CN101512564B

CN101512564B - 空间分布式远程传感器

Info

Publication number: CN101512564B
Application number: CN2007800331623A
Authority: CN
Inventors: 大卫·W·库恩斯; M·本顿·弗里
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: WO2008030636A1; JP2013224944A; EP2070015A4; CN101512564A; EP2070015A1; US7948380B2; US20080061965A1; JP2010503116A

Abstract

本发明涉及一种遥感装置，所述遥感装置包括被布置以形成谐振电路的多个部件。所述多个部件包括至少一个感测部件，该感测部件具有分布于所关注领域的区域内的感测元件。所述感测元件被布置使得所述谐振电路的谐振特性能够由对与区域相关的元件有影响的外部事件修改。所述感测部件可以是具有空间分布式电容元件的电容器或具有空间分布式电感元件的电感器。

Description

空间分布式远程传感器

相关专利文件

本专利申请涉及在2006年5月16日提交的名称为“SYSTEMSAND METHODS FOR REMOTE SENSING USING INDUCTIVELYCOUPLED TRANSDUCERS”(使用电感耦合式传感器进行遥感的系统和方法)的共同拥有的美国专利申请11/383,640。

技术领域

本发明涉及传感器，更具体地讲，本发明涉及可通过电感耦合远程访问的传感器。

背景技术

射频识别(RFID)电路已经被用来检测所关注制品的存在及运动。可通过间歇或连续无线询问RFID标签来电子检测带有RFID标签的制品的存在。在典型应用中，RFID标签存储有标识(ID)码。当RFID标签被RFID标签读出器询问时，RFID标签将其ID码无线传输给RFID标签读出器。RFID标签传输给RFID标签读出器的代码表明带有RFID标签的制品的存在和标识。

RFID标签可以包括电池或其他独立电源，它们也可以从外部RFID标签读出器传输的信号获得电源。没有独立电源的RFID标签特别小且成本极低，使得它们在用于跟踪大量物品时成本低廉。

与RFID相关的技术涉及电子制品监控(EAS)标签。EAS标签和RFID标签均可远程访问，但EAS标签通常不具备RFID的数据存储能力。EAS标签和RFID标签都包含用于远程访问的转发器电路。转发器电路是谐振电路，该谐振电路具有使转发器以特定频率电动谐振而选取及布置的部件。

如果在该EAS标签的范围内，从标签读出器发射在转发器谐振频率或接近转发器谐振频率的电磁信号，该EAS转发器电路通过电感耦合吸收和/或反射来自该读出器释放的电磁场的能量。由该转发器电路所吸收或反射的能量会引起该标签读出器输出线圈输出信号或该标签读出器接收线圈输入信号的变化。可以对这些信号变化进行解译来指示带EAS标签制品的存在。

在一些应用中，希望远程采集传感器信息。可以将RFID标签和EAS标签的远程访问能力与传感器技术结合起来，以提供遥感能力。本发明实现了这些及其他需要，并提供超越现有技术的其他优势。

发明内容

本发明涉及与电感耦合式传感器有关的装置、方法及系统，具体地讲，涉及提供在所关注领域上的遥感能力的传感器。一个实施例涉及包括多个部件的遥感装置，所述多个部件至少包括被布置以形成谐振电路的电感器和电容器。多个部件中的至少一个部件具有分布在所关注领域的区域中的元件。元件被布置使得所述谐振电路的谐振特性能够由对与区域相关的元件有影响的外部事件修改。根据本发明的一个方面，分布的部件包括电容器，并且该元件是电容元件。根据另一方面，分布的部件包括电感器，并且所述元件是电感元件。

外部事件可引起至少一个部件的电参数的变化。外部事件可改变与元件相关的材料性能，该材料性能的改变引起至少一个部件的电参数的变化。电参数变化改变电路的诸如谐振频率等谐振特性。

外部事件可以包括，例如，元件暴露于环境条件、元件从谐振电路断开、或使该元件短路。

根据一项具体实施，所关注的领域包括票据对象，并且元件中的一个或多个与票据对象的各个票据相关。在该具体实施中，外部事件涉及将各个票据从票据对象移除。

根据另一项具体实施，所关注领域包括医疗敷料，并且元件分布于医疗敷料的区域中。外部事件包括该医疗敷料暴露于流体。

在进一步的具体实施中，所关注领域包括对象分配器，并且所述区域与对象分配器的对象容器相关。外部事件包括将对象从对象容器移除。

根据进一步的具体实施，所关注领域包括具有标定区域的计量器，该区域被标定用于测量外部事件。

本发明的另一个实施例涉及利用遥感装置感测外部事件的方法。该遥感装置至少包括形成具有谐振频率的感测电路的电感器和电容器。该遥感装置的至少一个部件包括多个感测元件。所述感测元件分别与所关注领域的区域相关。根据对与区域相关的感测元件有影响的外部事件来修改所述电路的谐振频率。

