CN100344988C - 具有最佳编码范围的可无线询问的表面波元件 - Google Patents

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Abstract

讲述一种编码方案，在系统具有相同大小的结构分辨率(Δ)的情况下，与现有技术相比，本编码方案能够利用相同的编码单元数实现较大的编码范围，而且，在预定的编码范围情况下，利用本编码方案的编码只需要较少的编码单元。所述编码单元(反射器21或谐振器220)被放置在一种新定义的具有若干基值的格栅(30)内，其中，与所述结构分辨率(Δ)相比，该格栅具有更细的基值(130)刻度(δ)。在改进方案中还可以求平均值。

Description

具有最佳编码范围的可无线询问的表面波元件
技术领域
本发明涉及一种可无线询问的编码表面波元件，其原理在现有技术(US-A-4 263 595，US-A-5 469 170，1995年IEEE超声学研讨会，第117～120页，WO 96/14589，WO 97/42519，WO 97/26555)中已公开过。
背景技术
表面波元件在其结构性构造方面包括由压电材料或压电淀积材料组成的薄基片。在其具有这种压电性能的表面/膜之上或内，至少布置有一种叉指结构以作为压电换能器。当在所述基片的表面内给换能器的结构元件加上相应的电激励时，便可借助该换能器产生一种被称为表面波的声波。该声波在那儿具有一个延伸方向/形式，按照已知方法，该延伸方向/形式是通过所述的叉指结构来确定的。该结构确定了在所述表面的平面内的主波传播方向。
依照一种可无线询问的表面波元件，该元件内的上述表面波是通过所述换能器在无线电通路上的激发/馈给来激励的。为此，所述换能器装配有一个相应的用于无线电接收的天线，且该天线通常还被用来用无线电从该换能器向一个接收器发回应答信号。也可为该询问信号设置一个单个的带天线的换能器。
所述询问信号是借助发射器来发送的，而该发射器能够用预先给定的最小带宽进行发射。为了发送这种无线电信号，譬如可以采用如下装置，该装置能够借助譬如无线链路的非线性电子元件从热能和/或机械能中生成一种高频的脉冲。其详细情况是已知的。
对于为上述元件所发回的无线电应答信号而设置的接收器，尤其需要针对利用该表面波元件进行工作的系统的预给定参数而在其带宽方面进行限定，这是已知的。
在用于识别的表面波元件中，需要确保将接收信号作为应答信号而单值地分配给一个预定的、为此相应专门编码的表面波元件，于是系统可能包括有多个这种、但编码互不相同的可询问元件，而且/或者接收以其它任何方式到达接收器内的其它信号。
在已知和通常的实践中，这种可无线询问的表面波元件还分别设有专门的编码，该编码可以实现在相应的接收信号中明确地区分位于许多这种包含在系统中的表面波元件之内的单个元件。
出于应用可能性的原因，针对上文为这种可无线询问的编码表面波元件讲述两个实施例。其中一个实施例为，这种带有编码的表面波元件譬如被安装在一个物体上，该物体可以借助该元件或其编码相应地被识别。这种元件也可称为ID标签。另一实施例为，所述表面波元件还具有附加的性能，或装配有这种性能，以便能以传感器的形式用于譬如测量温度、力的大小和/或其它的物理、化学状态量，等等。这些应用以及与此相关的表面波元件的构造是已知的。
可利用不同的原理从询问信号中生成编码的无线应答信号。有一实施例是：为编码设置反射器单元，该单元安装在上述换能器的叉指结构装置上，且能以已知的方式进行调谐。这种反射器单元通常为条形单元，且被设置在所述薄基片的表面上/内的表面波的主波传播方向通路上。为了代替该种反射器单元，也可以给所述的换能器分配一些谐振器，以作为编码单元的其它实施例，这在下文还将继续讲述。
单个反射器单元的作用是引起一个与询问信号、亦即与发射脉冲有时间偏移的表面波元件应答信号。替而代之的设有谐振器的元件将产生一个根据(谐振)频率来确定的应答信号。(彼此相向或相对于所述换能器而)布置于不同位置的每批大量的反射器则产生相应多数量的、时间偏移不同的脉冲响应信号，其中，相互的时间偏移依赖于相关反射器的相互位置。这在不同的响应谐振频率方面也相应地适用于若干按频率设置的不同谐振器。
