專利名稱：具有數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸功能的聲波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及傳輸不同信息的電子裝配(assemblies)，這些信息與變量識別和/或選定的物理或環(huán)境條件的測量有關(guān)。更具體地，本(subject)輪胎電子裝配利用提供有射頻(RF)能力的振蕩器電路中的聲波裝置，產(chǎn)生用于轉(zhuǎn)發(fā)(relay)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和所感測的參數(shù)信息的發(fā)射器裝置。
背景技術(shù)：
電子裝置與充氣輪胎結(jié)構(gòu)的結(jié)合產(chǎn)生許多實用的優(yōu)點。輪胎電子裝置可能包括傳感器和其它組件，用于轉(zhuǎn)發(fā)輪胎識別參數(shù)以及用于獲得信息，該信息與輪胎的不同物理參數(shù)，例如溫度、壓力、胎面磨損、輪胎轉(zhuǎn)數(shù)、車輛速度等有關(guān)。這種性能信息在輪胎監(jiān)測和警告系統(tǒng)中可能有用，且甚至可以與反饋系統(tǒng)一起使用，以調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)妮喬?shù)。
然而，通過與輪胎結(jié)構(gòu)成為一體的電子系統(tǒng)所提供的另一種潛在能力對應(yīng)于對商業(yè)車輛應(yīng)用的資產(chǎn)跟蹤和性能特征。商業(yè)車隊、航空飛機和堆土機/采礦車輛都是能夠利用輪胎電子系統(tǒng)和有關(guān)信息傳輸?shù)囊嫣幍目尚械男袠I(yè)。射頻識別(RFID)標(biāo)簽?zāi)苡糜跒榻o定輪胎提供唯一的識別，使得對輪胎的跟蹤能力能夠?qū)崿F(xiàn)。輪胎傳感器能確定車輛中每個輪胎已經(jīng)行駛的距離，并由此支持對于這種商業(yè)系統(tǒng)的維修計劃(maintenance planning)。車輛位置和性能能被優(yōu)化用于更昂貴的應(yīng)用，例如那些與土地采礦(earth mining)設(shè)備有關(guān)的應(yīng)用。
例如聲表面波裝置(SAW)的聲波裝置是一種特殊類型的傳感器或條件響應(yīng)裝置，其進來已經(jīng)令人滿意地用在某些輪胎電子系統(tǒng)中，以確定與輪胎或車輪裝配相關(guān)的多個參數(shù)。由于SAW裝置靈敏、使用非常小的功率并能工作在對無線方式(fashion)中轉(zhuǎn)發(fā)信息較為方便的在RF頻率，所以其具有對于某些傳感器應(yīng)用的所需屬性。SAW裝置可以包括至少一個由布置在壓電基體(substrate)上的叉指式電極(interdigital electrode)組成的諧振器部件。當(dāng)把電輸入信號施加于SAW裝置時，選定的電極使SAW充當(dāng)轉(zhuǎn)換器(transducer)，由此將輸入信號轉(zhuǎn)換成基體中的機械波。SAW中的其它結(jié)構(gòu)反射機械波且產(chǎn)生電輸出信號。這樣，SAW就象機電諧振器那樣起作用。來自SAW裝置的輸出信號的變化，例如頻率、相位和/或輸出信號幅度的變化對應(yīng)于在SAW裝置的傳播路徑中變化的特性。在一些SAW裝置實施例中，所監(jiān)測的裝置頻率及其任何變化提供充分的信息，用于確定例如溫度和SAW裝置受到的應(yīng)變(strain)的參數(shù)。
在與輪胎有關(guān)的應(yīng)用中的SAW裝置的傳統(tǒng)實現(xiàn)中，SAW傳感器只傳輸與被感測參數(shù)有關(guān)的信息。但是，通常期望轉(zhuǎn)發(fā)與輪胎和/或車輪環(huán)境有關(guān)的多種其它信息，包括但不限于車輛速度、輪胎轉(zhuǎn)數(shù)、輪胎偏轉(zhuǎn)量、輪胎識別信息等。當(dāng)已經(jīng)開發(fā)出例如輪胎電子系統(tǒng)中的SAW傳感器的聲波裝置的多種實現(xiàn)時，且已經(jīng)使用傳統(tǒng)技術(shù)從輪胎或車輪裝配中對多種信息組合進行無線轉(zhuǎn)發(fā)時，還沒有出現(xiàn)這種設(shè)計，即，通常包括根據(jù)本技術(shù)如下文所述的全部所需特征。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到在現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)且由本發(fā)明所陳述的識別的(recognized)特征，已經(jīng)開發(fā)出與輪胎結(jié)構(gòu)成為一體的改進的電子裝配。這樣的電子裝配包括聲波裝置，其被連接為振蕩器/放大器中的反饋部件，且被進一步耦接到天線部件，由此形成有源發(fā)射器結(jié)構(gòu)。RF載頻或由發(fā)射器產(chǎn)生的頻率由聲波裝置傳感器確定，并因此，傳輸?shù)纳漕l信號中的單一頻率或多個頻率表示感測的參數(shù)。同時，傳輸?shù)男盘柗扔蛇B接到振蕩放大器的獨立電路進行控制。在最簡單的實施例中，傳輸?shù)男盘栆员晦D(zhuǎn)換成定時序列(timed sequence)中的開(on)和關(guān)(off)，但是也可能使用其它的幅度調(diào)制方法。該方法的優(yōu)點是電路簡單且節(jié)約功率。