專利名稱：用于在無(wú)線遠(yuǎn)程傳感器中使用鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及用于與無(wú)線諧振傳感器一起使用鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵(ferrite alignment key)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線諧振傳感器通過(guò)具有響應(yīng)于在傳感器處存在的環(huán)境狀況中的變化而改變的可測(cè)量的諧振特性來(lái)起作用。當(dāng)激發(fā)信號(hào)撞擊到傳感器上時(shí)，傳感器發(fā)射代表該諧振特性的狀態(tài)的返回信號(hào)?？蓽y(cè)量的諧振特性包括電磁諧振頻率、射頻、質(zhì)量因數(shù)或帶寬。在無(wú)源無(wú)線諧振傳感器中，該激發(fā)信號(hào)由位于與傳感器分開并且與之遠(yuǎn)離的發(fā)生器產(chǎn)生，并且該激發(fā)信號(hào)然后被引導(dǎo)至該遠(yuǎn)程傳感器。在半無(wú)源和有源無(wú)線諧振傳感器中，傳感器依賴使用板載電力以用于它們的操作。在無(wú)源、半無(wú)源和有源無(wú)線傳感器中，發(fā)射的返回信號(hào)使用拾取線圈組件而被檢測(cè)。由無(wú)線諧振傳感器測(cè)量的環(huán)境參數(shù)的示例包括溶液電導(dǎo)率、PH、溫度、壓力、流量、溶解氣體、代謝產(chǎn)物濃度、細(xì)胞活力和污染物水平。在某些應(yīng)用中，需要板載電力供應(yīng)以增加傳感器靈敏度或用于遠(yuǎn)程信號(hào)傳輸。這導(dǎo)致增加傳感器的大小。在其他應(yīng)用中，鐵氧體材料已經(jīng)放置在拾取線圈組件的線圈內(nèi)部以增加信號(hào)強(qiáng)度。仍然存在對(duì)用于多參數(shù)測(cè)量應(yīng)用的傳感器讀數(shù)的再現(xiàn)性和增加的傳感器靈敏度的需要。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，本發(fā)明提供無(wú)線諧振傳感器組件，其包括拾取線圈、安置在該拾取線圈中并且從其中延伸的鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵和具有收容元件的無(wú)線諧振傳感器，其中當(dāng)該鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵插入該收容元件時(shí)該拾取線圈和該無(wú)線諧振傳感器對(duì)準(zhǔn)。該鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵還可以是諧振傳感器的一部分使得拾取線圈插入該對(duì)準(zhǔn)鍵的收容元件導(dǎo)致其中該對(duì)準(zhǔn)鍵安置在該拾取線圈中并且從其中延伸的配置。在另一方面，本發(fā)明提供用于測(cè)量例如制造、產(chǎn)品供應(yīng)或安全應(yīng)用中的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的方法。該方法包括將本發(fā)明的無(wú)線諧振傳感器嵌入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將安置在拾取線圈中并且從其中延伸的鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵插入該無(wú)線諧振傳感器的收容元件使得該拾取線圈和該無(wú)線諧振傳感器對(duì)準(zhǔn)，用該拾取線圈感測(cè)該無(wú)線諧振傳感器，并且使用耦合于該拾取線圈的讀取器/寫入器裝置讀取信號(hào)。該鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵還可嵌入該無(wú)線傳感器并且從其中延伸使得拾取線圈插入該對(duì)準(zhǔn)鍵的收容元件導(dǎo)致其中該對(duì)準(zhǔn)鍵安置在該拾取線圈中并且從其中延伸的配置。


當(dāng)下列詳細(xì)說(shuō)明參照附圖(其中類似的符號(hào)在整個(gè)附圖中代表類似的部件)閱讀時(shí)，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)勢(shì)將變得更好理解，其中
圖1圖示包含鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵14和對(duì)應(yīng)的無(wú)線諧振傳感器18的代表性拾取線圈組件10。圖2是包括用于插入拾取線圈26的凹陷區(qū)24的鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵22的圖示。圖3圖示使用鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵40的末端突出的鎖_鍵對(duì)準(zhǔn)來(lái)對(duì)準(zhǔn)的拾取線圈42和無(wú)線傳感器38。圖4圖示具有鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵46的拾取線圈組件44，其包括與收容元件52的對(duì)準(zhǔn)停止面50對(duì)應(yīng)的對(duì)準(zhǔn)停止面48。圖5示出作為鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的長(zhǎng)度的函數(shù)的傳感器信號(hào)強(qiáng)度。圖6示出沒有鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的RFID壓力感測(cè)組件的測(cè)量。圖7示出具有鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的RFID壓力感測(cè)組件的測(cè)量。
