CN101027704A - 无线应答装置和图像形成装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线应答装置和图像形成装置，该无线应答装置包括：接收单元，其接收电磁输入信号；输入变换单元，其把所述接收单元接收的所述电磁输入信号变换成声波；延迟单元，其沿所述输入变换单元所生成的声波传播的方向设置；输出变换单元，其把在所述延迟单元内部传播的所述声波变换成电磁输出信号；以及发送单元，其无线地发送由所述输出变换单元生成的所述电磁输出信号。

Description

无线应答装置和图像形成装置

技术领域

本发明涉及用于向询问器发送信号/从询问器接收信号的无线应答装置和无线应答方法，更具体地说，本发明涉及能够在高噪声环境下通信而不需要特定能量源的无线应答装置，和把该无线应答装置用作用于记录材料的路径传感器的图像形成装置。

背景技术

已经开发出了以测量物理特性和化学特性等为目的多种传感器。在大多数这种传感器中，输出信号随着要测量的对象的物理特性和化学特性而改变，并且还随着环境而改变。诸如与要测量的对象等有关的物理特性和化学特性的信息是通过对作为测量的结果而输出的信号进行处理来获得的。这些传感器与用于对来自这些传感器的输出信号进行处理的设备(下文中，称为“询问器”)分开设置。一般来说，这些传感器和询问器各自使用的位置不同。在这种情况下，必须从传感器设置信号电缆，以与询问器通信。

然而，为这种目的使用信号电缆的结构引发了这样的问题，即，在非常小的空间(如血管)内部，或者在化学上或生物学上恶劣的环境中，难于把信号电缆设置至运动中的物体(如移动物体或转动物体)上。

为解决上述问题，可以无线地向询问器发送信号/从询问器接收信号。用于这种目的的传感器是一种被称为表面声波传感器(SAW传感器)的无线应答装置，其使用表面声波器件(参见专利文献1-3)。表面声波传感器是一种不需要特定能量源的器件。表面声波传感器可以感测与要测量的对象和环境有关的信息，并且可以发送器件的识别信号作为应答。

专利文献1：US3273146

专利文献2：JP-A-55-46159

专利文献3：JP-B-3315984

然而，专利文献1-3中描述的无线应答装置具有这样的结构，即，包括需要使用几兆赫或更高的高频波来发送/接收信号的表面声波元件。由此，对于使用的无线应答装置被金属包围的情况来说，电磁波不能令人满意地在几厘米的范围内行进或者因电磁波长较短而不能行进。这种物体的示例包括：具有其中形成有大量导电配线图案的组件的电子装置，由金属支承架(carrier)构成的各种制造装置，或者具有金属外壳的车辆和飞机。即，存在无线应答装置不能令人满意地工作的问题。

对于使用具有几百千赫的低频的电磁波的另一种情况来说，电磁波的波长长达几千米或更长；但是在这种情况下，出现的问题是它们的使用使得难于形成小型的辐射型天线。出于把要使用的天线小型化的目的，采用线绕线圈型的感应发射天线。然而，如上所述，当在被金属包围的环境下使用时，因磁场的吸收而阻碍了信号的良好传播。

发明内容

鉴于上述情况制成了本发明，本发明致力于提供一种能够在被金属包围的环境下进行优异的无线通信的小型无线应答装置。

根据本发明的一个方面，为致力于实现上述目标而制成了本发明，提供了一种无线应答装置，该无线应答装置包括：接收单元，其接收电磁输入信号；输入变换单元，其把由所述接收单元接收的所述电磁输入信号变换成声波；延迟单元，其沿所述输入变换单元所生成的声波的传播方向设置；输出变换单元，其把在所述延迟单元内部传播的所述声波变换成电磁输出信号；以及发送单元，其无线地发送由所述输出变换单元生成的所述电磁输出信号。

根据一个另选构造，所述接收单元和所述发送单元中的至少一个具有天线，所述天线具有线圈，所述线圈环绕一铁磁体缠绕多匝，以在预定频率范围内适合于匹配条件。

根据另一另选构造，所述输入变换单元和所述输出变换单元中的至少一个具有压电元件。

根据又一另选构造，所述延迟单元可以是一介质，所述介质的特征在于，在所述延迟单元内部传播的所述声波的相位、频率以及振幅中的至少一个根据外部环境的物理特性或化学特性而改变。

根据又一另选构造，所述无线应答装置还可以包括反射体单元，所述反射体单元反射通过所述延迟单元传播的所述声波，其中，所述输入变换单元还充当所述输出变换单元。

根据又一另选构造，所述延迟单元可以包括多个类型的延迟单元，并且所述多个类型的所述延迟单元中的每一个延迟单元都是一介质，所述介质的特征在于，在所述延迟单元内部传播的所述声波的相位、频率以及振幅中的至少一个根据外部环境的物理特性或化学特性而改变。

根据又一另选构造，所述接收单元和所述发送单元可以与频率低于150kHz的电磁波匹配。

根据又一另选构造，所述无线应答装置还可以包括一位于所述延迟单元中的开口部。根据本发明的另一方面，提供了一种图像形成装置，该图像形成装置包括：根据这个另选构造的无线应答装置；记录材料传送路径，其通过所述开口部延伸；以及检测器单元，其基于来自所述无线应答装置的应答信号，来检测已经超过所述记录材料传送路径上与所述开口部的内部相对应的位置的记录材料。

