅僅局限于在傳感側的電容上施加擾動；此外，現有實現高階奇異點的傳感系統中的不同器件之間有線連接，適用范圍較小。

技術實現思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于奇異點簡并的apt對稱傳感系統及方法。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種基于奇異點簡并的apt對稱傳感系統，其包括讀取器和傳感器；所述讀取器包括電感、電容和負電阻；所述傳感器均包括電感、電容和損耗電阻；所述讀取器的數量為一個；所述傳感器的數量為兩個；所述讀取器的固有諧振頻率ω1與兩個傳感器的固有諧振頻率ω2和ω3之間滿足：；兩個傳感器與讀取器之間的耦合率相等，且兩個傳感器之間的耦合率為零；兩個傳感器的損耗率相等。

3、作為優(yōu)選，將所述的兩個傳感器與讀取器之間的耦合率調節(jié)至等于參考耦合率κ0，參考耦合率κ0滿足；其中，δ為固有頻率差，；兩個傳感器的損耗率等于參考損耗率γ0，；通過設置參考耦合率κ0和固有頻率差δ使不同類型的奇異點簡并，實現了系統頻率分裂與微擾的四分之一次方成正比。

4、作為優(yōu)選，擾動后的工作頻率如下：

5、

6、其中，ω0為中心頻率；εγ為擾動量。

7、作為優(yōu)選，所述的負電阻采用網絡分析儀或阻抗分析儀。

8、作為優(yōu)選，所述讀取器中的電感、電容和負電阻串聯在一起；傳感器中的電感、電容和損耗電阻串聯在一起。

9、作為優(yōu)選，所述的兩個傳感器的電感相等，兩個傳感器的損耗電阻相等。

10、第二方面，本發(fā)明提供了一種基于奇異點簡并的apt對稱傳感方法，其采用上述的apt對稱傳感系統；該傳感方法具體如下：根據被測參數分別在兩個傳感器上施加擾動，對無線傳感系統的工作頻率進行檢測，獲取對應的被測參數。

11、作為優(yōu)選，所述的擾動施加在兩個傳感器中的損耗電阻上。

12、作為優(yōu)選，施加在兩個損耗電阻上的擾動相同。

13、作為優(yōu)選，施加在兩個損耗電阻上的擾動小于零。

14、本發(fā)明具有的有益效果是：

15、1、本發(fā)明通過不同類型的奇異點簡并，相較于厄米系統僅實現系統頻率分裂與擾動成正比、非厄米系統實現二階奇異點以及三階奇異點，本發(fā)明實現了系統頻率分裂與微擾的四分之一次方成正比，這極大地提升了系統的探測靈敏度，使得傳感器能夠在微小的擾動下檢測到顯著的變化，尤其是在需要精確探測微小變化的應用場景中，具有重要的實際意義。

16、2、本發(fā)明通過兩個傳感器和一個讀取器構建傳感系統，與具有兩個增益和一個損耗的無線apt對稱系統相比，本技術不需要兩個增益完全相等，而是僅需要兩個損耗相等即可，這對系統要求更低，利于實現；同時，本發(fā)明通過對奇異點的調控，僅在三階系統中便得到了具有高靈敏度特性的奇異結，與現有實現奇異結的四階系統相比，本發(fā)明減少了諧振器的個數。

17、3、本發(fā)明直接將擾動施加于負載本身，與擾動施加在傳感側電容的傳感系統相比，本發(fā)明能夠更加靈活地應對各種環(huán)境條件，提高了傳感器在不同應用中的適應性和準確性；同時，本發(fā)明采用網絡分析儀或者阻抗分析儀作為負電阻，既能夠充當負電阻也能作為檢測儀器檢測輸入阻抗的虛部過零點，可以有效地檢測出負載隨著環(huán)境的變化情況，這種簡便的操作方式使得實驗過程更加快捷，且能夠檢測到工作過程中的所有特征頻率，確保了測量結果的精確性。

技術特征：

1.一種基于奇異點簡并的apt對稱傳感系統，包括讀取器和傳感器；所述讀取器包括電感、電容和負電阻；所述傳感器均包括電感、電容和損耗電阻；其特征在于：所述讀取器的數量為一個；所述傳感器的數量為兩個；所述讀取器的固有諧振頻率ω1與兩個傳感器的固有諧振頻率ω2和ω3之間滿足：；兩個傳感器與讀取器之間的耦合率相等，且兩個傳感器之間的耦合率為零；兩個傳感器的損耗率相等。

2.根據權利要求1所述的一種基于奇異點簡并的apt對稱傳感系統，其特征在于：所述的兩個傳感器與讀取器之間的耦合率等于參考耦合率κ0，參考耦合率κ0滿足；其中，δ為固有頻率差，；兩個傳感器的損耗率等于參考損耗率γ0，。

3.根據權利要求2所述的一種基于奇異點簡并的apt對稱傳感系統，其特征在于：擾動后的工作頻率如下：

4.根據權利要求1所述的一種基于奇異點簡并的apt對稱傳感系統，其特征在于：所述的負電阻采用網絡分析儀或阻抗分析儀。

5.根據權利要求1所述的一種基于奇異點簡并的apt對稱傳感系統，其特征在于：所述讀取器中的電感、電容和負電阻串聯在一起；傳感器中的電感、電容和損耗電阻串聯在一起。

6.根據權利要求1所述的一種基于奇異點簡并的apt對稱傳感系統，其特征在于：所述的兩個傳感器的電感相等，兩個傳感器的損耗電阻相等。

7.一種基于奇異點簡并的apt對稱傳感方法，其特征在于：采用權利要求1所述的一種基于奇異點簡并的apt對稱傳感系統；該傳感方法具體如下：根據被測參數分別在兩個傳感器上施加擾動，對無線傳感系統的工作頻率進行檢測，獲取對應的被測參數。

8.根據權利要求7所述的一種基于奇異點簡并的apt對稱傳感方法，其特征在于：所述的擾動施加在兩個傳感器中的損耗電阻上。

9.根據權利要求8所述的一種基于奇異點簡并的apt對稱傳感方法，其特征在于：施加在兩個損耗電阻上的擾動相同。

10.根據權利要求8所述的一種基于奇異點簡并的apt對稱傳感方法，其特征在于：施加在兩個損耗電阻上的擾動小于零。

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于奇異點簡并的APT對稱傳感系統及方法，其包括一個讀取器和兩個傳感器；讀取器包括電感、電容和負電阻；傳感器均包括電感、電容和損耗電阻；根據被測參數分別在兩個傳感器上施加擾動，對無線傳感系統的工作頻率進行檢測，獲取對應的被測參數。通過不同類型的奇異點簡并，使系統頻率分裂與微擾的四分之一次方成正比，這極大地提升了系統的探測靈敏度，使得傳感器能夠在微小的擾動下檢測到顯著的變化，尤其是在需要精確探測微小變化的應用場景中，具有重要的實際意義同時，本發(fā)明通過對奇異點的調控，僅在三階系統中便得到了具有高靈敏度特性的奇異結，與現有實現奇異結的四階系統相比，本發(fā)明減少了諧振器的個數。

技術研發(fā)人員：程瑜華,朱紫伊,黃瑞楊,翁若航
受保護的技術使用者：杭州電子科技大學溫州研究院有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/4/28