于是，在所述反射器的情况下，表面波元件基于无线询问信号所获得的应答信号是各个在时间上相对偏移的应答子信号的求和叠加，而在所述谐振器的情况下，该应答信号是相应多正弦形的、时间有限的(大多为指数衰减)、且频率互不相同的应答子信号的求和叠加。每个表面波元件的识别通常是通过如下方式来实现的，即根据相关元件的各个反射器的选出位置确定一些接收时间点。利用谐振器原理可以得出与所述各个谐振器的所选谐振频率相对应的频率中心点处的接收谱幅度。于是，反射器编码的相关表面波元件的编码或记忆编码具体地或结构性地在于：相对于参考反射器单元或相对于所述薄基片表面上的换能器位置来对各个设置的反射器进行编码定位。在利用谐振器进行编码的情况下，各个谐振器的选择性地预给定的不同谐振频率可以得出各元件的记忆编码。
由此带来的问题是，有关的测量系统的结构分辨率一直会受到限制。在此，结构分辨率应被理解成系统(此处主要由所述的发射器、表面波元件和接收器组成)以两个相互隔开的应答子信号形式识别直接相邻地位于所述薄基片上的两个反射器的两个反射应答子信号的能力，或识别具有直接相邻的谐振频率的两个谐振器的谐振应答子信号的能力。在具有时间测定(反射器)的系统中，所述的时间结构分辨率Δt与系统/测量所采用的频谱带宽B成反比，也即Δt与1/B成正比。在具有频率测定(谐振器)的系统中，其情况在原理上是相似的，也就是说，此时所述的结构分辨率Δf是由系统的品质决定的，也即它与测试信号的时延t成反比(Δf与1/t成正比)。在普通具有高斯形包络的测试信号情况下，所述的比例因子约为0.5。
上述在原理上被限制的结构分辨率将会带来如下后果，即在反射器的情况下所有编码单元都具有一个最小的相互间隔，而在谐振器的情况下，所有编码单元都必须有一个相应的最小频率中心间距，否则就会在所述应答信号中如此地叠加位置相邻或频率相邻的单元(反射器或谐振器)的信号成分，使得不能可靠地分析(识别)相关元件的编码。
仅出于完整性的原因，此处还需指出的是，在下文还将继续讲述的本发明当中，还可以规定其它的编码可能性。譬如，为了替代二进制系统(有反射器/无反射器)，也可采用基准大于2的编码。为此，可以给各编码单元设置多个幅度阈值/幅度级。另一种可能性在于，(按级)对两个编码单元的两个信号之间的相差(附加地)进行分析。
已知的编码方式为：根据所需的编码范围，在所述表面波元件上沿着换能器产生的表面波的主波传播方向、并按位置分布或多或少地布置多个反射器条。从现有技术可以得知，对于譬如32比特的编码范围，需要在所述主波传播方向上依次设立32个位置以用于需设置的最多32个反射器。于是，在系统的结构分辨率(按照渡越时间量＝通路长度s除以当前波速v来测量的)为1μs的情况下，为反射器装置进行二进制编码需要31μs的渡越时间长度，也即从第1至第32比特。所述元件所需的薄基片就需要相当大的长度。由此便带来了一些技术问题，这在下面还要联系本发明进行进一步地探讨。关于把谐振器用作编码单元的情况也可以参看(下文)所给出的详细说明。
发明内容
本发明的任务在于，针对特别大的预定编码范围而为每个单个的编码采用更小的薄基片长度/大小，以及/或者采用尽可能少的编码单元。换句话说，本发明是针对预定的编码范围寻求一种编码方案，该编码方案为各个编码只采用极少的编码单元，同时这些编码单元可专门被选出放置在一个极小的薄基片长度/平面上。
根据本发明的用于ID标签无线询问系统的编码表面波元件，具有一种薄基片，该基片表面具有压电的材料性能；具有至少一个电声换能器，它包括一个位于所述薄基片的表面之上的叉指结构，该叉指结构被用来在所述表面内产生一种声表面波，所述表面波具有由该结构确定的主波传播方向；以及具有一种反射器结构，它包括被用作编码单元的各个反射器，在所述的主波传播方向上，所述反射器在薄基片的所述表面上相互隔开，其中：为了按间隔定位所述的反射器，选择一种具有等距离相互隔开的基值的定位格栅，该格栅对准所述的主波传播方向，而且，根据所述声表面波在一时延内所经过的路长来限定栅条间隔的量，而所述时延是通过系统的时间测定的测量精度来预给定的，以及在该定位格栅的这些基值中，只有如下基值被反射器占用以作为相应分配给每个代码的位置，在该基值中，相邻反射器之间的间隔至少等于或大于由系统的频率带宽所给定的结构分辨率。