具體實(shí)施例方式下列詳細(xì)說(shuō)明是示范性的并且不意在限制本申請(qǐng)的發(fā)明和本發(fā)明的使用。此外， 意圖是不被本發(fā)明的前述背景或下列詳細(xì)說(shuō)明中提出的任何理論限制。本發(fā)明提供用于測(cè)量無(wú)線諧振傳感器對(duì)激發(fā)信號(hào)的響應(yīng)的裝置、系統(tǒng)和方法。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)線諧振傳感器響應(yīng)采用與鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵組合的拾取線圈測(cè)量，該鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵將該拾取線圈和該無(wú)線諧振傳感器對(duì)準(zhǔn)。在公開的拾取線圈組件中的拾取線圈和鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的組合建立了用于相對(duì)于不包括拾取線圈和鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的組合的組件增強(qiáng)無(wú)線諧振傳感器的信號(hào)的激活裝置。圖1圖示包含本發(fā)明的方面的拾取線圈組件10的一個(gè)實(shí)施例。該拾取線圈組件包括拾取線圈和用于將能量無(wú)線地帶給無(wú)線諧振傳感器的能源。該拾取線圈組件可附連到讀取器/寫入器裝置(沒有示出)，其用于傳輸數(shù)據(jù)到對(duì)應(yīng)的無(wú)線諧振傳感器和數(shù)據(jù)處理器和從其傳輸數(shù)據(jù)。如圖示的，該拾取線圈組件10由拾取線圈12和安置在該拾取線圈內(nèi)的鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵14構(gòu)成。該鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵從該拾取線圈延伸為末端突出16。拾取線圈組件可與對(duì)應(yīng)的無(wú)線諧振傳感器18配對(duì)，無(wú)線諧振傳感器18具有配置成接收鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的末端突出的收容元件20。鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵可配置用于如在圖2中圖示的那樣插入拾取線圈。如示出的，鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵22具有凹陷區(qū)24以允許拾取線圈26的插入。在該配置中，鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵22安置在拾取線圈26中并且從其中延伸。如在圖1和2兩者中示出的，鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的末端突出將拾取線圈和無(wú)線諧振傳感器對(duì)準(zhǔn)。所得的對(duì)準(zhǔn)是可再現(xiàn)的，使操作員能夠在傳感器操作期間、具體地在鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵插入無(wú)線傳感器期間復(fù)制在預(yù)先選擇的容差范圍內(nèi)的對(duì)準(zhǔn)。組件的對(duì)準(zhǔn)鍵相對(duì)于不包括對(duì)準(zhǔn)鍵部件的系統(tǒng)減小了信號(hào)響應(yīng)的變化。由增強(qiáng)的對(duì)準(zhǔn)引起的再現(xiàn)性使用戶能夠執(zhí)行要求例如多變量復(fù)數(shù)阻抗檢測(cè)等準(zhǔn)確和可再現(xiàn)的傳感器讀數(shù)的多參數(shù)測(cè)量。此外，傳感器激發(fā)可用一個(gè)拾取線圈執(zhí)行并且信號(hào)收集可用相同或另一個(gè)拾取線圈完成。至少一個(gè)拾取線圈具有鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵。在備選實(shí)施例中，鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵與無(wú)線諧振傳感器而不是與拾取線圈關(guān)聯(lián)。無(wú)線諧振傳感器組件可具有凹陷區(qū)以允許拾取線圈的插入，從而導(dǎo)致鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵在傳感器的操作期間安置在拾取線圈中并且從其中延伸并且將拾取線圈和無(wú)線諧振傳感器對(duì)準(zhǔn)。
鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵可由鐵氧體材料構(gòu)成，其具有高磁導(dǎo)率，但是“軟”磁的，使得當(dāng)外部場(chǎng)去除或快速改變時(shí)它不保留顯著的磁場(chǎng)。在組件中有用的鐵氧體材料的非限制性示例包括錳鋅、鎳鋅、錳和鎂鋅，其在20至10000牛頓每平方安培的磁導(dǎo)率的范圍中。在一些實(shí)施例中，鐵氧體材料應(yīng)該容許在從IKHz至IOOMHz的范圍中的頻率使用。可在公開的系統(tǒng)中使用的代表性無(wú)線諧振傳感器無(wú)限制地包括模擬或數(shù)字射頻識(shí)別(RFID)傳感器、聲波傳感器和電感器-電容器諧振電路傳感器。RFID傳感器可包含用于接收和傳送射頻信號(hào)的天線線圈。該天線通過(guò)作為環(huán)境變化的函數(shù)改變它的阻抗參數(shù)執(zhí)行感測(cè)功能。示范性RFID傳感器已經(jīng)在名為“Chemical and biological sensors, systems and methods based on radio frequency identification (基于身寸步只另lj白勺化學(xué)和生物傳感器、系統(tǒng)和方法)”11/259710 和“Chemical and biological sensors, systems and methods based on radio frequency identification，，11/259711 白勺 US 專禾串i青中描述，其通過(guò)引用結(jié)合于此。無(wú)線諧振傳感器可進(jìn)一步包括用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的電子標(biāo)簽。該電子標(biāo)簽可包括存儲(chǔ)器微芯片，其連接到用于與拾取線圈組件通信的傳感器的天線線圈。該微芯片可以通過(guò)由激發(fā)信號(hào)照射標(biāo)簽讀取。當(dāng)該電子標(biāo)簽是RFID標(biāo)簽時(shí)，該激發(fā)信號(hào)是由讀取器/寫入器發(fā)送的射頻(RF)載波信號(hào)。該存儲(chǔ)器微芯片可包括數(shù)字識(shí)別芯片(例如，表面聲波芯片或集成電路存儲(chǔ)器芯片)用于存儲(chǔ)該標(biāo)簽的數(shù)字身份。該數(shù)字識(shí)別芯片可以存儲(chǔ)并且處理信息以及調(diào)制和解調(diào)射頻信號(hào)。該集成電路存儲(chǔ)器芯片還可包含用于模擬信號(hào)的輸入。當(dāng)RF 場(chǎng)通過(guò)天線線圈時(shí)，跨該線圈產(chǎn)生AC電壓。該電壓在RFID標(biāo)簽的微芯片中整流以產(chǎn)生DC 電壓以用于微芯片操作。當(dāng)該DC電壓達(dá)到預(yù)定水平時(shí)微芯片變?yōu)槟芷鹱饔玫?。通過(guò)使用拾取線圈組件檢測(cè)從微芯片背散射的RF信號(hào)，存儲(chǔ)在微芯片中的信息可以被完全識(shí)別。存儲(chǔ)器微芯片還可用于感測(cè)。對(duì)于感測(cè)，微芯片可包含用于模擬信號(hào)的輸入或具有在芯片的制造期間納入微芯片的傳感器。在其他應(yīng)用中，在感測(cè)操作期間RFID傳感器響應(yīng)可引入微芯片并且微芯片傳送傳感器的狀態(tài)。RFID傳感器可進(jìn)一步包括跨RFID標(biāo)簽的天線和存儲(chǔ)器芯片附連的互補(bǔ)傳感器。 通過(guò)附連互補(bǔ)傳感器到RFID標(biāo)簽，附連的傳感器的電響應(yīng)轉(zhuǎn)化成復(fù)數(shù)阻抗響應(yīng)的同時(shí)變化。該復(fù)數(shù)阻抗響應(yīng)包括檢測(cè)復(fù)數(shù)阻抗的虛部的諧振頻率、復(fù)數(shù)阻抗的虛部的反諧振頻率、 零電抗頻率、相位角和阻抗大小中的變化。由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的復(fù)數(shù)阻抗響應(yīng)的多變量檢測(cè)允許單個(gè)傳感器重復(fù)測(cè)量多個(gè)參數(shù)。 RFID傳感器的多參數(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確度通過(guò)使用其中對(duì)準(zhǔn)通過(guò)鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵來(lái)固定的本發(fā)明的實(shí)施例增加。該鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵減少了由缺少拾取線圈組件(沒有鍵)和RFID傳感器的對(duì)準(zhǔn)或基本對(duì)準(zhǔn)引起的誤差。鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵固定拾取線圈和無(wú)線諧振傳感器的對(duì)準(zhǔn)，從而增強(qiáng)返回信號(hào)并且因此增強(qiáng)信號(hào)檢測(cè)。該返回信號(hào)增強(qiáng)可由以下提供(1)拾取線圈關(guān)于傳感器的固定位置，其提高測(cè)量隨時(shí)間的再現(xiàn)性和(2)從拾取線圈進(jìn)入傳感器區(qū)的電磁場(chǎng)的濃度，其提高傳感器響應(yīng)的信噪比。增強(qiáng)的信號(hào)檢測(cè)提高隨測(cè)量時(shí)間的響應(yīng)穩(wěn)定性、減小了響應(yīng)噪聲、增加了信號(hào)大小并且增加了信噪比。在本發(fā)明中獲得的增強(qiáng)檢測(cè)還可使無(wú)線諧振傳感器能夠設(shè)計(jì)成具有比沒有對(duì)準(zhǔn)鍵的相似設(shè)計(jì)更低的功率需求、更小的尺寸和更大的感測(cè)范圍。