将感测元件与区域相关可以涉及将每个感测元件相对于相关区域进行布置。可以根据感测元件暴露于环境条件来修改谐振频率。

在进一步的具体实施中，对感测电路的谐振频率的修改进行检测并将所述修改的谐振频率解译为指示所述外部事件的发生。根据本发明的一些方面，由参考电路产生的信号可以用来解译修改的谐振频率，例如可根据参考信号将感测电路产生的信号归一化。

本发明的另一个实施例涉及遥感系统。该遥感系统包括具有多个部件的装置，所述部件至少包括被布置以形成具有谐振特性的感测电路的电感器和电容器。所述多个部件中的至少一个部件包括分别与所关注领域的区域相关的元件。所述元件被布置使得所述感测电路的谐振特性能够由对与区域相关的元件有影响的外部事件修改。该遥感系统还包括被构造用于检测谐振特性的询问器。该询问器可被构造用于将所述谐振特性的修改解译为指示所述外部事件的发生。

根据一个方面，该系统包括与外部事件隔离并被构造用于产生参考信号的参考电路，并且该询问器被构造为利用所述参考信号将所述谐振特性的修改解译为指示所述外部事件的发生。例如，询问器可被构造为利用参考信号，就相对于所述询问器的距离和取向中的至少一者将感测电路的信号归一化。

在本系统的一个具体实施中，所述区域包括票据对象，并且所述询问器设置在所述票据对象的分配器中。在另一个具体实施中，该区域包括泡罩包装的可进入部分，并且所述询问器设置在泡罩包装分配器中。

以上发明内容并非旨在描述本发明的每个实施例或本发明的每种具体实施。结合附图并参照下文的具体实施方式以及所附权利要求书，再结合对本发明比较完整的理解，本发明的优点和成效将变得显而易见并且为人所领悟。