本发明还涉及另一种用于ID标签无线询问系统的编码表面波元件，具有一种薄基片，该基片表面具有压电的材料性能；具有一个或多个带有叉指结构的电声换能器，所述叉指结构布置在所述薄基片的表面之上，而且被用来在所述表面内产生一种声表面波，所述表面波具有由该结构确定的主波传播方向；以及具有被设为编码单元的谐振器结构，该谐振器结构具有相应的谐振频率，其中每个所述谐振器结构相对于相应的换能器被放置在所述换能器的各个主波传播方向上，其中：为了确定所述谐振器结构的各个谐振频率，选择具有等距离相互隔开的作为格栅基值的频率的频率格栅；根据在系统中可被用来测量频率的测量精度来限定所述彼此位于频率格栅内的基值的频率间隔量；以及在该频率格栅中如此地为每个谐振器结构选择所述的谐振频率，使得在该频率格栅内只有如下谐振频率被用于各个谐振器结构，即在所设的谐振器结构的两个相邻谐振频率之间，每个频率间隔至少等于或大于由系统各个谐振器的谐振时延所给定的、频率测定的结构分辨率。
为本发明的新编码原理设置了一种新型的构成各编码的位置分布或频率分布，在给出的、上文定义的结构分辨率情况下，所述分布(下文将首先针对反射器的位置分布情况进行阐述)能实现更多不同的编码。在上述的实施例中，本发明能够在所述表面波元件或其所属系统(尤其是分析信号的接收器)的结构分辨率譬如为1μs的情况下，在所述声波的31μs渡越时间长度上比具有232个不同编码的现有技术实现高约4000倍的编码范围(17 167 680 177 565个编码)，这在某方面对应于已知编码的43比特编码范围。为了用下文给出的本发明措施代替上述的32比特编码范围，在本发明中每次只需要为各个单个的编码设置23个反射器(谐振器)，于是对于该单个的编码，大大减小的薄基片长度相应地为22.5μs的渡越时间就足够了。前面的数字比较只是本发明实现的优点的一个例子。如果假设在反射器的情形下渡越时间测定(或在谐振器的情形下频率测定)具有更小的测量精度，那么在系统中甚至可以把所述的数字比较选得更大，这样，甚至在19μs的长度上，各编码最多只设置20个反射器就可以譬如实现已知的32比特编码。
现在，首先针对和通过利用反射器(＝时域内的编码)实施本发明的元件来进一步进行阐述，并接着还讲述利用谐振器(＝频域内的编码)的实施。
在上文定义的已知结构分辨率Δ中考虑或引入系统用于渡越时间测定或频率测定的测量精度δ的特性。该测量精度表明了利用所述系统测出的渡越时间值/频率值偏离该物理结构的实际渡越时间值/频率值的随机和系统误差。根据在系统中或利用该系统所执行的测量的不准确性，反射器的时间位置或谐振器的频率只可以精确地被确定在一个由所述测量精度所标明的间隔上。在具有表面波元件的系统中，所述测量精度δ的量一定要明显小于所述结构分辨率的量。对于随机测量误差，所述的测量精度δ还可以通过对多个测量求平均而进一步缩细，而对于系统误差，该测量精度δ则可以通过校准过程而进一步缩细，这在下文还将详细进行说明。
根据本发明，利用该δ量来为本发明理论的编码构成各个具有等距离栅条间隔δt的定位格栅或具有等频率栅条间隔δf的频率格栅。
本发明的原理为，尽管由带宽给定了譬如一直是相同大小的可用结构分辨率Δ，但按照本发明可在上述定位格栅中布置所述的反射器，而且，为了能够不顾所述被限制的结构分辨率而明确地确定每个反射器的位置，本发明还规定在定位格栅中只如此地占用所述的格栅位置，使得在没有编码、也即没有编码配置的情况下占用掉所述定位格栅的相邻位置。如果譬如以时间量测度的渡越时间测定的测量精度是同样以时间量测度的结构分辨率Δ(譬如1μs)的一半大小(譬如δt＝0.5μs)，那么根据本发明的理论规定，在所述定位格栅的两个被占用的位置之间至少留出一个没被占用的栅条位置。如果譬如量δt甚至只有所述结构分辨率的1/3大小，那么，同具有结构分辨率大小的格栅相比，所述定位格栅要被细分三次。因此根据本发明的规定，虽然在两个相邻被占用的编码反射器之间必须至少留出两个未占用的定位格栅位置，也即这也取决于所限制的结构分辨率，但是，通过利用为各个编码设置的譬如32个反射器位置，本发明原理的编码范围还是可以增加到5×1015个编码。在该情形下，在仅19μs的芯片长度上为各编码最多只设置20个反射器便可生成上述的32比特编码。
在本发明的意义上，上述实施方案也适用于不采用所述反射器、而用谐振器作为编码单元的情况，这在下文还将详细进行讲述。