根据本发明的又一方面，提供了一种无线应答装置，该无线应答装置包括输入单元和输出单元。所述输入单元包括接收电磁输入信号的接收单元，和把由所述接收单元接收的电磁输入信号变换成声波的输入变换单元。所述输出单元设置在距所述输入单元的预定距离处，所述输出单元包括把已经从所述输入单元传播的所述声波变换成电磁输出信号的输出变换单元，和无线地发送由所述输出变换单元生成的所述电磁输出信号的发送单元。

根据本发明的又一方面，提供了一种无线应答装置组，该无线应答装置组包括第一无线应答装置和第二无线应答装置。所述第一无线应答装置包括：第一接收单元，其接收电磁输入信号；第一输入变换单元，其把由所述第一接收单元接收的所述电磁输入信号变换成第一声波；第一延迟单元，其沿所述第一输入变换单元所生成的所述第一声波的传播方向设置；第一输出变换单元，其把在所述第一延迟单元内部传播的所述第一声波变换成电磁输出信号；以及第一发送单元，其无线地发送由所述第一输出变换单元生成的所述电磁输出信号。所述第二无线应答装置包括：第二接收单元，其接收电磁输入信号；第二输入变换单元，其把由所述第二接收单元接收的所述电磁输入信号变换成第二声波信号；第二延迟单元，其沿所述第二输入变换单元所生成的所述第二声波的传播方向设置；第二输出变换单元，其把在所述第二延迟单元内部传播的所述第二声波变换成电磁输出信号；以及第二发送单元，其无线地发送由所述第二输出变换单元生成的所述电磁输出信号。

根据本发明的上述方面中的任一方面的无线应答装置允许信号在延迟单元内部作为声波传播，由此使得能够使用低频信号。因此，即使处于被金属包围的环境下也可以令人满意地提取无线信号。而且，这种无线应答装置具有能够实现小型化并减少成本的简单结构。而且，通过把感测物理特性或化学特性的功能用作延迟单元，可以在被金属包围的环境下实现高精确的感测，并且还可以在远程位置中实现高精确的感测。

附图说明

基于下列图对本发明的示例性实施例进行详细说明，其中：

图1是示出了本发明示例性实施例的系统构造的框图；

图2是示出了询问器20的结构的框图；

图3是示出了无线应答装置10的功能结构的框图；

图4A是示出了无线应答装置10的装置结构的截面图，而图4B是示出了无线应答装置10的装置结构的截面图；

图5示出了根据示例性实施例的输入信号和输出信号的示例；

图6示出了根据示例性实施例的输入信号和输出信号的示例；

图7A和7B是示出了根据本发明第一实施例的无线应答装置100的装置结构的截面图；

图8是示出了根据现有技术的无线应答装置900的功能结构的框图；

图9是比较无线应答装置100与无线应答装置900之间的性能的图；

图10A和10B是示出了根据本发明第二实施例的无线应答装置200的装置结构的截面图；

图11A和11B是示出了根据本发明第三实施例的无线应答装置300的装置结构的截面图；

图12A和12B是示出了根据本发明第四实施例的无线应答装置400的装置结构的截面图；

图13A和13B是示出了根据本发明第五实施例的无线应答装置500的装置结构的截面图；以及

图14是示出了把无线应答装置500用作纸张检测传感器的多功能外围装置550的结构的框图。

标号说明

1无线应答系统，    10无线应答装置， 11接收单元，

12输入变换单元，   13延迟介质，     14输出变换单元，

15发送单元，       20询问器，       21收发器单元，

22信号处理单元，   23显示器，       24接口，

25控制器，         100无线应答装置，101延迟介质，

102接收单元，      103线圈天线，    104匹配电路，

105发送单元，      106线圈天线，    107匹配电路，

108支承架，        109支承架，      110配线，

111输入变换单元，  112压电元件，    113基板，

114输出变换器，    115压电元件，    116基板，

117电极，          118电极，        119间隔体，

200无线应答装置，  201延迟介质，    204匹配电路，

207匹配电路，      300无线应答装置，301延迟介质，

311输入变换单元，  312压电元件，    313基板，

314输出变换器，    315压电元件，    317电极，

318电极，          319间隔体，      400无线应答装置，

401延迟介质，       402接收单元，      403线圈天线，

404匹配电路，       408支承架，        411输入变换单元，

412压电元件，       413基板，          416基板，

419间隔体，         420反射体，        500无线应答装置，

530输入单元，       540输出单元，      550多功能外围装置，

551手动馈给盘，     552纸张剪切盘，    553纸张输出盘，

554纸张传送路径，   555传送辊，        703线圈天线，

706线圈天线，       708支承架，        709支承架，

713基板，           716基板，          717电极，

718电极，           719间隔体，        721天线单元，

722天线单元，       723阻抗匹配电路，  724阻抗匹配电路，

900无线应答装置，   901收发器天线单元，902匹配电路，

903RF变换单元，     904温度传感器

具体实施方式

1、基本结构

图1是示出了根据本发明示例性实施例的无线应答系统1的系统构造的框图。无线应答系统1包括无线应答装置10和询问器20。询问器20向无线应答装置10发送询问信号，接收来自无线应答装置10的应答信号，以及对该应答信号执行信号处理。

图2是示出了根据所述实施例的询问器20的结构的框图。如图2所示，询问器20是一计算机装置，其包括：向无线应答装置10发送信号/从无线应答装置10接收信号的收发器单元21；对接收的信号执行信号处理的信号处理单元22；显示信号处理结果等的显示器23；向外部装置发送数据和控制信号/从外部装置接收数据和控制信号的I/F(接口)；以及控制这些组件的控制器25。