附图说明

图1A是示出用于EAS/RFID应用的谐振电路110的示意图；

图1B是示出根据本发明实施例的谐振电路的示意图，该谐振电路包括可变感测部件；

图1C示出根据本发明实施例的遥感系统，其包括询问器和具有电容式传感器的谐振电路；

图1D和1E分别示出根据本发明实施例的可用在感测电路中的电容式传感器的平面图和剖视图，该电容式传感器具有交叉指型元件；

图2是示出根据本发明实施例的包括感测电路和参考电路的遥感系统的框图；

图3A描绘出根据本发明实施例布置的感测电路和参考电路产生的信号的曲线图，该曲线图显示外部事件发生前和发生后的信号；

图3B显示示出根据本发明实施例的在外部事件发生前和发生后感测电路信号的频谱振幅变化的曲线图；

图3C显示示出根据本发明实施例的参考电路信号频谱的曲线图，该参考电路电感连接到设置在距该参考电路d₁、d₂和d₃距离处的询问器；

图3D示出根据本发明实施例的参考信号的形状变化曲线图，该参考信号形状的变化能够用于补偿影响感测电路和读出器之间电感耦合的变化；

图4A描绘显示根据本发明实施例当暴露于聚合过程中的材料时感测电路的谐振频率迁移的曲线图；

图4B示出根据本发明实施例当在固化期间暴露到三种不同的环氧树脂混合物时三个感测电路的谐振频率变化的叠加曲线图。

图5A是示出根据本发明实施例的参考信号和传感器信号的频谱特征的曲线图；

图5B是示出根据本发明实施例用来利用参考信号特性调整传感器信号并发出警报的方法的流程图；

图6A示出根据本发明实施例的感测电路，该感测电路包括置于反应板的反应井中并且用于感测化学反应状态的交叉指型的电容元件；

图6B描绘显示由根据本发明实施例构造并且设置在五井反应板中的感测电路所产生信号的谐振频率迁移的频率扫描叠加曲线图；

图7描绘根据本发明实施例的具有水分感测电路的伤口敷料；

图8A和8B示出根据本发明实施例的具有感测电路的示例对象分配器的俯视图和仰视图；

图8C示出图8A和8B的对象分配器的横截面；

图8D示出根据本发明实施例的图8A和8B的对象分配器的感测电路的电路模型；

图8E示出根据本发明实施例结合在泡罩包装分配器中用以跟踪泡罩包装或该泡罩包装中所包含物品的询问器；

图9A和9B分别示出根据本发明实施例的包括传感器电路的票据对象的平面图和剖视图；

图9C示出图9A和9B中所示票据对象的感测电路的示意图；

图9D示出根据本发明实施例结合在票据分配器中用于当票据从分配器移除时跟踪票据的询问器；

图10示出根据本发明实施例的具有遥感电路的反应板；

图11A-11B示出根据本发明实施例的消毒计量器和分布式传感器；

图11C是根据本发明实施例包括计量器和感测电路的感测装置的俯视图；

图11D示出没有计量器的图11C的感测电路；以及

图12示出根据本发明实施例可与远程访问消毒计量器结合使用的消毒车。

虽然本发明可具有多种修改形式和替代形式，其具体特点已在图中以举例的方式示出，并将详尽描述。然而，应当理解，其目的不在于将本发明局限于所述具体实施例。相反，其目的在于涵盖由所附权利要求书限定的本发明范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式。

具体实施方式

在下列图示实施例的描述中，参考构成本文一部分的附图，且其中以举例说明的方式示出可用来实施本发明的各种实施例。应当理解，在不脱离本发明范围的前提下，可以利用这些实施例，并可以进行结构上的修改。

本发明的实施例涉及遥感的方法、装置和系统。本发明的方法将电子制品监控(EAS)或射频识别(RFID)技术与传感器技术的各个方面结合在一起。在一些实施例中，如下面更具体描述的，传感器为交叉指型传感器。在一些实施例中，传感器可以包括多个空间分布的元件，以使得在所关注领域上进行遥感。在一些实施例中，读出器可以用由参考电路产生的信号与传感器信号结合，来补偿传感器信号的改变。例如，由于传感器相对于读出器的布置及距离改变、由于传感器和读出器之间电感耦合的改变、由于电磁干扰和/或由于某些其他环境条件的变化，可能引起传感器信号变化。

图1A是示出用于EAS/RFID应用的谐振电路110的示意图。能够进行远程访问的EAS/RFID装置可采用包括并联的电感器112和电容器116的简单电路。在一些应用中，也可以在该谐振电路110中包括电阻器。该电路110被设计为在特定频率谐振，该频率取决于电路元件112、116的值。电感器112起天线的作用，用于接收、反射和/或传输电磁能，例如射频(RF)能。在一些应用中，附加电路(未示出)连接到谐振电路110，用于通过上述天线输出标识码。能够传输代码的装置通常被称为RFID装置。没有附加电路来输出ID码的装置一般被称为EAS装置。EAS装置被设计来吸收和干扰电磁(EM)场，如由读出器发出的RF场。EM场的破坏可通过读出器检测并被解译以表明EAS装置的存在。

根据本发明的实施例，基于EAS或RFID的感测电路包括至少一个用作传感器的部件。例如，图1A中描述的谐振电路110的部件112、116中一个或两个都可用作传感器。传感器部件能够根据感测的条件改变谐振电路的一个或多个谐振特性。在多种应用中，可变谐振特性可以包括谐振频率、Q系数、带宽、或该谐振电路110的其他谐振特性。

图1B的示意图示出包括电感器112和可变式感测部件的谐振电路120，该可变式感测部件在此实例中为电容式传感器126。电容式传感器126被构造为根据感测的条件改变电容值。电容值变化引起谐振电路120的谐振频率发生变化。谐振频率的变化可由RFID或EAS读出器远程检测和解译。

可以对谐振频率或其他谐振特性变化进行解译来指示感测条件的一个或多个相应变化。根据一些具体实施，可以对电路120的谐振频率变化进行解译来确定感测条件变化的数量、程度或持续时间。根据其他具体实施，对电路120在一段时间内的谐振频率变化进行检测，可以用来跟踪在该段时间内感测条件变化的进程。

图1C示出遥感系统150，其包括读出器130，本文也称为询问器，和具有电容式传感器126的谐振电路120。询问器130包括射频(RF)源134和谐振分析仪136。