此外，鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵減小了傳感器和拾取線圈之間的安置和重新安置誤差，從而實(shí)現(xiàn)重復(fù)的多參數(shù)測(cè)量。由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的增強(qiáng)信號(hào)檢測(cè)還可提高由單個(gè)傳感器的多變量檢測(cè)。單個(gè)傳感器可以用于重復(fù)測(cè)量多個(gè)參數(shù)，通過(guò)由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的復(fù)數(shù)阻抗響應(yīng)中的變化允許單個(gè)傳感器重復(fù)測(cè)量多個(gè)參數(shù)。RFID傳感器的多參數(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確度通過(guò)使用其中對(duì)準(zhǔn)由鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵固定的本發(fā)明的實(shí)施例增加。該鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵減少了由缺少拾取線圈組件(沒有鍵)和 RFID傳感器的對(duì)準(zhǔn)或基本對(duì)準(zhǔn)引起的誤差。圖3圖示使用鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵和無(wú)線諧振傳感器的鎖-鍵型對(duì)準(zhǔn)所對(duì)準(zhǔn)的拾取線圈和無(wú)線傳感器。如在圖3中示出的，拾取線圈組件34可插入RFID傳感器38的收容元件36 使得在傳感器的操作期間鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵40的配置將拾取線圈42與無(wú)線遠(yuǎn)程傳感器38對(duì)準(zhǔn)。該鎖-鍵配置導(dǎo)致當(dāng)鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的末端突出重新引入無(wú)線傳感器時(shí)可再現(xiàn)的對(duì)準(zhǔn)。 在如在圖4中示出的另外的實(shí)施例中，拾取線圈組件44配置使得鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵46 制造成包括對(duì)準(zhǔn)停止面48。該對(duì)準(zhǔn)停止面與無(wú)線諧振傳感器54的收容元件52的對(duì)準(zhǔn)停止面50對(duì)應(yīng)。對(duì)準(zhǔn)停止面之間的接觸可增加由拾取線圈56對(duì)傳感器的信號(hào)的感測(cè)。對(duì)準(zhǔn)停止面之間的接觸可是非流電接觸(其由電感或磁耦合引起)，并且不需要與金屬線的直接連接。拾取線圈組件還可配置成使得當(dāng)鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的末端突出重新安置在收容元件中(例如通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng))時(shí)發(fā)生拾取線圈和無(wú)線遠(yuǎn)程傳感器之間的對(duì)準(zhǔn)。在另一個(gè)實(shí)施例中， 將激發(fā)信號(hào)撞擊在無(wú)線諧振傳感器上或檢測(cè)發(fā)射的返回信號(hào)的能力可取決于鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵在插入無(wú)線諧振傳感器后的重新安置。拾取線圈和無(wú)線遠(yuǎn)程傳感器的重新安置約束操作可通過(guò)約束傳感器的讀取/寫入提供附加的安全性。取決于應(yīng)用，無(wú)線諧振傳感器可嵌入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括但不限于制造、產(chǎn)品供應(yīng)或安全應(yīng)用。無(wú)線諧振傳感器采用這樣的方式配置以便具有收容元件，其對(duì)于包括具有末端突出的鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的拾取線圈是可進(jìn)入的。鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵從拾取線圈延伸從而形成末端突出。由此鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的長(zhǎng)度大于拾取線圈的長(zhǎng)度。鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的末端突出與無(wú)線遠(yuǎn)程傳感器的收容元件是可兼容的。末端突出可采用多種形狀配置，例如在橫截面上直線的、圓柱的、錐形的、束型的或多邊形等。 遠(yuǎn)程傳感器的收容元件可以但不是必須匹配于對(duì)準(zhǔn)鍵的末端突出。在某些實(shí)施例中，從拾取線圈延伸的鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的長(zhǎng)度可是從0. Imm至200mm，更優(yōu)選的從0. 