通過傳輸?shù)腞F頻率對感測的參數(shù)信息進行轉(zhuǎn)換，而不需要輪胎中的電路來測量感測的參數(shù)、將它們轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式以及將它們編碼成傳輸?shù)臄?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流。該方法通過傳輸信號的幅度調(diào)制，提供對于無論復(fù)雜或簡單的任何其他所需信息的傳輸。這種電路結(jié)構(gòu)提供用于從集成的輪胎電子設(shè)備到遠程接收器位置有源傳輸信息組合(combination of information)的能力。信息組合對應(yīng)于由聲波裝置感測的物理參數(shù)和通過選擇性地把放大器轉(zhuǎn)換為開和關(guān)而在由聲波裝置發(fā)射的射頻信號上疊加的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
本發(fā)明的一些示例性實施例的優(yōu)點在于，能通過所公開的電子裝配傳輸?shù)男畔㈩愋途哂卸喙δ苄?。這種信息可能包括與參數(shù)，例如與輪胎或車輪裝配有關(guān)的溫度和壓力有關(guān)的感測信息。其它信息可能包括唯一的標(biāo)簽識別、行駛的距離、輪胎轉(zhuǎn)數(shù)、車輛速度、胎面磨損量、輪胎偏轉(zhuǎn)量、作用在輪胎上的靜態(tài)和/或動態(tài)力的數(shù)量等的選定組合。這么多不同類型的信息都是可能的，因為微控制器能被配置成把任何所需數(shù)據(jù)類型調(diào)制到來自本電子裝配的射頻輸出信號上。
本發(fā)明的一些示例性實施例的另一優(yōu)點是提供一種能夠傳輸信息而不需要外部電源的有源工作的電子裝配。根據(jù)這種有源工作，聲波傳感器設(shè)置有近端裝置，例如為選定的電子組件供電和激勵(energizing)傳感器、使其能向遠程接收器位置有源傳輸?shù)碾姵?、壓電產(chǎn)生器或其它集成電源。這消除了對在相應(yīng)的詢問器(interrogator)中的發(fā)射器電子裝置的需要，從而大大降低用于這種數(shù)據(jù)獲取電子裝置的功率需求。
進一步根據(jù)本發(fā)明的選擇實施例，還有另一優(yōu)點對應(yīng)于這一事實，即，用于激勵條件響應(yīng)裝置的電磁源緊鄰這種裝置。因此，需要把由收發(fā)機詢問(interrogation)方法發(fā)射的能量的一部分提供給條件響應(yīng)裝置?？蛇x地，能夠把與收發(fā)機詢問方法相同量的能量提供給條件響應(yīng)裝置，由此產(chǎn)生具有更高功率電平的輸出信號，實現(xiàn)對遠程數(shù)據(jù)接收器而言更大的讀取距離。
對于本發(fā)明的選擇實施例而言的另一優(yōu)點是為SAW傳感器提供這種能力，即，通過射頻鏈接，以相對低的成本、相對好的信噪比并使用最小的功率和最低的復(fù)雜度把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)礁浇邮掌鞯哪芰?。更進一步關(guān)注最小化的系統(tǒng)復(fù)雜度，值得注意的是，單一增益塊(gain block)能被用于以多于一個(例如，三個不同)的諧振頻率影響同時的(simultaneous)振蕩。
在本發(fā)明的示例性實施例中，具有集成電子組件的輪胎裝配包括輪胎結(jié)構(gòu)、條件響應(yīng)裝置、天線、增益電路和控制部件。條件響應(yīng)裝置優(yōu)選配置為感測與輪胎結(jié)構(gòu)有關(guān)的至少一個物理參數(shù)，例如但不限于溫度和壓力。條件響應(yīng)裝置作為用于增益電路的反饋部件被提供，以形成諧振器電路，該諧振器電路能夠在對應(yīng)于條件響應(yīng)裝置中的諧振器部件的各諧振頻率的多個頻率處同時振蕩。還可以把天線連接到條件響應(yīng)裝置，用于傳輸射頻輸出信號?？刂撇考慌渲贸赏ㄟ^選擇性地控制增益電路的工作而把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制到射頻輸出信號上。在一些實施例中，還可能出現(xiàn)用于把電源提供給電子裝配的部件的內(nèi)部電源產(chǎn)生裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，具有集成電子組件的輪胎裝配包括輪胎結(jié)構(gòu)、條件響應(yīng)裝置、天線、第一和第二放大器和控制部件。條件響應(yīng)裝置優(yōu)選配置為感測與輪胎結(jié)構(gòu)有關(guān)的至少一個物理參數(shù)，例如但不限于溫度和壓力。條件響應(yīng)裝置作為用于放大器之一的反饋部件而被提供，以形成諧振器電路，該諧振器電路能夠在對應(yīng)于條件響應(yīng)裝置中的諧振器部件的各諧振頻率的多個頻率處同時振蕩。第二放大器配置為獨立的緩沖放大器，用于驅(qū)動天線。使用獨立的放大器電路在控制電子裝配的振蕩器部分的阻抗以及控制饋給天線的信號的屬性(nature)方面具有優(yōu)勢。這種示例性電子裝配可能還包括用于優(yōu)化天線傳輸能力的匹配網(wǎng)絡(luò)。