询问器130包括电感器132，该电感器132用作天线将RF信号传输到谐振电路120。该谐振电路吸收并反射接近该电路谐振频率的RF能。询问器130可被构造来检测由于感测电路120吸收和/或反射RF能所引起的传输信号变化。因感测电路120进行能量吸收/反射和/或对该感测电路120所反射信号进行检测所引起的询问器信号扰动，在本文中被称为读出信号或感测电路信号。

图1D和1E分别示出交叉指型电容式传感器126的平面图和剖视图，该交叉指型电容式传感器126可用作图1B和1C中所示谐振电路120的传感器部件。电容式传感器126被构造为由基底165上的两个导电体163、164形成的交叉指型传感器。导电体163、164与多个相互交叉的电极162相连。导电体163、164及它们的相连电极162形成电容器的相对极板，其电容值取决于交叉电极162的数量、长度和间距以及在该相对导体163、164的交叉电极162之间所设置材料的介电性质。

在一些实施例中，本发明方法可涉及暴露于诸如水分或其他流体等环境条件的遥感。接触传感器126表面的水分引起交叉电极162之间材料的介电常数的变化，因为该材料吸收或吸附水分。吸收或吸附引起传感器126的电容变化，并因此引起谐振电路120谐振频率的相应变化。

在另一个实施例中，可以用电容式传感器126来检测被分析物的化学变化。例如，可将开式交叉指型传感器126的表面暴露给被分析物。被分析物的化学和/或物理变化引起该被分析物的介电性质发生变化，而该被分析物介电性质的变化继而引起传感器126电容的变化。电容的变化可由谐振电路120谐振频率的迁移来检测。在一些具体实施中，在暴露给被分析物之前，可以给传感器126涂覆一种吸收或具体地讲，粘合到该被分析物的材料。

谐振频率变化可由传感器尺寸的变化引起。例如，电容式传感器126的电容值可以根据改变电容器极板163、164间物理关系的尺寸变化而变化。例如，这样的尺寸变化可以因传感器膨胀或收缩而发生，该传感器伸展或收缩引起电容器极板163、164位置关系变化。该传感器膨胀或收缩可以因暴露到诸如光、温度、和/或水分等多种事件或条件而引起。

感测电路信号会被影响该感测电路及询问器间电感耦合的多种条件所影响。例如，感测电路信号可以由于以下因素发生变化：感测电路与询问器的取向和/或距离、电磁干扰、附近的金属材料、感测电路和询问器之间插入的材料、环境温度变化和/或其他因素。

可用参考信号作为由以上参数所引起的感测电路信号测量变化的量度。

在一个实施例中，可根据参考信号将感测电路产生的信号对于取向和/或距离归一化。如果干扰超过质量量度，则可启动报警状态。图2的框图中描绘了包括感测电路220和参考电路230的遥感系统200。可使用参考电路230产生的信号来解译感测电路220的谐振频率迁移。

在一些具体实施中，参考电路230具有类似于感测电路220的构造并且吸收和反射接近参考电路谐振频率的RF能。询问器210可配置用于检测由参考电路吸收和/或反射RF能所引起的传输信号变化。因参考电路230进行能量吸收/反射和/或对该参考电路230所反射信号进行检测而引起的询问器信号扰动，在本文中被称为参考信号或参考电路信号。图2中描绘的参考电路230可以包括没有传感器部件的谐振电路。参考电路230与感测电路220成固定关系设置。感测电路220和参考电路230无需电连接。可将参考电路230从可能影响该参考电路230谐振特性的条件屏蔽开。参考电路230可以采用具有截然不同于感测电路220谐振特性的谐振特性的谐振电路，谐振特性诸如谐振频率等。在一些具体实施中，参考电路230可以具有RFID装置，该RFID装置包括存储和传输感测电路的标识码和/或其他诸如初始谐振参数等数据的电路。

图3A描绘出感测电路和参考电路响应于询问器分别在时间t₁和t₂的频率扫描所产生信号310、320的曲线图。在时间t₁的信号310包括由感测电路产生并且与该感测电路的初始谐振频率相关的信号特征311。在时间t₂的信号320包括暴露到感测条件后由感测电路产生并且与该感测电路的谐振频率相关的信号特征321。信号310、320的比较表示出由感测条件引起的感测电路所产生信号特征的频率迁移。信号310和320还显示由参考电路分别在时间t₁和t₂产生的信号特征312、322。这些信号特征312、322与参考电路的谐振频率相关联，基本上保持不变。应当理解，尽管此例描述了由于暴露到感测条件而引起谐振频率下降，但在其他构造中，暴露到感测条件可能引起谐振频率上升。