本发明的一种扩展方案规定，在各表面波元件内，分别为预定总编码范围的元件组内的各专用元件的各个编码/(编码可能性)统一地设置相同多的编码单元、也即反射器或谐振器。对表面波元件来说这意味着，从换能器的角度来看，以及对于声波的传播而言，该波的衰减总是有利地具有相同的大小，由此可以从一个有偏差的子信号接收数目中识别出有误差的编码。根据本发明具有恒定编码单元数量的该扩展方案，各编码的所述编码单元只是分布不同地排列在所述的定位格栅之内。整个定位格栅具有统一的-相对于现有技术-最佳短的长度，或者说它可以实现较短的元件尺寸。
在测量精度更小的情况下(譬如小于上述的0.33μs)，对于预定长度的反射器或对于预定的元件芯片平面上的谐振器，编码范围或编码可能性的数量可以利用各编码的预定数目的编码单元进一步增大。相反，在测量精度进一步缩细且编码范围预定的情况下，可以减少各编码所需的编码单元数目和/或元件的薄基片所需的长度或面积。
换言之，本发明的思想也可描述如次：
为编码范围的各个编码的编码单元构造一个本发明的格栅。对反射器而言它是定位格栅，而对于作为编码单元的谐振器而言它是频率格栅。该相关的格栅具有等距离的、格栅基值的(定位或频率)基本间隔δg。
该间隔是根据系统的测量精度来进行限定的，在该系统中可以用误差δ(δt用于渡越时间测定；δf用于频率测定)来测度渡越时间或频率。
在本发明的格栅中，所述间隔的尺寸被最佳地定为等于该量δ，或也可以大于该量δ。
然而根据本发明，分别只用编码单元“占用”如下的基值(位置/频率)，其中如此定位的编码单元之间的间隔大于或等于整个系统的结构分辨率Δ。如果所述的测量精度δ＝0.5μs或0.33μs，那么在结构分辨率为1μs的情况下，本发明所要求的、两个作为编码单元而定位的反射器之间的间隔Δ按时间量测度为1μs。与现有技术的主要不同在于，通过采用其量要比所述结构分辨率小的测量精度，可以相应提供多倍更细的定位格栅来利用作为编码单元的反射器进行占用。因此，在结构分辨率Δ不变的情况下，人们可以利用相同数量的编码单元为各编码实现更大的编码范围，或者用较少的编码单元为各编码实现迄今的编码范围。结构分辨率同所选格栅大小的划分比也可以为(大于1的)非整数。
如果把该技术处理的理论应用到利用谐振器进行编码的表面波元件上，则可以得出如下类似之处。为了代替R个反射器，在(属于预定编码范围的)各表面波元件的薄基片上装设和布置了数目为R个的谐振器。该R个谐振器分别具有互不相同的谐振频率fi，i＝1～R。用于选择所述频率fi的格栅为本发明具有譬如1～46个基值f的频率格栅。该基值具有等距离的间隔δf。供编码(在下文给出的限制下)使用的谐振频率的该基本间隔如此来进行限定，即它大于或最好等于被用来在由发射器、接收器及表面波元件组成的系统中测量各个频率的测量精度量δf。与反射器的情况相比，在所述的格栅内，此处也可以从格栅的(譬如1～46个)基值频率中选出如下的频率fi来用于作为编码单元使用的谐振器，其中选出的两个相邻谐振器的谐振频率(fj，fj+1)的间隔总是大于或最好等于所述的结构分辨率、也即整个系统的频率分辨率Δf，该分辨率包括在该谐振器的、由其自身品质得出的固有带宽之内。
为了计算所述的编码范围，可以采用如下的计算法则。假定P为每个结构分辨率Δ间隔内的基值数目(p·δ＝Δ)。譬如，对于测量精度为0.5μs和结构分辨率为1μs的上述实施例，P＝2。而对于测量精度为0.33μs和结构分辨率同样为1μs的所述实施例，P＝3。假定已给出数目为R的各编码单元的编码范围Cu(也即Cu{R}))以及编码单元数为R+P-1的编码范围(Cu{R+P-1})。由此可根据求和得出编码范围(Cu{R+P})，也即(Cu{R+P}＝(Cu{R}+(Cu{R+P-1})。如果由此知道了P个相继的编码单元数(Cu{R})，(Cu{R+1})，...，(Cu{R+P-1})的编码范围，那么便可连续地计算出接下来所有的编码单元数的编码范围。
如果接收单元另外还如此地进行构造，使得其可以确定各个编码单元谐振器的接收子信号的幅度和/或相位或频率情况，那么，在把谐振器用作编码单元的情况下，还可以进一步提高该编码范围。在该情形下，可以采用幅度或相位，或采用该两个信息来附加地根据已知的原理进一步扩大编码范围。