由此處的詳細說明書，本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點得到陳述，并且將被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解。同時，應(yīng)該進一步理解的是，對于具體例示的、參考的和討論的特征和部件的修改和變化可以不背離本發(fā)明的精神和范圍而在本發(fā)明的多個實施例和使用中進行實踐。變化可能包括但不限于代替為對于那些例示的、參考的或討論的而言等價的裝置、特征或步驟，以及不同部分、特征、步驟或類似物的功能的、操作的或位置的顛倒。
仍進一步，應(yīng)理解本發(fā)明的不同的實施例和不同的當(dāng)前優(yōu)選實施例可以包括本公開的特征、步驟或部件或它們的等價物(包括在附圖中未明確示出或這種附圖的詳細說明中未明確陳述的特征、部分或步驟或配置的組合)的多種組合或配置。不必在概述部分進行陳述的本發(fā)明的其他實施例可以包括和并入上述概述中所提到的特征、組件或步驟方面的不同組合，和/或在本申請中所討論的其它特征、組件或步驟。本領(lǐng)域的普通的技術(shù)人員通過閱讀說明書的剩余部分，能更好地理解這些實施例的特征和情況以及其它。


包括提供給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的最佳模式的本發(fā)明的全部和允許的公開在說明書中得到陳述，其需要參考附圖，其中 圖1A是具有與遠程數(shù)據(jù)獲取模塊進行無源通信的多個條件響應(yīng)裝置的現(xiàn)有示例性輪胎監(jiān)測系統(tǒng)實施例的方框圖； 圖1B是具有根據(jù)本發(fā)明與遠程數(shù)據(jù)獲取模塊進行有源通信的多個條件響應(yīng)裝置的示例性輪胎監(jiān)測系統(tǒng)實施例的方框圖； 圖2和3分別是具有根據(jù)本發(fā)明配置為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)射器的條件響應(yīng)裝置的示例性電子裝配實施例的示意圖；以及 圖4和5示例性地分別提供由根據(jù)本發(fā)明的實施例的電子裝配所傳輸?shù)恼{(diào)制的數(shù)據(jù)信號的圖形。
貫穿本說明書和附圖重復(fù)使用的附圖標(biāo)記希望用于表示本發(fā)明的相同或相似的特征和元素。
具體實施例方式如本發(fā)明的說明書中所述，本發(fā)明具體涉及監(jiān)測和轉(zhuǎn)發(fā)多種信息的輪胎電子裝配，所述多種信息涉及輪胎識別和/或與輪胎或車輪裝配有關(guān)的選定物理條件的測量。本發(fā)明的示例性電子裝配實施例分別在圖2和圖3中示出，這種裝配的工作情況示出于圖4和圖5。
所公開技術(shù)情況的選定組合對應(yīng)于本發(fā)明的多個不同實施例。應(yīng)當(dāng)指出，這里給出和討論的各示例性實施例不應(yīng)暗示限制本發(fā)明。作為一個實施例的部分所例示或描述的特征和步驟可用于與另一個實施例的情況相組合，以產(chǎn)生其他實施例。另外，某些特征可與未明確提及、但執(zhí)行相同或相似功能的相似裝置或特征進行互換。
現(xiàn)在將詳細參考本輪胎電子裝配的當(dāng)前優(yōu)選實施例?，F(xiàn)在參考附圖，圖1A例示具有有源工作的電子裝配的現(xiàn)有輪胎監(jiān)測系統(tǒng)的情況，每個電子裝配包括條件響應(yīng)裝置，例如聲波傳感器。輪胎結(jié)構(gòu)10a和10b可以分別并入條件響應(yīng)裝置12a和12b，以監(jiān)測不同的物理參數(shù)，例如在輪胎或相關(guān)車輪裝配內(nèi)的溫度或壓力。這種條件響應(yīng)裝置可能包括至少一個諧振器型傳感器，例如聲表面波(SAW)諧振器或體聲波(BAW)諧振器。應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本技術(shù)，條件響應(yīng)裝置能對應(yīng)于這些特定類型的傳感器，或任何商業(yè)可用的聲波傳感器，或在適當(dāng)?shù)膯我活l率或多個頻率處諧振的其它類型傳感器。具有圖1A的各條件響應(yīng)裝置12a和12b的有源工作的裝配被遠程源激勵。因此，數(shù)據(jù)獲取收發(fā)器14通常設(shè)置有發(fā)射機和接收機電子裝置兩者，以與條件響應(yīng)裝置12a和12b進行通信。從收發(fā)機14傳輸?shù)捷喬?0a和10b中的電子裝配的RF脈沖激勵SAW裝置，SAW裝置接著存儲該能量的一部分，并在每個激勵RF脈沖結(jié)束時將信號回傳到收發(fā)器。
現(xiàn)仍參考圖1A，收發(fā)機14傳輸詢問信號，其希望用于以給定條件響應(yīng)裝置12a的固有振蕩頻率(諧振頻率)激勵給定條件響應(yīng)裝置12a，使得在激勵脈沖之后，條件響應(yīng)裝置12a中的各諧振器部件發(fā)射在激勵期間存儲的能量。該發(fā)射能量的峰值水平發(fā)生在條件響應(yīng)裝置12a中的諧振器部件的各諧振頻率處。這種信號接著被收發(fā)機14接收。通過監(jiān)測從條件響應(yīng)裝置12a回傳的信號的頻率變化，能夠確定對應(yīng)于結(jié)構(gòu)10a內(nèi)的預(yù)選條件的信息。