5mm至150mm，最優(yōu)選的從Imm至100mm。在一個(gè)或多個(gè)非限制性示例中，無(wú)線諧振傳感器可嵌入制造、包裝或監(jiān)測(cè)部件中。 制造部件包括但不限于容器、包、腔、管道、連接器和筒。包裝部件包括但不限于例如食品、 飲料和制藥等日期敏感材料以及耐久品。監(jiān)測(cè)部件包括但不限于環(huán)境、監(jiān)視和工業(yè)設(shè)備。無(wú)線遠(yuǎn)程傳感器可用于便于在線制造的監(jiān)測(cè)和控制。無(wú)線遠(yuǎn)程傳感器可以是RFID傳感器、聲波傳感器或電感器-電容器諧振電路傳感器。在某些實(shí)施例中無(wú)線遠(yuǎn)程傳感器可永久附連或可移除地附連到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。例如， 在要求傳感器在組裝后重新校準(zhǔn)的應(yīng)用中，例如在生物制藥過(guò)程的監(jiān)測(cè)中等，傳感器可以可移除地附連到容器、移除、重新校準(zhǔn)并且然后重新安裝以操作。相似地，拾取線圈組件可永久附連或可從系統(tǒng)移除使得在傳感器的操作期間拾取線圈組件處于固定位置，且鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的末端突出插入無(wú)線遠(yuǎn)程傳感器的收容元件。一旦傳感器的操作完成，末端突出可從傳感器的收容元件移除或保持接合。拾取線圈可附連到讀取器/寫入器裝置。該讀取器/寫入器裝置可用于寫入和讀取數(shù)據(jù)進(jìn)入存儲(chǔ)器芯片的存儲(chǔ)器并且讀取天線的阻抗。該數(shù)據(jù)可發(fā)送給顯示裝置或控制器。根據(jù)本發(fā)明的再另一個(gè)方面，提供與拾取線圈一起使用無(wú)線遠(yuǎn)程傳感器測(cè)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的方法，拾取線圈具有在拾取線圈中并且從其中延伸的鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵。該方法包括將具有收容元件的無(wú)線諧振傳感器嵌入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并且提供與該無(wú)線諧振傳感器操作關(guān)聯(lián)的拾取線圈的步驟。拾取線圈包括安置在拾取線圈中并且從其中延伸以形成末端突出的鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵。鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的末端突出在傳感器操作期間插入無(wú)線諧振傳感器的收容元件。拾取線圈拾取傳感器的信號(hào)。在某些實(shí)施例中，信號(hào)可使用耦合于拾取線圈的讀取器/寫入器裝置讀取。在另一個(gè)實(shí)施例中本發(fā)明提供用于測(cè)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的方法，其包括將無(wú)線諧振傳感器嵌入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中無(wú)線諧振傳感器包括安置在無(wú)線諧振傳感器中并且從其中延伸的鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵，提供與無(wú)線諧振傳感器操作關(guān)聯(lián)的拾取線圈并且其中該拾取線圈包括收容元件，將鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵插入拾取線圈的收容元件使得無(wú)線諧振傳感器和拾取線圈對(duì)準(zhǔn)，用拾取線圈感測(cè)無(wú)線諧振傳感器信號(hào)，并且使用耦合于拾取線圈的讀取器/ 寫入器裝置讀取信號(hào)。示例在下列示例中，RFID傳感器的復(fù)數(shù)阻抗的測(cè)量在使用LabVIEW的計(jì)算機(jī)控制下使用網(wǎng)絡(luò)分析儀或精密阻抗分析儀(Agilent Technologies公司，Santa Clara, CA)執(zhí)行。該分析儀用于掃描在感興趣范圍(典型地從 10至 15MHz)上的頻率并且收集來(lái)自RFID 傳感器的復(fù)數(shù)阻抗響應(yīng)。收集的復(fù)數(shù)阻抗數(shù)據(jù)使用Excel (Microsoft公司，Seattle，WA)
Matlab (The MathworksNatick, MA)KaleidaGraph(Synergy Software,
Reading, PA)和 PLS_Toolbox (Eigenvector Research 公司，Manson, WA)分析。來(lái)自RFID傳感器的存儲(chǔ)器微芯片的數(shù)字ID讀數(shù)用若干RFID讀取器執(zhí)行，該RFID 讀取器包括手持SkyeTek讀取器和SkyeTek計(jì)算機(jī)控制(使用LabVIEW)讀取器，分別是 (型號(hào)M-I，SkyeTek, Westminster, CO)、計(jì)算機(jī)控制多標(biāo)準(zhǔn)RFID讀取器/寫入器評(píng)估模塊 (型號(hào) TRF7960 評(píng)估模塊，Texas Instruments)或波邏輯讀取器(Scotts Valley，CA)。使用來(lái)自Kreger Components公司(Roanoke, VA)的3_mm直徑鐵氧體棒。