如果所述编码单元的结构还要用于传感测量目的(如上文所述)，那么也可以优选地采取如下做法，即反射器的可能位置或谐振器的频率并不真正地放置在本发明的等距离格栅上，而是给该编码单元位置(频率)引入一个确定的偏差，这样，所述编码单元之间的间隔/频率间隔并不真正等于所述的等距离格栅。由此避免了所有反射器或谐振器提供过多的传感信息。当然，在该类型的实施过程中仍然需要作如下考虑，即编码单元之间位置或频率间隔按照本发明至少不能小于整个传感器系统的结构分辨率Δ(譬如上文所述的1μs)。于是，此处的基本间隔δ要么可定得较大(大于最小值)，要么可设置较少的编码。
此外，本发明类型的表面波元件编码还提供了以下许多优点，譬如在技术实现和在表面波元件上进行实施等方面的优点。譬如与多相编码方法相比，本发明类型的编码在一定限度内较少地依赖于表面波在元件内的传播速度变化。为了进行比较，譬如考虑一种具有中心频率为434MHz、结构分辨率为1μs的ID标签，而且其每个间隔Δ具有数目为P＝4个反射器。在该情形下，4级的相位编码(4PSK调制)具有可与本发明实现的、被称为脉冲位置调制的编码相比较的编码范围。在该中心频率时，1μs的最小结构分辨率等于434×λ。在已知的4PSK调制中，两个相邻的状态由90°相位、也即1/4λ分开。譬如由制作元件时的位置不准确性或因元件的表面波速度偏差而造成的反射器的时间位置变化仅为0.25λ∶434λ＝1μs∶1736，由此已导致不容许的应答信号讹误，并由此带来错误的识别。在一种具有本发明编码的元件中，只有当格栅内的反射器位置错误地定位0.25μs时才会出现此类错误。于是，当表面波元件按本发明进行编码时，便会出现一种可进行比较的信号讹误。这表明，同已知的PSK调制相比，具有按本发明实施的编码方法的表面波元件相对于表面波速度变化和/或定位误差的灵敏度要低出因数400。另外这还表明，本发明类型的编码是一种极为可靠的、表面波元件的多值编码。由此带来大量的、也与制作按本发明编码的元件有关的优点。
对于本发明所采用的定位格栅/频率格栅的栅条间隔δt或δf，上文所基于的是测量不准确性的相应量δ，该量或多或少地小于所述系统的结构分辨率Δ。在此，譬如根据经验或测量来选择该值δ的量，而所述的测量是利用表面波元件的工作来获得的。本发明的扩展方案的任务是在于提供一些措施，以便用来预期地获得需实现的测试精度δ的(小)量，也即尽可能最佳地使用上述的发明。
该任务通过如下优选方法来实现，即读出每个被编码的表面波元件的各编码。在实现该读出时，规定相继地多次读出各编码，也即相应地多次测量每个单个的编码单元。于是，借助应答信号用测试技术测出、亦即测量出每个单个反射器的位置的时间量t或每个单个谐振器的频率。在相应地多次读出所述编码的过程中，该多次读出各编码的单个编码单元是以极快的顺序实现的。由此获得一些包括有相应单个编码单元的多次测量结果的数据组。针对被读出的编码的各编码单元获得一个同类的数据组。对这些数据组进行分析，并获得标准偏差量或另一个表示各数据组内单个测量的统计或不准确性的量。利用相应的测量频度可以(针对反射器位置或谐振器的谐振频率)获得一个相应的平均值，或获得另一具有某个测量精度的代表性位置平均值/频率平均值，该测量精度可作为本发明定义和使用的测量精度δ的基础。
如果在上述多次读出各编码的编码单元时甚至以一个量低于譬如预定的测量精度δ、也即低于预定的格栅大小δt或δf，那么便可以提高正确测试各编码单元、即反射器位置/谐振频率的可能性，也就是说，整个被读出的编码是正确地读出的。通过该利用多次读出并求平均而实现读出的扩展方案，可以实现如下分析，其中所有随机的、每个测量所固有的不准确性可以降低到一个(足够)小的量。
在上面讲述的对测量值求平均当中，也可以用与其相对比的方式执行一种校准方法，以便消除可能的系统误差。为此，所述的表面波元件至少需要带有两个参考单元，譬如编码单元。除所述的编码单元之外，这还可以是参考反射器和/或参考谐振器，譬如被用作开始单元和/或结束单元。该参考单元与格栅无关地被排列在一些已知的位置中，或作为具有已知谐振频率的谐振器而被排列在所述的表面波元件上。通过将该参考单元的测量值或必要时将平均的测量值同其预定的已知值进行比较，譬如将所述开始和结束单元之间的测量时差/频差同由结构预定的已知差值进行比较，以及/或者将所述开始单元和结束单元的位置/频率的测量值同其相应已知的实际位置/频率进行比较，可以推导出一个比例因子和/或偏移值，利用它(它们)可以校准所述编码单元的所有时间/频率测定值。在此，也可优选地多次执行所述的校准，或通过多次测量来求平均，直到能确保由此实现的、位置值/时间值或频率值的(较细)精度以某个量值小于所述测量精度δ的预定量。