根據(jù)本發(fā)明的情況，除了僅由條件響應(yīng)裝置自身感測的參數(shù)之外，還把轉(zhuǎn)發(fā)信息提供給電子裝配。現(xiàn)在參考圖2，其例示了用于監(jiān)測輪胎結(jié)構(gòu)或?qū)?yīng)車輪裝配內(nèi)的預(yù)定條件的第一電子裝配實施例18。電子裝配18可以與多種形式的輪胎結(jié)構(gòu)相組合而提供。例如，可把電子裝配18連接到輪胎結(jié)構(gòu)內(nèi)部或與車輪裝配有關(guān)的一些其它位置?？蛇x地，可以把電子裝配18嵌入輪胎結(jié)構(gòu)體中。而且，電子裝配18可以被包在具有適當(dāng)壓電特性的彈性材料內(nèi)，然后，可把該彈性材料粘附到或嵌入輪胎結(jié)構(gòu)中。電子裝配還可以以多種方式進行包裝并可連接到車輪裝配、閥桿或允許充分準(zhǔn)確測量例如與輪胎有關(guān)的溫度和壓力的環(huán)境條件的任何其它位置中。根據(jù)對于電子裝配18的多種可能位置，根據(jù)本發(fā)明將能夠理解，希望與輪胎結(jié)構(gòu)或車輪裝配“成為一體”的電子裝配包括所有的這種可能位置和如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知范圍內(nèi)的其它位置。
電子裝配18優(yōu)選包括諸如基于聲波技術(shù)的傳感器的條件響應(yīng)裝置22，其能夠感測與給定輪胎條件，例如溫度和壓力有關(guān)的不同信息。對于在根據(jù)本發(fā)明的實施例所使用的條件響應(yīng)裝置的特定例子是SAW裝置，如由TRANSENSE TECHNOLOGIES PLC所開發(fā)的SAW裝置。這種SAW裝置的具體情況在公布的美國專利申請No.10/057,460中被公開，其全部內(nèi)容并入作為參考。這種SAW裝置包括至少三個諧振器部件，每個工作于不同的諧振頻率。對于環(huán)境條件的給定組合可被同時發(fā)射的三個不同諧振頻率的一個具體實施例是433.28MHz，433.83MHz和434.26MHz。每個諧振略微移動，以響應(yīng)所感測的一個或多個參數(shù)。組合中的三個諧振器部件形成條件響應(yīng)裝置，其提供充分的信息以確定輪胎中溫度和壓力水平兩者。對于這種多個諧振器部件的諧振頻率優(yōu)選設(shè)計為使得相鄰諧振頻率之差總是大于輪胎內(nèi)任何壓力或溫度條件下的諧振器帶寬。
條件響應(yīng)裝置22可配置為單一端口裝置，其具有對于單一端口的二個或更多個物理連接點24a和24b。增益電路28通過這種電連接24a和24b被連接到條件響應(yīng)裝置的輸入端，電連接24a和24b可通過多種方法進行處理制作。例如，可以把來自增益電路28的導(dǎo)線焊接到條件響應(yīng)裝置22上的各個焊點，或可把它們釘入裝置的連接點或釘在裝置的連接點上，或使用如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知范圍內(nèi)的夾子、螺絲釘、導(dǎo)電粘合劑或其它方式進行連接。
條件響應(yīng)裝置22和增益電路28的組合形成振蕩器電路。條件響應(yīng)裝置22形成對于振蕩器的工作所必需的反饋部件。把增益電路配置為提供足夠的放大量，使得整體環(huán)增益大于或等于1，由此保證正反饋和有效的振蕩器工作。增益電路還被設(shè)計為使得通過增益電路28和條件響應(yīng)裝置22的總相移是三百六十(360)度的整數(shù)倍，由此使條件響應(yīng)裝置22中的各諧振器部件同時振蕩?？梢园言鲆骐娐?8設(shè)計為具有不同的電路結(jié)構(gòu)，且由單一放大器部件(例如運算放大器、場效應(yīng)晶體管(FET)、雙極型結(jié)型晶體管(BJT)或其它類型的晶體管)或由集成電路來提供，這種集成電路的例子有包括放大器部件與其它有源和/或無源組件的可選組合的集成電路，其中有源和/或無源組件例如但不限于是電阻、電感器、二極管、電容器、晶體管和對于有效振蕩所需的用于執(zhí)行正反饋和適當(dāng)相移的組合的其他元素。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的那樣，對于由增益電路28和條件響應(yīng)裝置22實施的振蕩器的另一種示例性配置是考畢茲(Colpitts)振蕩器。
天線還被連接到條件響應(yīng)裝置22的輸入端，以便于對其輸出信號的傳輸。通過把由條件響應(yīng)裝置22和增益電路28形成的振蕩器耦接到天線而形成發(fā)射器。例如，兩個天線26a和26b可以被組合提供，以用作條件響應(yīng)裝置22的雙極天線。天線26a和26b可以分別具有直的或彎曲的結(jié)構(gòu)，以及對于所需發(fā)射性能而言最優(yōu)化的長度。應(yīng)該理解，根據(jù)的本發(fā)明，利用其它天線配置，例如單極天線、環(huán)型天線、螺旋天線或本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的范圍內(nèi)的其他天線，都在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
仍參考圖2，也可把控制部件30連接到增益電路28，以提供一種用于選擇性地把振蕩器轉(zhuǎn)換為開和關(guān)的方法，由此把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流疊加在由天線部件26a和26b所實施的天線所發(fā)射的RF信號上。通過選擇性地控制對于增益電路28的負(fù)載功率(operating power)，在條件響應(yīng)裝置22處對數(shù)據(jù)得到有效調(diào)制。提供這種ON/OFF調(diào)制的控制部件30可以對應(yīng)于具有可選的不同程度的功能性的微控制器。具體信息可以存儲在與微控制器有關(guān)的車載(onboard)存儲器中，并且可以把表示這種具體信息的輸出信號耦接到增益電路28的輸入端，以把該具體數(shù)據(jù)調(diào)制到由條件響應(yīng)裝置22發(fā)射的RF信號上。在本發(fā)明的其它實施例中，控制部件30可以對應(yīng)于射頻識別(RFID)芯片。RFID芯片通常包括它們自己的微控制器，該微控制器能夠選擇性地控制在控制部件30和增益電路28之間的連接。RFID微控制器的特征可以在于受限的功能性，并且由此在這種實例中提供的附加控制部件在本發(fā)明實施例的精神和范圍內(nèi)。