图3B的曲线图示出感测电路在时间t₁、t₂和t₃的频率响应特性变化。在此例中，感测电路在时间t₁初始调到20MHz的谐振频率。该谐振频率由于暴露到感测条件而随后在时间t₂和t₃迁移到较低的频率。在此例中，感测电路在时间t₁、t₂和t₃的振幅和形状基本上保持不变。如果感测电路的取向或位置发生变化，由该感测电路所产生信号的频率响应特性也将发生变化，该变化为振幅随定位和/或取向变化而变化。

如前所述，可能发生由感测电路和/或参考电路所产生信号的变化，该信号变化是由与感测条件无关的条件的变化所引起的。这些变化可以涉及频率响应信号的振幅和/或形状的变化。可利用参考信号来辨别由与感测条件无关的条件所引起的传感器信号的变化。参考信号的使用如图3C和3D所示。分析感测电路产生的信号可以利用参考信号来去除干扰、距离、取向和/或改变感测电路和读出器之间电感耦合的多种参数的影响。图3C的曲线图示出参考电路信号的频谱范围，其中该参考电路电感连接到位于距离参考电路d₁、d₂和d₃距离处的询问器，且d₁＜d₂＜d₃。参考电路被调到13.56MHz的谐振频率，在此例中，由于参考电路不受感测条件影响，因此该谐振频率不变。随着询问器与参考电路之间距离的增加，由参考电路所产生信号的振幅降低。

由参考电路产生的13.56MHz处的信号表现出由于参考电路和询问器之间的距离引起的振幅变化，而如果将该参考电路与感测条件隔离，该参考电路的谐振频率可以保持相对稳定。在连续询问过程中，由感测电路产生的信号可以表现出由各种因素综合引起的变化，这些因素包括与感测条件有关的因素和与感测条件无关的因素。例如，在连续询问过程中，感测电路信号可以表现出由于与询问器距离的改变而引起的振幅变化，并且还可以表现出由于感测条件引起的谐振频率迁移。

在一些具体实施中，与感测条件无关的因素可以引起除振幅变化之外的信号频率特性变化。图3D的曲线图示出可以由与感测条件无关的因素引起的在参考信号的平均值附近的频率分布变化。在参考信号和传感器信号中均可以观察到的这些变化可以用来补偿干扰、位置变化、电感、和/或影响感测装置和询问器之间电感耦合的其他参数。图3D的曲线图示出参考电路信号的频率响应特性在时间t₁和t₂的变化。在此例中，在时间t₁，参考电路信号的频率响应特性由在平均值m₁附近的频率分布表示。在时间t₂，该频率分布的平均值迁移到m₂，并且分布的形状呈现出变化。该频率迁移以及该参考电路信号的频率分布形状变化可以由与该感测电路所感测条件不具体相关的电感耦合变化引起。该频率分布形状变化可以由该频率分布的偏斜度或尖峰值来计量。偏斜度的量与关于该均值的不对称分布有关。尖峰值表示频率分布的尖峰度。在此例中，首先在时间t1的测量呈现出关于m1的正态频率分布。在时间t2的测量呈现出关于m2的低尖峰值的偏态分布。

在一个具体实施中，可以使用参考电路信号使感测电路产生的信号归一化。使用参考电路信号使感测电路信号归一化，使得感测电路信号的谐振频率迁移更容易被解译为对应于感测条件的变化。如果参考电路是RFID装置，则可以将数据写入RFID装置，诸如与一个或多个前述感测电路询问相关的数据。如果参考装置是EAS装置，则可利用连接到询问器的数据库来管理来自感测电路询问的数据。

在多个具体实施中，可利用本发明的感测电路来检测一段时间内的条件变化。例如，可利用感测电路来检测固化、干燥、暴露到流体、气体、水分或其他条件。图4A的曲线图显示本发明感测电路暴露到聚合过程中的材料时的谐振频率迁移。感测电路的谐振峰随该材料聚合的时间迁移。几分钟后，该感测电路的谐振频率变化达到平衡，表示该材料已经固化。图4B示出叠加曲线图，显示暴露至三种不同的两部分环氧树脂混合物时三个感测电路的谐振频率变化。每种混合物代表形成该环氧树脂的不同比例的两种组分。图4B描述每个感测电路的谐振频率随每种混合物固化时间的变化。在固化期间，每种混合物产生不同的谐振迁移标记。