上述的求平均或校准，或者该两种措施一起可优选地实施为本发明的扩展方案。
另外，本发明的编码表面波元件还可以具有用于扩展所述编码范围的编码单元加权器。
附图说明
为详细阐述本发明，下面借助附图来进行说明。
图1示出了根据本发明设计的具有反射器的表面波元件，
图1a示出了无线电询问系统中的元件，
图2示出了被用来补充说明本发明所给出的定位格栅定义的图示，
图3示出了两个表面波元件的实施例，所述表面波元件在编码范围内具有不同的编码，且具有相同数量的反射器作为编码单元，
图4用俯视图示出了本发明编码表面波元件的结构性构造，该元件具有作为编码单元的谐振器，
图5示出了本发明定义的频率格栅，它具有各个可供(有限制地)选择的谐振频率，以及
图6示出了所述频率格栅中两个不同编码的实施例。
具体实施方式
图1示出了包含本发明理论的、带有薄基片10的表面波元件1，所述的薄基片譬如由钽酸锂、铌酸锂等制成，或也可以由石英制成。该材料具有所需的压电性能。一方面，在用俯视图示出的薄基片10的表面11上装有一个电声换能器12。该换能器譬如为一种包含两个梳形结构的具有两电气端子14的叉指结构。所述两个电气端子以所谓的垫片形式被定位在薄基片10的载体衬底101上，并与相应的梳形结构电气相连。在该端子14上电连接了为可无线询问的元件而设立的(偶极)天线114。用15标出了在薄基片10的表面内借助换能器12压电地生成的表面波(用符号表示的)。利用双箭头115来表示主波传播方向的定位。用20概括地标示所述的编码单元结构，该结构包括根据波传播方向115进行取向定位的编码单元21。利用字符1、2、3、...、46来数字式地标明下文还将继续讲述的格栅“基值”。在这些字符当中，位置1、3、6、8、10、13、...以及46上均设有一个编码单元21。在图1中，为此给出了反射器21’。对于一组这样元件的每个表面波元件，为其专门选择的、所述编码单元在譬如46个基值上的分布对应着或形成了预定编码范围内的一种专用编码，而这种编码范围是可以利用该组元件来提供的。
对于上述特别是利用校准进行读出以便消除可能的系统故障的情况，可以采用作为参考单元的反射器K1和K2来作为开始和结束参考编码单元。
出于完整性的原因，还需指出其它一些结构单元，譬如以已知方式包含在传感器结构221内的反射器，所述的传感器结构譬如用于温度测量、力测量或类似作用等等。用17标示所述表面波的普通陷波器。
图1a示出了系统的概观，所述系统包含有表面波元件1和无线询问所需的发射器S及接收器E。
图2只示出了图1所示实施例视图中的薄基片10和换能器的叉指结构12(因为该叉指结构确定了薄基片10的表面内的主波传播方向115)。根据本发明，为了替代图1的编码单元结构20(此处还没有实施)，给出了为本发明的反射器所定义的定位格栅30，其位置基值为130，这些基值在图1中是用1、2、3、...、46来标示的。各个基值130分别通过其(中心)线被示出。如此来定义本发明的该格栅30，使得其一方面对准由换能器12产生的波15的主波传播方向115。由于此处的波传播方向是呈直线的，所以定位格栅30为一个线性格栅。在特殊情况下，也可以有其它的配置，但所述的格栅不断地如此跟踪波传播方向，使得基值130的被占位置上的用作编码单元的反射器可以按已知方式反射作用于表面波15。
线性格栅30所具有的基值130同在考虑本发明其它各个编码单元的分布条件时的预定编码范围所需要的基值一样多。根据本发明给出的定义，如此来限定基值130相互之间的等间距a，使得相邻基值(1与2、2与3、...)的每个间距等于所述声表面波15在一确定的时间量内经过的路长δt。对于利用编码单元形式的反射器所进行的渡越时间测定，所述的时间量为上文定义的时间测定的测量精度或由定时所确定的系统测量精度δ，其中该系统内包含有表面波元件1和发射器S及接收器E。
正如前文利用本发明的理论所讲述过的一样，定位格栅30的基值130只是以与所述结构分辨率相对应的间隔Δt而用一个编码单元来占用的。当δt≤1/2Δt时，在两个占有编码单元的基值130之间留有一个或多个基值130。