現(xiàn)在，數(shù)據(jù)如何根據(jù)本電子裝配而被調(diào)制和傳輸在圖4和5中被示出。例如，參考圖4，把來自控制部件30的電源提供給增益電路28(由此使振蕩器為“ON”)可以對應(yīng)于傳輸二進制“1”，而不把來自控制部件30的電源提供給增益電路28(由此使振蕩器為“OFF”)可以應(yīng)于傳輸二進制“0”，表示由條件響應(yīng)裝置22通過天線26a和26b傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的簡單的幅移鍵控(ASK)調(diào)制。在信號38上的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的ON/OFF調(diào)制能夠?qū)?yīng)于多種信息，例如表示與給定的輪胎裝配有關(guān)的參數(shù)，例如胎面磨損、轉(zhuǎn)數(shù)、車輛速度、側(cè)面(sidewall)偏轉(zhuǎn)水平等。如果控制部件30是RFID應(yīng)答機(transponder)，則數(shù)據(jù)調(diào)制能被控制為傳輸對應(yīng)于有關(guān)輪胎裝配的唯一識別變量。RFID標(biāo)簽在資產(chǎn)跟蹤和其它輪胎監(jiān)測應(yīng)用中被證明是有用的。通過存儲在與更多功能的微控制器有關(guān)的存儲器中，通常通過RFID應(yīng)答機傳送的唯一識別變量可以是可選的。以這種方式，也可以把除了RFID標(biāo)簽以外的其它信息調(diào)制到信號38上。
如上所述，本發(fā)明的優(yōu)點是根據(jù)所公開的電子裝配對信息的組合進行傳輸。從例示的電子裝配18發(fā)射的數(shù)據(jù)信號載有兩個獨立的信息流。第一信息流是通過ON/OFF調(diào)制所產(chǎn)生的數(shù)字信息，所述調(diào)制由從控制部件30到增益電路28的耦合來提供。第二信息流由條件響應(yīng)裝置22的諧振頻率確定(其根據(jù)所感測的物理參數(shù))。
如前所述，在一些示例性實施例中，條件響應(yīng)裝置22包括多個諧振器部件，每個諧振器部件被配置為工作于略微不同的諧振頻率處。例如，具有在433.28MHz，433.83MHz和434.26MHz上或附近處諧振的三個振蕩部件的SAW傳感器。圖5提供對于這種SAW傳感器而言，當(dāng)其根據(jù)本公開技術(shù)的示例性實施例被配置為傳輸?shù)恼袷幤鲿r，輸出頻率對時間的示例性圖形。利用三個諧振部件，所發(fā)射的信號輸出將分別包括三個獨立的頻率40，42和44。參考圖5，振蕩器在時間t0和t1、t2和t3、t4和t5、t6和t8之間以及t10和t11之間處于“on”(由此把二進制“1”調(diào)制在所發(fā)送的輸出上)。相比較，振蕩器在時間t1和t2、t3和t4、t5和t6之間以及t8和t10之間處于“off”(由此把二進制“0”調(diào)制在所發(fā)送的輸出上)。能夠?qū)λ鶄鬏數(shù)男盘柗冗M行分析，以確定在輸出上調(diào)制的是什么信息。在圖5中所示的在時間t0和t11之間調(diào)制在輸出上的示例性數(shù)據(jù)模式對應(yīng)于數(shù)字流“10101011001”。
根據(jù)本發(fā)明關(guān)于數(shù)據(jù)調(diào)制要注意的一個情況是用于數(shù)據(jù)調(diào)制的所需位率。因為SAW諧振器通常有很高的Q值，所以重要的是位率要足夠低，以允許在“OFF”期間振蕩的充分衰減，使得接收電路能夠區(qū)分“ON”和“OFF”數(shù)據(jù)位。例如，假設(shè)SAW傳感器中的振蕩部件具有的振蕩頻率為433.28MHz。如果SAW裝置在該諧振頻率處共鳴(rings)100個周期(這意味著在去除提供給放大器的電源后，SAW裝置仍將發(fā)射100個周期的能量)，則從tn-1到tn(例如，時間消逝(elapse)46)的時間應(yīng)該充分大于0.25微秒。
現(xiàn)仍參考圖5，能夠由圖5中表示的示例性輸出所決定的信息的其它部分與來自SAW裝置的感測參數(shù)有關(guān)。SAW裝置中的各諧振器部件將在略微不同的頻率處諧振，且那些頻率的每一個都將根據(jù)傳感器正在監(jiān)測的物理條件的狀態(tài)而略微變化。通過監(jiān)測這些不同諧振頻率的值，涉及與輪胎有關(guān)的溫度、壓力或其它條件的信息能被添加(interpolated)。例如，在具有三個獨立諧振器部件的一個示例性SAW傳感器實施例中，能夠添加一個諧振頻率，以表示給定壓力值，而溫度值能夠由另外兩個諧振頻率的差(differential)進行描述。