鐵氧體材料是可操作在高達(dá)50MHz且具有40高斯的磁導(dǎo)率的高頻NiZn鐵氧體。示例1 鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)度對(duì)RFID傳感器信號(hào)強(qiáng)度的影響具有開口中心(大約5mm開口)的來(lái)自Sokymat美國(guó)(Cynthiana，KY)的RFID標(biāo)簽與若干不同長(zhǎng)度的鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵(都是3mm直徑的鐵氧體棒)組合使用。圖5A表示當(dāng)插入RFID傳感器和拾取線圈兩者時(shí)使用不同長(zhǎng)度的鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的記錄的測(cè)量。RFID傳感器和拾取線圈之間的距離是近似1mm。拾取線圈的表面(與RFID傳感器相反)和鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的邊緣之間的距離保持恒定(相對(duì)可忽略，D Omm)。圖5B示出當(dāng)測(cè)試不同長(zhǎng)度的鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵時(shí)的傳感器信號(hào)強(qiáng)度。圖5C呈現(xiàn)圖示傳感器信號(hào)強(qiáng)度作為鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的長(zhǎng)度的函數(shù)增加的測(cè)試結(jié)果的總結(jié)。因?yàn)槭叭【€圈的表面(與RFID傳感器相反)和鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的邊緣之間的距離是非常小的，觀察到RFID傳感器信號(hào)隨鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的長(zhǎng)度從5至14mm的增加的線性增加。鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的長(zhǎng)度的最大長(zhǎng)度(25mm) 示出信號(hào)增加中的明顯飽和。示例2 具有鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的壓力感測(cè)組件來(lái)自TagSys美國(guó)公司，Doylestown，PA的RFID標(biāo)簽(大約9_直徑)與3mm直徑、5mm長(zhǎng)的鐵氧體插入棒組合使用。通過(guò)將壓力敏感膜貼附到RFID傳感器的表面，該RFID 標(biāo)簽轉(zhuǎn)換成壓力傳感器。該柔性薄膜的另一側(cè)金屬化。施加的壓力使該薄膜彎曲并且電磁場(chǎng)淬火(electromagnetic field quenching)量與施加的壓力相關(guān)。圖6A圖示沒有鐵氧 體插入的測(cè)量組件的控制試驗(yàn)布局。施加到RFID傳感器上的壓力產(chǎn)生可再現(xiàn)的信號(hào)變化。 在施加15PSI的壓力時(shí)的最大的信號(hào)變化是15歐姆(圖6B)。壓力響應(yīng)的校準(zhǔn)曲線在圖 6C中呈現(xiàn)。圖7A圖示具有鐵氧體插入的測(cè)量組件的試驗(yàn)布局。施加到RFID傳感器上的壓力產(chǎn)生可再現(xiàn)的信號(hào)變化。在施加15PSI的壓力時(shí)的最大的信號(hào)變化是37歐姆(圖7B)。壓力響應(yīng)的校準(zhǔn)曲線在圖7C中呈現(xiàn)。數(shù)據(jù)說(shuō)明通過(guò)使用鐵氧體鍵，在施加15PSI的壓力時(shí)傳感器信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍從15歐姆提高到37歐姆(超過(guò)100 %的信號(hào)提高)。本發(fā)明可采用其他特定的形式體現(xiàn)而不偏離其的精神或本質(zhì)特性。前面的實(shí)施例因此在所有方面考慮為對(duì)本文描述的本發(fā)明說(shuō)明性的而不是限制性的。本發(fā)明的范圍從而由附上的權(quán)利要求指示而不是由前面的說(shuō)明指示，并且在權(quán)利要求的等同性的含義和范圍內(nèi)的所有變化因此規(guī)定為包含在其中。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線諧振傳感器組件，其包括拾取線圈；安置在所述拾取線圈中并且從其中延伸的鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵；以及具有收容元件的無(wú)線諧振傳感器，其中當(dāng)所述鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵插入所述收容元件時(shí)所述拾取線圈和所述無(wú)線諧振傳感器對(duì)準(zhǔn)。
2.如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述無(wú)線諧振傳感器是RFID傳感器、聲波傳感器或電感器-電容器諧振電路傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵配置成使得插入所述收容元件增加所述無(wú)線諧振傳感器信號(hào)的感測(cè)。