作为一个显然的实施例，图3相邻地示出了两个定位格栅30’和30”，(为简化起见)其分别只具有13个格栅基值130。在两个格栅内，每个格栅在所述基值130上所占的位置数目是相同的，也即分别为六个带有编码单元21、亦即反射器21’的基值130。但是，按照六个格栅内的不同编码，其占用的分布是不同的。
图4以实施例的形式示出了具有谐振器的实施方案，用以代替上述附图中所示的反射器。
图4用俯视图示出了具有谐振器220的表面波元件1’。用10’来标示所述的薄基片，该基片的表面11上布有换能器212、所述的谐振器220、用于偶极天线114的端子14、以及用于波衰减的陷波器17。在图4的第二行中示出了换能器2121和组成谐振器2201的两个谐振器组件2201’和2201”。用115表示主波方向，以及用15表示所属的表面波。谐振器2201的上述两个组件由对该单元来说为较普通的、相互隔开的反射器条组成，而且通过选择该条间隔来调谐到譬如所选出的频率f1。该谐振器2201是图4所示的表面波元件1’的第一个编码单元。在下一行示出了第j个编码单元，它具有同样由两个组件构成的谐振器220j和为产生波15所需要的换能器212j。所述的频率fj也是从本发明的频率格栅选出的。第四行示出了元件1’的第R个编码单元。该谐振器也由两个组件220R构成。该谐振器220R被调谐到频率fR，而该频率同样是在本发明预定的频率格栅中选出的。因此，该谐振器在其谐振频率方面为以已知方式进行调谐的、且具有相互不同的频率f1～fR的表面波结构。所述选出的频率便产生了所述专用表面波元件的总编码。换能器2121至212R可以按给定的方式串联或并联起来。也可以在结构上设置单个的换能器结构，但它必须包括所示的主波传播方向1151～115R。通常，该换能器212的带宽如此之大，以致于相同实施的换能器可以构成换能器链。
图5所示的、对于具有谐振器的实施方案很重要的本发明频率格栅230与图2的定位格栅是相似的。对本发明很重要的且位于所述频率范围内的栅条间隔δf是由系统的测量精度给出的，该系统由反射器、接收器和表面波元件组成，或者，所述栅条间隔由利用多次测量或利用求平均而实现的测量精度来给定，比如图2中由时间测定精度所给出的基值130的间隔。
根据图1和2的实施方案，在图5中譬如也可以给定46个频率fi。在此，元件1’需要多少个这种频率fi来选择其谐振器2201～220R的数目为R个的谐振频率，还取决于所述预定的编码范围。(为了使图1或图4所示的元件1或1’的几何尺寸保持尽可能地小，在此还把所述数目R选得最小，譬如在不变的大结构分辨率Δ的情况下，这可以利用本发明用较细的测量精度δ来实现。)
如下限制适合被用来“占用”图5所示频率格栅的可能基值，即在谐振器所使用的两个相邻的频率fj和fj+1(j＝1～R)之间必须为频率间隔Δf，其中Δf至少大于或等于由系统的品质所给定的结构分辨率。该结构分辨率为频率间隔Δf，为了在系统中区分两个相互不同的谐振频率，该频率间隔是必需的。譬如，如果系统的频率测定精度比频率结构分辨率Δf小两倍，那么，与其反射器具有对应于时间量Δt的最小允许位置间隔的上述元件1相比，在具有谐振器的实施方案中可以采取用最小频率格栅Δf＝2×δf来占用图5所示的频率位置f1～f46。
为了实现具有校准的读出，在采取谐振器作为参考单元的元件中，所述谐振器K11及K12被用作开始和结束单元。
与图3相比，图6示出了根据预定编码范围的两种不同编码的频率方案，它们具有预定的被用作编码单元的六个谐振器。譬如，这可以是预定编码范围的、数目为N的编码表面波元件1’的元件1(n)及1(n+1)的不同编码。
通过应用本发明还可在实施制造过程方面实现一些优点。譬如，在制造本发明的表面波元件时，可以降低用于制作编码单元(反射器/谐振器)的曝光时间，比如减半。这是通过在曝光掩模上总是一起放置譬如两个共同曝光的反射器来实现的。对此，这两个反射器必须设有相互不同的间隔，也即按本发明规定的最小间隔而放置在曝光掩模上。如果譬如结构分辨率为1μs，以及编码单元数是每结构分辨率间隔Δ为P＝4，那么必须为反射器间隔1.00、1.25、1.50、1.75以及(必要时)2.00μs设置总是具有两个需同时曝光的反射器的曝光掩模。

Claims (12)

1.用于ID标签无线询问系统(S，E，1)的编码表面波元件(1)，
具有一种薄基片(10)，该基片表面(11)具有压电的材料性能，