再參考圖2，可選擇的是電子裝配18配置為有源裝配，由此電源32還可設(shè)置為供電給裝配18的選定部件，例如增益電路28和控制部件30。在一些實施例中，電源34可以是電池，例如但不限于可充電電池。在其它的實施例中，電源34可以是例如包括壓電部件的內(nèi)部電源產(chǎn)生裝置，所述壓電部件配置為將輪胎旋轉(zhuǎn)的機械能轉(zhuǎn)換為可以存儲在其中的電能。本發(fā)明所使用的電源產(chǎn)生裝置的一個例子在目前尚在審理中的美國專利申請No.10/143,535，名稱為“System and Methodfor Generating Electric Power from a Rotating Tire′s Mechanical EnergyUsing Piezoelectric Fiber Composites，”中公開，其全部內(nèi)容并入作為參考。在電源32未提供為電子裝配18的集成組件的其它應(yīng)用中，可以把電源從車輪槽(well)耦合至輪胎中的電子裝配，或選擇性地使用整流的RF電源。應(yīng)當(dāng)理解，可以使用任何類型的具體電源，同時仍保持在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
在某些應(yīng)用中，通過使電子裝配18做為與無源系統(tǒng)相對的有源系統(tǒng)進行工作可能具有優(yōu)點，無源系統(tǒng)對從遠程收發(fā)機發(fā)射的能源進行反射，如圖1A所示。將來自遠程收發(fā)機的信號提供給聲波裝置通常需要復(fù)雜的集成電路，因為詢問器必須包括用于將信號傳輸?shù)铰暡ㄑb置以及從聲波裝置接收信號的電子裝置。由遠程接收器的詢問通常產(chǎn)生高水平的電磁發(fā)射，這是因為所傳輸?shù)男盘栐诘竭_和激勵聲波裝置之前，其通常必須具有的特征在于功率水平足夠高，以傳播通過輪胎或車輪裝配。如此高水平的電磁發(fā)射對應(yīng)于對于某些應(yīng)用而言信號傳輸?shù)南鄬Φ托市问?，而可以提供在其它附近的無線通信系統(tǒng)中潛在的干擾源。通過使本電子裝配18能將來自各輪胎結(jié)構(gòu)的感測信息有源地傳輸?shù)綌?shù)據(jù)獲取接收器，消除了對數(shù)據(jù)獲取裝置處的發(fā)射器電子裝置的需求。此外，還消除了傳輸來自詢問器的高功率激勵信號的需求(如圖1A所示)。
根據(jù)本發(fā)明的一些示例性實施例的有源組件工作情況例示在圖1B中。輪胎結(jié)構(gòu)16a和16b可以分別裝備有獨立的電子裝配18a和18b，其利用內(nèi)部電源產(chǎn)生特征產(chǎn)生有源傳輸?shù)碾娮友b配。通過使電子裝配18a和18b能將來自獨立輪胎結(jié)構(gòu)16a和16b的感測信息和調(diào)制數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)獲取接收器20，消除了對數(shù)據(jù)獲取裝置處的發(fā)射器電子裝置的需求。此外，還消除了從詢問器傳輸高功率激勵信號(如圖1A所示)的需求。通過選擇性地控制各獨立電子裝配18a和18b何時將信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)獲取接收器20，大大降低了來自工作在相同激勵域中的多個裝置的碰撞的數(shù)據(jù)傳輸?shù)目赡苄浴１景l(fā)明的其它實施例可能不必要產(chǎn)生如圖1A所示的用于有源工作的內(nèi)部電源，但是仍使用數(shù)據(jù)調(diào)制功能與條件響應(yīng)裝置相結(jié)合。
現(xiàn)在參考圖3，其例示了本發(fā)明的另一個示例性電子裝配實施例18。圖3的實施例的元素與圖2的類似，且因此相同的附圖標(biāo)記用于表示這種實例。圖3的電子裝配實施例18包括與圖2的實施例相似的振蕩器結(jié)構(gòu)，而第二增益電路34配置為獨立的緩沖放大器，以驅(qū)動由天線部件26a和26b所實施的天線。使用獨立的增益電路34在控制電子裝配18的振蕩器部分的阻抗方面以及控制饋給天險26a、26b的信號的屬性方面是有利的。根據(jù)本實施例的電路還減少信息傳輸率上的限制。增益電路34可以實施為運算放大器，場效應(yīng)晶體管(FET)，雙極型結(jié)型晶體管(BJT)或其它類型的晶體管，或?qū)嵤榧呻娐?，例如包括與其它有源和/或無源組件可選地相組合的放大器部件的集成電路，其中有源和/或無源組件例如但不限于電阻、電感器、二極管、電容器、晶體管和其它組件。圖3的電子裝配18還可以包括匹配網(wǎng)絡(luò)，用于優(yōu)化天線部件26a和26b的傳輸能力。匹配網(wǎng)絡(luò)36可以包括有源和/或無源組件的可選組合，例如但不限于電阻、電感器、二極管、電容器、晶體管和其它組件。
盡管本發(fā)明已經(jīng)對其中特定實施例進行了詳細描述，但是可以理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在取得上述的理解的基礎(chǔ)上，可以容易地對這些實施例進行變更、改變或產(chǎn)生等價體。因此，本公開的范圍是示例性的而不是限制性的，且本公開不排除對本領(lǐng)域的一名普通技術(shù)人員而言顯而易見的這種修改、變化和/或附加。
權(quán)利要求