图3是示出了根据所述实施例的无线应答装置10的功能结构的框图。无线应答装置10包括：接收单元11，其无线地接收电磁询问信号(输入信号)；输入变换单元12，其把所述输入信号变换成声波；延迟介质13，其传播经变换的信号；输出变换单元14，其把来自延迟介质13的信号变换成电信号；以及发送单元15，其无线地发送所述电信号，作为电磁应答信号(输出信号)。

接收单元11和发送单元15都包括天线和匹配电路。作为天线使用的是其中线圈环绕一铁磁体缠绕多匝以在希望频率范围内适合于匹配条件的小型天线。可以把单个或多个匹配电容(电容器(condenser))用于匹配电路。

输入变换单元12和输出变换单元14具有压电元件，该压电元件把从天线引入大约十到几百赫兹左右的低频电信号变换成声波。压电元件具有特定谐振频率，并且利用等于谐振频率的交变电流而生成声波。圆柱式压电元件可以作为压电元件和设置在该元件的两个表面中的每一个表面或其中一个表面上的经构图电极一起使用。

延迟介质13允许声波传播。声波在延迟介质13内部传播，并产生了时延。固体材料(如玻璃、金属或陶瓷)、凝胶材料、液体，或者气体可以用作延迟介质13。如果把在诸如温度、湿度或压力的外部环境的影响下可造成声波的传播条件改变的材料用于延迟介质13，则在延迟介质13内部传播的信号的频率、相位或振幅将改变。通过延迟介质13这样传播的信号被提取为输出信号并经受信号处理。以这种方式，可以感测外部环境的变化。也就是说，延迟介质13可以具有传感器功能。另外，延迟介质13可以具有生成将多个无线应答装置彼此区分的识别信号的功能，通过在延迟介质中形成反射体或吸收剂或利用具有厚度(即，用于声传播的信道长度)各自不同的延迟介质的无线应答装置来生成所述识别信号。如果把无线应答装置用作识别标志，则希望使用不充当传感器(该传感器用于在来自外部的影响下改变信号)的材料。

图4A是示出了根据本发明实施例的无线应答装置10的装置结构的截面图。图4B是示出了无线应答装置10的结构的立体图。下面，基于图4A和4B对无线应答装置10的基本结构进行说明。

如图4A所示，无线应答装置10具有夹层结构，在该夹层结构中，延迟介质13被夹在输入变换单元12与输出变换单元14之间。与输入变换单元12的与延迟介质13接触的一面相对的该输入变换单元12的另一面接合有支承架708。在支承架708上形成有接收单元11。以类似的方式，与输出变换单元14的与延迟介质13接触的一面相对的该输出变换单元14的另一面接合有支承架709。在支承架709上形成有发送单元15。在输入变换单元12与输出变换单元14之间设置有间隔体719。如图4B所示，间隔体719是具有圆筒形状的部件。因此，把延迟介质13填充在由输入变换单元12、输出变换单元14以及间隔体719限定的封闭空间中。尽管为了防止延迟介质13扩散而希望把延迟介质13填充在封闭空间中，但是可以在间隔体719的一部分处形成开口部。图4B例示了支承架708和709都同样地作为圆筒状部件。这些支承架不需要内部地闭合，而是可以具有任何类型的结构，只要这种结构能够支承接收单元11和发送单元15即可。

图4A和4B中所示无线应答装置10把空气用作延迟介质13。然而，可以把其它材料用于延迟介质13。也就是说，可以使用诸如固体材料(如玻璃、金属，或陶瓷)、凝胶材料、液体、气体等的任何其它材料，只要这种材料允许声传播即可。根据所需频率、灵敏度等来选择用于延迟介质13的合适材料。可以组合使用几种前述材料。

可以用于输入变换单元12和输出变换单元14的电磁/声波变换器中的压电材料725和726的材料包括：(1)氧化物，例如，SiO₂、SrTiO₃、BaTiO₃、BaZrO₃、LaAlO₃、ZrO₂、Y₂O38％-ZrO₂、MgO、MgAl₂O₄、LiNbO₃、LiTaO₃、Al₂O₃以及ZnO；(2)ABO₃钙钛矿(perovskite)材料，例如，BaTiO₃、PbTiO₃以及Pb_1-xLa_x(Zr_yTi_1-y)_1-x/₄O₃(其根据特征数x和y的值来生产所谓的PZT、PLT以及PLZT)；(3)正方晶系(tetragonal)、斜方晶系(orthorhombic)，或伪立方晶系(pseudo cubic)材料，例如，KnbO₃；(4)具有伪钛铁矿(pseudo ilmenite)结构的铁电体(ferroelectric)材料，其典型示例是LiNbO₃和LiTaO₃；(5)钨青铜(tungsten bronze)材料，例如，Sr_xba_1-xNb₂O₆、Pb_xBa_1-xNb₂O₆；(6)松(relaxer)铁电体材料，例如，Bi₄Ti₃O₁₂、Pb₂KNb₅O₁₅、K₃Li₂Nb₅O₁₅、Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃、Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃、Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃、Pb(In_1/3Nb_2/3)O₃、Pb(Sc_1/3Nb_2/3)O₃、Pb(Sc_1/3Na_2/3)O₃以及Pb(Cd_1/3Nb_2/3)O₃；(7)高聚合物材料，例如，聚偏二氟乙烯(polyvinylidenefluoride)(PVDF)；以及(8)从上述列举的铁电体置换衍生物中选择的合成材料。