4.如權(quán)利要求3所述的組件，其中增加由所述拾取線圈對(duì)無(wú)線諧振傳感器信號(hào)的感測(cè)包括隨測(cè)量時(shí)間的提高的響應(yīng)穩(wěn)定性、響應(yīng)噪聲的減小、信號(hào)大小的增力口、信噪比的增加以及其的組合。
5.如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵進(jìn)一步包括對(duì)準(zhǔn)停止面，其與所述收容元件的對(duì)準(zhǔn)停止面對(duì)應(yīng)并且由此所述對(duì)準(zhǔn)停止面之間的接觸增加由所述拾取線圈對(duì)所述無(wú)線諧振傳感器信號(hào)的感測(cè)。
6.如權(quán)利要求5所述的組件，其中所述鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵配置成在所述收容元件內(nèi)重新安置以便非流電接觸在所述對(duì)準(zhǔn)停止面之間發(fā)生。
7.如權(quán)利要求1所述的組件，進(jìn)一步包括耦合于所述拾取線圈的讀取器/寫入器裝置。
8.如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述無(wú)線諧振傳感器組件用于在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中使用。
9.一種無(wú)線諧振傳感器組件，其包括無(wú)線諧振傳感器；安置在所述無(wú)線傳感器中并且從其中延伸的鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵；以及具有收容元件的拾取線圈，其中當(dāng)所述鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵插入所述收容元件時(shí)所述無(wú)線諧振傳感器和所述拾取線圈對(duì)準(zhǔn)。
10.如權(quán)利要求9所述的組件，其中所述無(wú)線諧振傳感器是RFID傳感器、聲波傳感器或電感器_電容器諧振電路傳感器。
11.如權(quán)利要求9所述的組件，其中所述鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵配置成使得將所述末端突出元件插入所述收容元件增加所述無(wú)線諧振傳感器信號(hào)的感測(cè)。
12.如權(quán)利要求11所述的組件，其中增加由所述拾取線圈對(duì)無(wú)線諧振傳感器信號(hào)的感測(cè)包括隨測(cè)量時(shí)間的提高的響應(yīng)穩(wěn)定性、響應(yīng)噪聲的減小、信號(hào)大小的增力口、信噪比的增加以及其的組合。
13.如權(quán)利要求9所述的組件，其中所述鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵進(jìn)一步包括對(duì)準(zhǔn)停止面，其與所述收容元件的對(duì)準(zhǔn)停止面對(duì)應(yīng)并且由此所述對(duì)準(zhǔn)停止面之間的接觸增加由所述拾取線圈對(duì)所述無(wú)線諧振傳感器信號(hào)的感測(cè)。
14.如權(quán)利要求13所述的組件，其中所述鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵配置成在所述收容元件內(nèi)重新安置以便非流電接觸在所述對(duì)準(zhǔn)停止面之間發(fā)生。
15.如權(quán)利要求9所述的組件，進(jìn)一步包括附連于所述拾取線圈的讀取器/寫入器裝置。
16.一種用于測(cè)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的方法，其包括將無(wú)線諧振傳感器嵌入所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中所述無(wú)線諧振傳感器包括收容元件； 提供與所述無(wú)線諧振傳感器操作關(guān)聯(lián)的拾取線圈和安置在所述拾取線圈中并且從其中延伸的鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵；將所述鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵插入所述無(wú)線諧振傳感器的所述收容元件使得所述拾取線圈和所述無(wú)線諧振傳感器對(duì)準(zhǔn)；用所述拾取線圈感測(cè)所述無(wú)線諧振傳感器信號(hào)；以及使用耦合于所述拾取線圈的讀取器/寫入器裝置讀取所述信號(hào)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)參數(shù)包括身份、物理、化學(xué)和生物性質(zhì)中的至少一個(gè)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述無(wú)線諧振傳感器是RFID傳感器、聲波傳感器或電感器-電容器諧振電路傳感器。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述插入步驟增加所述無(wú)線諧振傳感器的感測(cè)。
20.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述無(wú)線諧振傳感器的所述增加感測(cè)包括隨測(cè)量時(shí)間的提高的響應(yīng)穩(wěn)定性、響應(yīng)噪聲的減小、信號(hào)大小的增力卩、信噪比的增加以及其的組合。