1.一種用于轉(zhuǎn)發(fā)與輪胎或車輪裝配有關(guān)的數(shù)據(jù)的電子裝配，所述電子裝配包括增益電路，其特征在于至少一個輸入和至少一個輸出；條件響應(yīng)裝置，其被配置為感測與其周圍環(huán)境有關(guān)的信息，其中，所述條件響應(yīng)裝置被連接為在所述增益電路的至少一個輸入和至少一個輸入之間的反饋部件，使得所述增益電路和所述條件響應(yīng)裝置形成工作在與條件響應(yīng)裝置有關(guān)的一個或多個頻率處的振蕩器電路；天線，其被耦接到所述振蕩器電路，以便于由此傳輸RF輸出信號；控制部件，其被耦接到所述振蕩器電路，且被配置為選擇性地控制所述增益電路的工作，由此把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制到從所述振蕩器電路傳輸?shù)腞F輸出信號上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子裝配，其中，所述增益電路包括運算放大器或晶體管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子裝配，其進一步包括用于把電源提供給所述控制部件和所述增益電路的電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子裝配，其中，所述電源包括電池或壓電產(chǎn)生器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子裝配，其中，所述條件響應(yīng)裝置包括聲波傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子裝配，其中，所述條件響應(yīng)裝置包括具有在各自諧振頻率處諧振的至少三個諧振器部件的聲表面波SAW裝置，且其中，至少三個諧振器部件的各自振蕩頻率共同提供充分的信息，以確定所述周圍環(huán)境的溫度和壓力水平。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子裝配，其中，所述振蕩器電路的一個或多個工作頻率處于從大約400MHz到大約500MHz的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子裝配，其中，所述控制部件包括微處理器或射頻識別RFID應(yīng)答機。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子裝配，其中，調(diào)制在從所述振蕩器電路傳輸?shù)腞F輸出信號上的所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)對應(yīng)于唯一的識別標(biāo)簽。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子裝配，其中，由所述控制部件產(chǎn)生的用于數(shù)據(jù)調(diào)制的位率大于約0.25微秒。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子裝配，其中，所述天線包括配置成作為雙極天線工作的第一和第二天線部件。
12.一種用于轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和感測的參數(shù)信息的發(fā)射器裝置，所述發(fā)射器裝置包括第一放大器，其特征在于至少一個輸入和至少一個輸出；條件響應(yīng)裝置，其被配置為感測與至少一個物理參數(shù)有關(guān)的信息，其中，所述條件響應(yīng)裝置被連接為所述第一放大器的至少一個輸入和至少一個輸入之間的反饋部件；第二放大器，其特征在于至少一個輸入和至少一個輸出，其中，所述第一放大器的至少一個輸出被耦接到所述第二放大器的至少一個輸入；天線，其被耦接到所述第二放大器的至少一個輸出，以便于在一個或多個工作頻率處傳輸RF輸出信號；以及控制部件，其被耦接到選擇的所述第一和第二放大器；其中，所述RF輸出信號的一個或多個工作頻率提供與由所述條件響應(yīng)裝置感測的至少一個物理參數(shù)有關(guān)的信息，且其中，所述RF輸出信號的幅度轉(zhuǎn)發(fā)由所述控制部件選擇性調(diào)制的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)射器裝置，其進一步包括用于把電源提供給所述控制部件、所述第一放大器和所述第二放大器的電源。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)射器裝置，其中，所述電源包括電池或壓電產(chǎn)生器。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)射器裝置，其進一步包括連接在所述第二放大器和所述天線之間的匹配網(wǎng)絡(luò)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)射器裝置，其中，所述條件響應(yīng)裝置包括聲波傳感器。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)射器裝置，其中，所述條件響應(yīng)裝置包括具有在各自振蕩頻率處振蕩的至少三個諧振器部件的聲表面波SAW裝置，且其中至少三個諧振器部件的各自諧振頻率共同提供充分的信息，以確定所述周圍環(huán)境的溫度和壓力水平。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)射器裝置，其中，所述RF輸出信號的一個或多個工作頻率處于從大約400MHz到大約500MHz的范圍內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)射器裝置，其中，所述控制部件包括微處理器或射頻識別RFID應(yīng)答機。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)射器裝置，其中，由所述控制部件調(diào)制在RF輸出信號上的所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)對應(yīng)于唯一的識別標(biāo)簽。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)射器裝置，其中，由所述控制部件產(chǎn)生的用于數(shù)據(jù)調(diào)制的位率大于約0.25微秒。