在上述材料当中，考虑到耦合系数、压电系数等，希望将PZT、PVDF或这两种材料的合成材料用于根据实施例的无线应答装置10。

压电材料725和726被模制成具有由谐振条件限定的厚度的盘型形状或圆柱形状。在压电材料725和726中的每一个的至少一个面上设置有电极(717和718)。压电材料725和726由基板713和716保持。向压电材料725和726施加来自电极的满足谐振条件的电信号。由此造成压电材料725和726产生垂直振动、水平振动，或厚度上的延展振动。结果，把电信号变换成声波。可以根据形成在压电材料725和726上的电极的图案或布局来控制垂直振动、水平振动以及厚度上的延展振动的振动模式。可以仅利用一个压电材料来形成输入变换单元12和输出变换单元14，而不必使用基板713和716。然而，由于可以对信号线和GND(地线)进行分开布线的优点，并且还由于通过向两个压电材料输入具有不同极性的信号来增强压电材料的变形的优点，因此更希望结合使用来提供基板和压电材料的结构。

为了传播生成的声波，与输入变换单元12和输出变换单元14邻接地设置延迟介质13。如上所述，可以把固体材料(如玻璃、金属或陶瓷)、凝胶材料、液体以及气体中的任何一种材料用作压电材料。根据无线应答装置的诸如从压电材料传播的声损耗、声传播速度、感测性能需求等的目的，来恰当地选择用于延迟介质13的材料。延迟介质的厚度(在声波的传播方向上的长度)影响输出信号的延迟时间，可以根据无线应答装置的目的恰当地选择延迟介质的厚度。通常使用厚度在大约100μm(微米)到大约1m之间的延迟介质。

尽管图4A和4B所示无线应答装置具有一对分别用于输入侧和输出侧的天线单元(天线单元721和722)。但是可以把装置设置成具有多对天线。另选的是，可以把一个天线用作接收器天线和发送机天线两者。在这种情况下，可以在输入侧与输出侧之间建立对称结构。由此，通过在无线应答装置中形成反射体就可以使输入变换单元和接收器天线还充当输出变换单元和发送器天线。

天线单元721和722都具有线圈天线和电容器。线圈天线是通过环绕一铁磁体缠绕线圈形成的以在希望频率范围内适合于匹配条件。在图4A和4B所示无线应答装置中，天线单元被耦合至压电材料。可以把结构设置成使得天线单元形成在与电磁/声变换器的基板相同的基板(基板713和716)上。

阻抗匹配单元723和724都具有匹配电路，该匹配电路按这样的方式形成，即，在天线单元内把电容器、电阻器以及电感器中的一个或两个或更多个并联连接或串联连接。阻抗匹配电路723和724各用于把天线单元调谐至希望频率，并且实现与压电材料的电匹配。

图4A和4B示出了其中天线单元721和722以及阻抗匹配单元723和724分别设置在支承架708和709上的结构。可以把这种结构设置成使得天线单元721和722以及阻抗匹配单元723和724直接形成在压电元件的表面上。然而，如果在压电元件的表面上形成复杂部件，则将阻碍压电元件的振动(把电磁波变换成声波)。由此，希望把天线单元和阻抗匹配单元设置在压电元件以外的部件上。

接下来，对根据所述实施例的无线应答装置的操作的示例进行说明。

图5是示出了根据所述实施例的输入信号和输出信号的示例的图。接收器天线无线地接收低频电磁询问信号(图5中：输入信号)。接着，通过连接至天线的压电材料把该询问信号变换成低频声波。该声波通过延迟介质13传播至输出侧的压电材料。这时，因延迟介质13处的传播延迟而造成通过延迟介质传播的声波的相位相对于询问信号的相位偏移了。经延迟的信号被输出为输出信号。在一确定的标准温度下，通过延迟介质传播的声波相对于输入信号偏移的偏移量(图5中：t_s)是由延迟介质的材料和厚度所确定的一恒定值。如果延迟介质具有比标准温度更高或更低的温度，则声波的相位还从t_s起沿正向或负向偏移(图5中：Δt)。把已经传播至发送器侧的压电材料的声波变换成电磁信号，即，应答信号。把该应答信号从连接至压电材料的天线发送至询问器。根据接收的应答信号，询问器通过信号处理获得相对于询问信号的偏移量。基于该偏移量，获得延迟介质13的温度，即，要测量的对象的温度。

如果两个无线应答装置分别使用各自具有不同厚度的延迟介质，则来自应答器的输出信号的相位中的偏移量取决于延迟介质的厚度。由此，可以根据输出信号(应答信号)的相位来分别识别无线应答装置。图6是示出了根据所述实施例的输入信号和输出信号的示例的图。具体地说，两个无线应答装置的相位的偏移量(图6中：t₁和t₂)随延迟介质的厚度而不同。以这种方式，可以把应答信号用作无线应答装置的识别信号。

如果恰当地设计延迟介质的材料和厚度，则根据这个示例性实施例的无线应答装置可以同时实现两个功能，即，如上所述的传感器功能和识别功能。例如，可以把无线应答装置设计成，使得一个无线应答装置的相位的偏移量在要测量的温度范围内不与另一无线应答装置的偏移量交叠。那么，可以在识别无线应答装置的信号的同时分别获得由无线应答装置测量的诸如温度的物理特性。