具有至少一个电声换能器(12)，它包括一个位于所述薄基片(10)的表面(11)之上的叉指结构，该叉指结构被用来在所述表面(11)内产生一种声表面波(15)，所述表面波具有由该结构确定的主波传播方向(115)，以及
具有一种反射器结构(20)，它包括被用作编码单元(21)的各个反射器(21’)，在所述的主波传播方向(115)上，所述反射器在薄基片(10)的所述表面(11)上相互隔开，
其特征在于：
为了按间隔定位所述的反射器(21’)，选择一种具有等距离相互隔开的基值(130)的定位格栅(30)，该格栅对准所述的主波传播方向(115)，而且
其中，根据所述声表面波(15)在一时延内所经过的路长来限定栅条间隔(δt)的量，而所述时延是通过系统(S，E，1)的时间测定的测量精度(δ)来预给定的，以及
在该定位格栅(30)的这些基值(130)中，只有如下基值被反射器占用以作为相应分配给每个代码的位置，在该基值中，相邻反射器之间的间隔至少等于或大于由系统的频率带宽所给定的结构分辨率(Δt)。
2.用于ID标签无线询问系统(S，E，1’)的编码表面波元件(1’)，
具有一种薄基片(10)，该基片表面(11)具有压电的材料性能，
具有一个或多个带有叉指结构的电声换能器(212)，所述叉指结构布置在所述薄基片(10)的表面(11)之上，而且被用来在所述表面(11)内产生一种声表面波(15)，所述表面波具有由该结构确定的主波传播方向(115)，以及
具有被设为编码单元的谐振器结构(220)，该谐振器结构具有相应的谐振频率(f)，其中，每个所述谐振器结构相对于相应的换能器被放置在所述换能器的各个主波传播方向(115)上，
其特征在于：
为了确定所述谐振器结构(220)的各个谐振频率(f)，选择具有等距离相互隔开的作为格栅基值的频率(f1...f46)的频率格栅(230)，
其中，根据在系统中可被用来测量频率的测量精度来限定所述彼此位于频率格栅(230)内的基值的频率间隔量，以及
在该频率格栅(230)中如此地为每个谐振器结构(220)选择所述的谐振频率(f)，使得在该频率格栅(230)内只有如下谐振频率被用于各个谐振器结构(220)，即在所设的谐振器结构(220)的两个相邻谐振频率之间，每个频率间隔至少等于或大于由系统各个谐振器的谐振时延所给定的、频率测定的结构分辨率。
3.如权利要求1或2所述的元件，
其中，在预定的编码范围内给各个代码分别分配一个相同数目的编码单元(21)。
4.如权利要求1所述的元件，
其中，所述薄基片(10)具有一个最小的构造长度，该长度是由所述换能器(12)的叉指结构的长度和与预定编码范围相对应的定位格栅长度给定的。
5.如权利要求1或4所述的元件，
另外还具有至少一个传感器结构(221)。
6.如权利要求1、2或4所述的元件，
另外还具有用于扩展所述编码范围的编码单元加权器。
7.如权利要求1、2或4所述的元件，
在所述编码单元上还附加有参考单元(K1，K2；K11，K12)。
8.为权利要求1或2所述的元件确定相应代码的方法，
其中：
分别多次相继地测定相应代码的各个编码单元的应答信号，然后从该测定的值中为各编码单元求出平均值，以及/或者从所述代码的编码单元的值中确定一个表示测量精度(δ)的量。
9.如权利要求8所述的方法，
其中，所述表示测量精度(δ)的量为各编码单元的测量值同其平均值的平均偏差的大小。
10.如权利要求8或9所述的方法，
其中，如此多次地执行所述各个编码单元的应答信号测定，使得所有平均值的所述测定的平均测量精度(δM)被缩细到如下大小，即它不超过所述测量精度(δ)的、被用来形成所述表面波元件的格栅大小的预定量。
11.如权利要求8或9所述的方法，
其中，如此多次地执行所述各个编码单元的应答信号测定，使得代表性的平均值的所述测定的平均测量精度(δM)被缩细到如下大小，即它不超过所述测量精度(δ)的、被用来形成所述表面波元件的格栅大小的预定量。
12.如权利要求8所述的方法，被用来为权利要求7所述的具有参考单元的表面波元件确定相应的代码，
其特征在于：
多次相继地询问所述的参考单元(K1，K2；K11，K12)，并根据该多次获得的应答信号确定平均的标定值和/或偏移值，以及
利用该平均值来校正所述编码单元的所述应答信号。
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