22.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)射器裝置，其中，所述天線包括配置成作為雙極天線工作的第一和第二天線部件。
23.一種具有集成電子組件的輪胎裝配，其包括輪胎結(jié)構(gòu)；電子裝配，其與所述輪胎結(jié)構(gòu)成為一體，且被配置為轉(zhuǎn)發(fā)與所述輪胎結(jié)構(gòu)有關(guān)的數(shù)據(jù)，所述電子裝配包括第一放大器，其特征在于至少一個輸入和至少一個輸出；條件響應(yīng)裝置，其被配置為感測與所述輪胎結(jié)構(gòu)相關(guān)的至少一個物理參數(shù)有關(guān)的信息，其中，所述條件響應(yīng)裝置被連接為在所述第一放大器的至少一個輸入和至少一個輸出之間的反饋部件，使得所述第一放大器和所述條件響應(yīng)裝置形成振蕩器電路；天線，其被耦接到所述振蕩器電路，以便于在一個或多個工作頻率處傳輸RF輸出信號，以及控制部件，其被耦接到所述振蕩器電路；其中，所述RF輸出信號的一個或多個工作頻率提供與由所述條件響應(yīng)裝置感測的至少一個物理參數(shù)有關(guān)的信息，且其中，所述RF輸出信號的幅度轉(zhuǎn)發(fā)由所述控制部件選擇性調(diào)制的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的輪胎裝配，其中，所述電子裝配進一步包括第二放大器，其特征在于至少一個輸入和至少一個輸出，其中，所述第一放大器的至少一個輸出被耦接到所述第二放大器的至少一個輸入。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的輪胎裝配，其進一步包括用于把電源提供給所述控制部件和所述第一放大器的電源。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的輪胎裝配，其中，所述電源包括電池或壓電產(chǎn)生器。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的輪胎裝配，其進一步包括被耦接到所述天線的匹配網(wǎng)絡(luò)，用于優(yōu)化所述天線的傳輸能力。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的輪胎裝配，其中，所述條件響應(yīng)裝置包括聲波傳感器。
29.根據(jù)權(quán)利要求23所述的輪胎裝配，其中，所述條件響應(yīng)裝置包括具有在各自振蕩頻率處振蕩的至少三個諧振器部件的聲表面波SAW裝置，且其中，至少三個諧振器部件的各自振蕩頻率共同提供充分的信息，以確定所述周圍環(huán)境的溫度和壓力水平。
30.根據(jù)權(quán)利要求23所述的輪胎裝配，其中，所述RF輸出信號的一個或多個工作頻率處于從大約400 MHz到大約500MHz的范圍內(nèi)。
31.根據(jù)權(quán)利要求23所述的輪胎裝配，其中，所述控制部件包括微處理器或射頻識別RFID應(yīng)答機。
32.根據(jù)權(quán)利要求23所述的輪胎裝配，其中，由所述控制部件調(diào)制到RF輸出信號上的所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)對應(yīng)于一個或多個唯一的確認(rèn)標(biāo)簽、輪胎旋轉(zhuǎn)信息、車輛速度信息、輪胎偏轉(zhuǎn)信息、胎面磨損信息、行使距離，或作用在輪胎上的靜態(tài)或動態(tài)力的數(shù)量。
33.根據(jù)權(quán)利要求23所述的輪胎裝配，其中，由所述控制部件產(chǎn)生的用于數(shù)據(jù)調(diào)制的位率大于約0.25微秒。
34.根據(jù)權(quán)利要求23所述的輪胎裝配，其中，所述天線包括配置成作為雙極性天線工作的第一和第二天線部件。
全文摘要
一種用于與輪胎結(jié)構(gòu)成為一體的改進的電子裝配，其包括聲波裝置，例如連接為有源放大器28中的反饋部件并進一步耦接到天線部件(26a，26b)的SAW傳感器(18a，18b)，由此形成有源發(fā)射器結(jié)構(gòu)。信息的組合對應(yīng)于由聲波裝置感測的物理參數(shù)和疊加在RF信號上的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，該RF信號由聲波裝置通過選擇性地打開或關(guān)閉放大器而發(fā)射。
文檔編號E01C23/00GK101061524SQ200480027354
公開日2007年10月24日 申請日期2004年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月30日
發(fā)明者J·C·辛尼特, J·鐵森 申請人:米其林技術(shù)公司, 米其林研究和技術(shù)股份有限公司