根据所述实施例，可以获得以下效果。因为把低频无线询问信号发送至无线应答装置，所以可以返回应答信号，而不需要在很大程度上内部地改变频率。由此，低频电磁波可以优异地传播。也就是说，电磁波可以通过微小的间隙而被衍射，而且即使处于被金属包围的环境下也可以提取无线信号。而且，简单的结构使得能够实现小型化和成本降低。结果，可以在被金属包围的环境下容易地实现高精确的无线感测，并且还可以在远程位置容易地实现高精确的无线感测，而现有技术不能够容易地或精确地获得这种感测。

第一实施例

图7A是示出了根据第一实施例的无线应答装置100a的装置结构的截面图。图7B是示出了根据这个实施例的另一无线应答装置100b的装置结构的截面图。无线应答装置100a和100b结构相同，只是延迟介质(延迟介质101a和101b)具有不同厚度。在下面的说明中，在不需要特意根据所述后缀来彼此区分相关部件时，添加至标号的后缀a和b将被省略。

接收单元102具有线圈天线103和匹配电路104。发送单元105具有线圈天线106和匹配电路107。接收单元102和发送单元105分别形成在凹状支承架108和109上。

输入变换器111具有用于把电信号变换成声波的压电元件112，和用于保持压电元件112的基板113。输出变换器114具有与输入变换器111基本上相同的结构。也就是说，输出变换器114具有用于把声波变换成电信号的压电元件115，和用于保持压电元件115的基板116。在这个实施例中，压电元件112、基板113、压电元件115以及基板116都是由PZT制成的。用于产生与输入的电信号相对应的振动的电极117形成在压电元件112的表面上。同样在压电元件115的表面上形成电极118。在这个实施例中，电极117和118都是由Al制成的。在输入变换器111与输出变换器114之间设置有间隔体119。间隔体119理想地由绝缘材料形成，以将输入变换器111和输出变换器114相互电隔离。在这个实施例中，间隔体119由塑料材料形成。

通过把输入变换器111、输出变换器114以及间隔体119接合在一起，而在输入变换器111与输出变换器114之间创建封闭空间。这个封闭空间填充有作为延迟介质的空气。在这个实施例中，间隔体119a大约为5cm(厘米)厚，而间隔体119b大约为10cm(厘米)厚。这些厚度分别相当于大约0.3msec(毫秒)和0.7msec(毫秒)。

在支承架108和109中的每一个上都形成有配线110。通过接合支承架108和输入变换器111，以及接合支承架109和输出变换器114，配线110接触电极117和118，使得接收单元102电连接至输入变换器111，而输出变换器114电连接至发送单元105。

接下来，对用于制造无线应答装置100a和100b的方法进行说明。首先，在PZT晶板上执行诸如清洁、刻蚀以及干燥的预处理，以作为用于形成压电元件112、基板113、压电元件115以及基板116的材料。利用公知的诸如光刻法的方法，把用于形成电极117的Al形成并构图在经受了预处理的PZT晶板中的要用作压电元件112的一个晶板的表面上。以类似的方法，把用于形成电极118的Al形成并构图在PZT晶板中的要用作压电元件115的一个晶板的表面上。

把以这种方法形成的压电元件112粘合至用于形成基板113的PZT晶板，由此形成输入变换器111。以类似的方法，把压电元件112粘合至用于形成基板116的PZT晶板，由此形成输出变换器114。当将PZT晶板彼此接合时，将PZT晶板接合为具有相同的偏振方向。使用诸如热塑性材料、热固性材料或紫外线固化材料的粘性树脂材料来粘合基板。在这种情况下，从效率的观点而言，希望使用具有高弹性系数的材料。

输入变换器111和输出变换器114分别与由塑料制成的支承架108和109接合。把间隔体119插入并粘合在输入变换器111与输出变换器114之间。在制造无线应答装置100时，可以利用诸如环氧树脂的粘合剂来“接合”这些部件，或者通过把整个无线应答装置100容纳在塑料外壳中的方式对部件进行固定来“接合”这些部件。

在如上所述形成的支承架108的表面上形成有匹配电路104和线圈天线103。匹配电路104被设计成能够接收大约40kHz的信号。线圈天线103形成在铁氧体(ferrite)上。在支承架108上形成有配线110，该配线110把信号从线圈天线103传播至输入变换器111。在输出侧，按与输入侧类似的方法，在支承架109的表面上形成有线圈天线106和匹配电路107。形成配线110以把线圈天线106电连接至输出变换器114。

图8是示出了根据现有技术的无线应答装置900的结构的框图。无线应答装置900具有收发器天线单元901、匹配电路902、RF变换单元903以及温度传感器904。无线应答装置900具有大约2.5GHz的信号频率。

图9是比较根据这个实施例的无线应答装置100和根据现有技术的无线应答装置900的图。为模拟电子装置(如打印机)内部的状况，把无线应答装置100和无线应答装置900设置在被金属包围的盒子中，并且在大约0到100℃(摄氏度)的温度范围内，在距每一个盒子几十厘米的距离处监测来自应答器的无线应答信号。如图9所示，不能由现有技术的无线应答装置900检测到的应答信号可以通过本实施例的无线应答装置100检测到。也就是说，来自无线应答装置900的应答信号被金属吸收或被金属反射，导致无线应答装置900不能在被金属包围的环境下充当无线应答装置。然而，因为无线应答装置100使用大约40kHz的低频信号，所以无线应答装置100即使处于几十厘米的距离处也可以检测到应答信号，并且即使处于被金属包围的环境下也可以充当无线应答装置。