21.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述插入步驟進(jìn)一步包括將所述鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵上的對(duì)準(zhǔn)停止面與所述收容元件的對(duì)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)停止面接觸并且由此所述接觸增加所述無(wú)線諧振傳感器的所述感測(cè)。
22.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵配置成在所述收容元件內(nèi)重新安置以便非流電接觸在所述對(duì)準(zhǔn)停止面之間發(fā)生。
23.一種用于測(cè)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的方法，其包括將無(wú)線諧振傳感器嵌入所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中所述無(wú)線諧振傳感器包括安置在所述無(wú)線諧振傳感器中并且從其中延伸的鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵；提供與所述無(wú)線諧振傳感器操作關(guān)聯(lián)的拾取線圈并且其中所述拾取線圈包括收容元件；將所述鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵插入所述拾取線圈的所述收容元件使得所述無(wú)線諧振傳感器和所述拾取線圈對(duì)準(zhǔn)；用所述拾取線圈感測(cè)所述無(wú)線諧振傳感器信號(hào)；以及使用耦合于所述拾取線圈的讀取器/寫入器裝置讀取所述信號(hào)。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)參數(shù)包括身份、物理、化學(xué)和生物性質(zhì)中的至少一個(gè)。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述無(wú)線諧振傳感器是RFID傳感器、聲波傳感器或電感器-電容器諧振電路傳感器。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述插入步驟增加所述無(wú)線諧振傳感器的感測(cè)。
27.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述無(wú)線諧振傳感器的所述增加感測(cè)包括隨測(cè)量時(shí)間的提高的響應(yīng)穩(wěn)定性、響應(yīng)噪聲的減小、信號(hào)大小的增力卩、信噪比的增加以及其的組和。
28.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述插入步驟進(jìn)一步包括將所述鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵上的對(duì)準(zhǔn)停止面與所述收容元件的對(duì)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)停止面接觸并且由此所述接觸增加由所述拾取線圈對(duì)所述無(wú)線諧振傳感器信號(hào)的所述感測(cè)。
29.如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵配置成在所述收容元件內(nèi)重新安置以便非流電接觸在所述對(duì)準(zhǔn)停止面之間發(fā)生。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在無(wú)線遠(yuǎn)程傳感器組件中使用鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的裝置和方法。在一個(gè)方面，本發(fā)明提供無(wú)線諧振傳感器組件，其包括拾取線圈、安置在該拾取線圈中并且從其中延伸的鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵和具有收容元件的無(wú)線諧振傳感器，其中當(dāng)該鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵插入該收容元件時(shí)該拾取線圈和該無(wú)線諧振傳感器對(duì)準(zhǔn)。該鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵還可以是諧振傳感器的一部分使得拾取線圈插入該對(duì)準(zhǔn)鍵的收容元件導(dǎo)致其中該對(duì)準(zhǔn)鍵安置在該拾取線圈中并且從其中延伸的配置。還提供測(cè)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的方法。該鐵氧體對(duì)準(zhǔn)鍵的插入將該拾取線圈和無(wú)線諧振傳感器對(duì)準(zhǔn)由此增加通過(guò)該拾取線圈的該無(wú)線諧振傳感器的感測(cè)。
文檔編號(hào)G06K7/08GK102265145SQ200980150108
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2009年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
發(fā)明者C·L·杜穆林, C·M·蘇曼, R·A·波特賴洛, W·莫里斯 申請(qǐng)人:通用電氣公司