可以根据应答信号的相位之间的差别来彼此区分来自无线应答装置100a和100b的应答信号。也就是说，可以测量(特定的)无线应答装置的温度。

第二实施例

图10A是示出了根据本发明第二实施例的无线应答装置200a的装置结构的截面图。图6B是示出了也是根据所述实施例的无线应答装置200b的装置结构的截面图。无线应答装置200a和200b具有相同的结构，只是延迟介质(延迟介质201a和201b)厚度不同。在下面的说明中，在不需要特意利用这种后缀来彼此区分相关部件时，标号的后缀a和b将被省略。

而且，无线应答装置200除以下差别以外，按与根据第一实施例的无线应答装置100相同的结构和方法来制造。用于延迟介质201的材料和该材料的厚度不同。匹配电路204和207与130kHz的频率匹配。由此，将省略对差别特征以外的特征的描述。在无线应答装置200中，通过把相同标号的百位替换成数字2来指示与无线应答装置100的组件相同的组件。例如，图10A和10B中的标号217指示与图7A和7B中标号117指示的组件相同的组件，即，电极。

在这个实施例中，使用水作为用于延迟介质201的材料。延迟介质201a和201b分别具有大约1cm(厘米)和大约2cm(厘米)的厚度。这些厚度分别相当于大约4μsec(微秒)和8μsec(微秒)的延迟时间。匹配电路204和207都被设计成能够接收大约130kHz的信号。

在如第一实施例的被金属包围的环境下，进行比较试验，来比较具有上述结构的无线应答装置200和根据现有技术的无线应答装置。无线应答装置200通过使用大约130kHz的低频信号，可以在几十厘米的距离处检测到应答信号。可以根据应答信号的相位之间的差别来彼此区分来自无线应答装置200a和200b的应答信号。

第三实施例

图11A是示出了根据本发明第三实施例的无线应答装置300a的装置结构的截面图。图11B是示出了根据所述实施例的无线应答装置300b的装置结构的截面图。无线应答装置300a和300b具有相同的结构，只是延迟介质(延迟介质301a和301b)厚度不同。在下面的说明中，在不需要特意利用所述后缀来彼此区分相关部件时，应当添加至标号的后缀a和b被省略。

下面的说明将主要针对与根据第一实施例的无线应答装置100不同的这些部件进行。在无线应答装置300中，通过把相同标号的百位替换成数字3来指示与无线应答装置100的组件相同的组件。例如，图11中的标号317指示与图7中的标号117指示的组件相同的组件，即，电极。

这个实施例与根据第一实施例的无线应答装置100的不同之处在于：(a)把PVDF(聚偏二氟乙烯)用作用于压电元件312和315的材料；(b)把不锈钢用作用于基板313和316的材料；以及(c)电极317和318的布局不同于根据第一实施例的无线应答装置100的电极的布局。

首先，对用于制造无线应答装置300a和300b的方法进行说明。首先，在PVDF晶板上执行诸如清洁、刻蚀以及干燥的预处理，以作为用于形成压电元件312和315的材料。接着，利用公知的诸如光刻法的方法，把用于形成电极317的Al形成并构图在经受了预处理的PZT晶板中的一个晶板的表面上。以类似的方式，把用于形成电极318的Al形成并构图在的PZT晶板中的用于形成压电元件315的一个晶板上。把这些PVDF晶板分别粘合至由不锈钢制成的基板313和316，以形成输入变换器311和输出变换器314。

把输入变换器311和输出变换器314分别接合至由塑料制成的支承架308和309。另外，在输入变换器311和输出变换器314之间插入有间隔体319。由输入变换器311、输出变换器314以及间隔体319创建的空间被填充有作为延迟介质301的水。在填充了延迟介质301之后，把输入变换器311、输出变换器314以及间隔体319都接合到一起。在制造无线应答装置300时，可以利用诸如环氧树脂的粘合剂来“接合”这些部件，或者通过以把整个无线应答装置300容纳在塑料外壳中的方式对部件进行固定来“接合”这些部件。

在这个实施例中，间隔体319a和319b分别具有大约1cm(厘米)和大约2cm(厘米)的厚度。这些厚度分别相当于大约70μsec(微秒)大130μsec(微秒)的延迟时间。

在如第一实施例的被金属包围的环境下，进行比较试验，来比较具有上述结构的无线应答装置300和根据现有技术的无线应答装置。无线应答装置300通过使用大约130kHz的低频信号，可以在几十厘米的距离处检测到应答信号。可以根据应答信号的相位之间的差别来彼此区分来自无线应答装置300a和300b的应答信号。

第四实施例

图12A是示出了根据本发明第四实施例的无线应答装置400a的装置结构的截面图。图12B是示出了根据所述实施例的无线应答装置400b的装置结构的截面图。无线应答装置400a和400b具有相同的结构，只是延迟介质(延迟介质401a和401b)厚度不同。在下面的说明中，在不需要特意利用所述后缀来彼此区分相关部件时，应当添加至标号的后缀a和b将被省略。在无线应答装置400中，通过把相同标号的百位替换成数字4来指示与无线应答装置100的组件相同的组件。例如，图12A和12B中的标号417指示与图7A和7B中的标号117指示的组件相同的组件，在这种情况下，是电极。

在无线应答装置400中，在延迟介质的中央处设置有反射体，以允许一个单个部件充当接收单元和发送单元两者。

收发器单元402具有线圈天线403和匹配电路404。收发器单元402形成在凹状支承架408上。

输入/输出变换器411具有用于把电信号变换成声波的压电元件412，和用于保持压电元件412的基板413。在这个实施例中，压电元件412和基板413都由PZT/PVDF混合材料制成。在压电元件412的表面上形成有用于产生与输入的电信号相对应的振动的基板416。在这个实施例中，电极417由Al形成。输入/输出变换器411连接至间隔体419。把该间隔体连接至反射体420。在这个实施例中，间隔体419由塑料材料形成。

通过接合输入变换器411和间隔体419，在输入变换器411与间隔体419之间创建封闭空间。在该封闭空间中填充有作为延迟介质401的空气。在这个实施例中，间隔体419a和419b分别具有大约2cm(厘米)和大约4cm(厘米)的厚度。这些厚度分别相当于大约140μsec(微秒)和大约280μsec(微秒)的延迟时间。

在支承架408上形成有作为信号的传递路径的配线410。通过接合支承架408和输入/输出变换器411，配线410和电极417彼此接触，使得收发器单元402和输入/输出变换器411彼此电连接。

在无线应答装置400中，通过收发器单元402接收来自询问器的询问信号。把接收的信号通过配线410和基板416输入至输入/输出变换器411。输入/输出变换器411把电信号变换成声波。由输入/输出变换器411生成的声波通过延迟介质401向反射体420传播。该声波被反射体420反射，接着沿相反的方向(向输入/输出变换器411)传播。输入/输出变换器411把反射的声波变换成电信号。发送该电信号，作为来自收发器单元402的电磁波，即，应答信号。询问器通过接收该应答信号并且对该接收的应答信号执行信号处理，可以检测要测量的对象的温度。

下面，将对用于制造无线应答装置400的方法进行说明。首先，在由PZT/PVDF混合材料制成的基板上执行诸如清洁、刻蚀以及干燥的预处理，以用作用于形成压电元件412和基板413的材料。接着，利用公知的诸如光刻法的方法，把用于形成电极417的Al形成并构图在经受了预处理的由PZT/PVDF混合材料制成的基板中的要用于压电元件412的一个基板的表面上。

把以这种方法形成的压电元件412粘合至PZT/PVDF混合材料基板中的要形成基板413的一个基板，由此形成输入/输出变换器411。当彼此粘合由PZT/PVDF混合材料制成的基板时，按具有相同的偏振方向的方式来接合基板。

把由塑料制成的支承架408接合至输入/输出变换器411。在输入/输出变换器411与反射体420之间插入并粘合有间隔体419。反射体420可以由诸如塑料或金属材料的任何材料制成，只要这种材料反射声波即可。在制造无线应答装置400时，可以利用诸如环氧树脂的粘合剂来“接合”这些部件，或者通过以把整个无线应答装置400容纳在塑料外壳中的方式对部件进行固定来“接合”这些部件。

在如上述所述形成的支承架408的表面上形成有匹配电路404和线圈天线403。匹配电路404被设计成能够接收大约100kHz的信号。线圈天线403形成在铁氧体上。在支承架408上形成有把信号从线圈天线403传播至输入/输出变换器411的配线410。

在如第一实施例的被金属包围的环境下，进行比较试验，来比较具有上述结构的无线应答装置400和根据现有技术的无线应答装置。无线应答装置400通过使用大约100kHz的低频信号，可以在几十厘米的距离处检测到应答信号。可以根据应答信号的相位之间的差别来彼此区分来自无线应答装置400a和400b的应答信号。

第五实施例

图13A和13B是示出了根据本发明第五实施例的无线应答装置500的装置结构的截面图。如图13A和13B所示，无线应答装置500都具有这样的结构，在该结构中，以间隔体119的中部作为分界线，把根据第一实施例的无线应答装置100分成两部分。在无线应答装置500中，使用空气作为延迟介质。

图14是示出了多功能外围装置550的结构的框图，以作为把无线应答装置500用作纸张检测传感器的图像形成装置的示例。多功能外围装置550具有纸张传送路径554，用于把纸张(记录材料)从手动纸张馈给盘551或纸张剪切盘552传送至纸张输出盘553。所述纸张由传送辊555通过纸张传送路径554传送。为避免使附图过于复杂，附图中省略了诸如显影装置和转印辊的图像形成单元。在多功能外围装置550中，在纸张传送路径554上设置有四个纸张检测传感器，分别为无线应答装置500a到500d。

将无线应答装置500定位为使纸张传送路径554位于输入单元530与输出单元540之间。控制器556在这个实施例中充当询问器，并且可以通过接收来自无线应答装置500的应答信号来检测纸张通过。基于以下操作原理，无线应答装置500都充当纸张检测传感器。当异物(纸张)进入到延迟介质(空气)中时，声波的传播条件发生改变。由此，控制器556可以检测到纸张何时经过了无线应答装置500中的一特定的无线应答装置的位置。无线应答装置500的间隔体519具有开口部。因此，尽管没有把延迟介质501密封在封闭空间中，也可以检测到纸张是否通过。

而且，如果把无线应答装置500a到500d设置成允许声传播路径分别具有不同长度(该长度相当于第一到第四实施例中的“延迟介质的厚度”)，则控制器556可以将无线应答装置550a到550d彼此区分。也就是说，控制器556可以检测纸张已经经过的位置。

无线应答装置500是进行无线通信的装置。因此，不需要通过配线来连接无线应答装置和控制器556，由此，可以有效地简化多功能外围装置550内部的配线。结果，当把无线应答装置500用作可替换组件(如可替换纸张检测传感器)时并且装配了这种可替换组件时，不需要在控制单元556与无线应答装置500之间设置电配线。从而，可以有效地促进装置的安装。

变型例

本发明不限于上述实施例，在实践中可以对本发明进行各种修改。

压电元件、延迟介质以及装置结构的组合不限于上述实施例中引用的示例，而任意组合都是可用的。而且，诸如上述实施例中描述的延迟介质的厚度的参数只不过是示例而已，可以恰当地设计并改变成与要测量的物体或使用条件一致。压电元件的形状不限于上述实施例中描述的形状。

而且，上述实施例已经描述了询问器20进行相位比较来获得要测量的对象的物理特性或化学特性的情况。然而，在询问器中用于要由信号处理单元22执行的信号处理的方法不限于这种情况。另选的是，信号处理单元22可以执行对相位以外的其它参数(如信号频率或传播时间)进行比较的处理。

而且，在上述实施例中描述了把无线应答装置用作温度传感器或纸张检测传感器的情况。然而，要测量的对象不限于上述实施例中描述的那些。例如，可以把无线应答装置用作用于测量诸如压力、湿度、位移等的物理特性的传感器。可以通过根据要测量的对象的物理特性或化学特性来选择用于压电元件或延迟介质的合适的材料和结构来实现无线应答装置的这种用途。例如，对于把根据本发明的无线应答装置用作温度传感器的情况来说，希望的延迟介质是凝胶材料，通过该凝胶材料，声传播的状态随着温度改变而急剧变化。另选的是，对于把根据本发明的无线应答装置用作识别标志的情况来说，希望把空气作为延迟介质。

Claims (11)

1、一种无线应答装置，该无线应答装置包括：

接收单元，其接收电磁输入信号；

输入变换单元，其把由所述接收单元接收的所述电磁输入信号变换成声波；

延迟单元，其沿所述输入变换单元所生成的声波的传播方向设置；

输出变换单元，其把在所述延迟单元内部传播的所述声波变换成电磁输出信号；以及

发送单元，其无线地发送由所述输出变换单元生成的所述电磁输出信号。

2、根据权利要求1所述的无线应答装置，其中，所述接收单元和所述发送单元中的至少一个具有天线，所述天线具有线圈，所述线圈环绕一铁磁体缠绕多匝，以在预定频率范围内适合于匹配条件。

3、根据权利要求1所述的无线应答装置，其中，所述输入变换单元和所述输出变换单元中的至少一个具有压电元件。

4、根据权利要求1所述的无线应答装置，其中，所述延迟单元是一介质，所述介质的特征在于，在所述延迟单元内部传播的所述声波的相位、频率以及振幅中的至少一个根据外部环境的物理值或外部环境的化学值而改变。

5、根据权利要求1所述的无线应答装置，所述无线应答装置还包括反射体单元，所述反射体单元反射通过所述延迟单元传播的所述声波，其中，

所述输入变换单元还充当所述输出变换单元。

6、根据权利要求4所述的无线应答装置，其中，

所述延迟单元包括多个类型的延迟单元，并且

所述多个类型的所述延迟单元中的每一个延迟单元都是一介质，所述介质的特征在于，在所述延迟单元内部传播的所述声波的相位、频率以及振幅中的至少一个根据外部环境的物理值或外部环境的化学值而改变。

7、根据权利要求1所述的无线应答装置，其中，所述接收单元和所述发送单元与频率低于150kHz的电磁波匹配。

8、根据权利要求1所述的无线应答装置，所述无线应答装置还包括一位于所述延迟单元中的开口部。

9、一种图像形成装置，该图像形成装置包括：

根据权利要求8所述的无线应答装置；

记录材料传送路径，其穿过所述开口部延伸；以及

检测器单元，其基于来自所述无线应答装置的应答信号，来检测记录材料是否已经超过了所述记录材料传送路径上与所述开口部的内部相对应的位置。

10、一种无线应答装置，该无线应答装置包括：

输入单元，该输入单元包括：

接收单元，其接收电磁输入信号，和

输入变换单元，其把由所述接收单元接收的电磁输入信号变换成声波；和

输出单元，该输出单元设置在距所述输入单元预定距离处，该输出单元包括：

输出变换单元，其把从所述输入单元传播来的所述声波变换成电磁输出信号，和

发送单元，其无线地发送由所述输出变换单元生成的所述电磁输出信号。

11、一种无线应答装置组，该无线应答装置组包括：

第一无线应答装置，该第一无线应答装置包括：

第一接收单元，其接收电磁输入信号，

第一输入变换单元，其把由所述第一接收单元接收的所述电磁输入信号变换成第一声波，

第一延迟单元，其沿所述第一输入变换单元所生成的所述第一声波的传播方向设置，

第一输出变换单元，其把在所述第一延迟单元内部传播的所述第一声波变换成电磁输出信号，以及

第一发送单元，其无线地发送由所述第一输出变换单元生成的所述电磁输出信号；和

第二无线应答装置，该第二无线应答装置包括：

第二接收单元，其接收电磁输入信号，

第二输入变换单元，其把由所述第二接收单元接收的所述电磁输入信号变换成第二声波，

第二延迟单元，其沿所述第二输入变换单元所生成的所述第二声波的传播方向设置，

第二输出变换单元，其把在所述第二延迟单元内部传播的所述第二声波变换成电磁输出信号，以及

第二发送单元，其无线地发送由所述第二输出变换单元生成的所述电磁输出信号。

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