结合图5A和5B描述可由询问器实施的方法，该询问器利用参考信号来补偿感测电路和询问器之间的位置和/或距离变化。图5A是示出由参考电路和感测电路所产生频谱的曲线图。该曲线图示出与感测电路所产生信号相关的第一频谱特征510以及与参考电路所产生信号相关的第二频谱特征。读出信号的频谱特征510与多种参数相关，诸如峰值频率f_a、峰值大小y_a、偏斜度γ_a、尖峰值β_a和/或其他频谱参数。参考信号的频谱特征520与多种参数相关，诸如峰值频率f_r、峰值大小y_r、偏斜度γ_r、尖峰值β_r和/或其他频谱参数。可利用一个或多个参考信号频谱特征参数来校正读出信号特征，以补偿感测电路相对于询问器的位置和取向变化。

图5B的流程图进一步示出根据本发明实施例的由询问器实施的信号校正方法。询问器进行频谱分析来获取530、535读出信号与参考信号的频谱特征。为读出信号的频谱特征和参考信号的频谱特征确定540、545基线。计算550、555读出信号特征参数和参考信号特征参数，如：峰值频率、峰值大小、尖峰值、偏斜度和/或其他参数等。利用一个或多个参考信号特征参数来校正读出信号频谱特征。例如，在一个实施例中，根据下列公式利用参考信号频谱特征的峰值大小y_r来归一化560读出信号频谱特征的峰值大小y_a：

n_{y} = \frac{y_{a}}{y_{r}} .

根据参考信号特征计算570读出信号特征的分析参数。例如，读出信号特征峰值频率从参考信号特征峰值频率在时间t₁的频率迁移为：

f(t₁)＝f_r(t₁)-f_a(t₁)，

而在时间t₂为

f(t₂)＝f_r(t₂)-f_a(t₂)，

其中，f_r(t₁)和f_r(t₂)是参考信号特征分别在时间t₁和t₂的峰值频率，而f_a(t₁)和f_a(t₂)是感测电路信号特征分别在时间t₁和t₂的峰值频率。

因此，由于参考信号特征的峰值频率在时间t₁和t₂保持不变，因此可以计算出读出信号特征峰值频率从时间t₁到时间t₂的变化：

Δf＝(f(t₁)-f(t₂))＝-f_a(t₁)+f_a(t₂).

在一些实施例中，可以在一段时间内对参考电路和感测电路的峰值频率进行连续测量，以跟踪感测电路暴露到环境条件的情况。例如，可以利用连续测量来跟踪反应过程。

在一些实施例中，可利用感测电路和/或参考电路的频谱特征变化来发出580警报。在一个实施例中，可将读出信号特征的峰值频率迁移Δf与阈值进行比较。大于阈值的频率迁移可以触发警报，诸如来表示环境暴露达到临界的或期望的量或者表示反应已经结束。

在另一个实施例中，参考电路的峰值大小变化可以触发警报来表示感测电路和参考电路不在读出器的期望范围内。在其它实施例中，可利用参考电路的峰值大小y_r和感测电路的峰值大小y_a之间的差y_a-y_r来发出警报。也可以根据感测电路和/或参考电路的多个其他频谱特征参数来发出警报，这些参数包括特征偏斜度、尖峰值和/或最佳拟合余量。

如前所述，在一些具体实施中，可利用本发明的感测电路来监控化学反应的进展。如图6A所示，可将交叉指型电容器610-619置于反应板600的反应井640-649中。例如，可以利用包括交叉指型电容器610-619的感测电路信号630-639来监控反应板中的不同样本。尽管图6A中所示反应板600显示有10个反应井640-649，但可以使用更多或更少的反应井。每个电容器610-619都连接到一个电感器620-629，形成可单独寻址的感测电路630-639。感测电路630-639产生的信号可以通过一个或多个信号特征相互区别开来。例如，可以通过选择用于感测电路630-639的部件，来使得每个感测电路630-639都具有不同的谐振频率、Q系数、带宽、相位或振幅等。

在一个实施例中，该区别特征包括感测电路630-639的谐振频率，且将每个感测电路630-639调谐到不同的谐振频率。通过将反应板600设置在靠近询问器天线处并且扫描感测电路630-639的整个谐振频率范围，可以远程询问该感测电路630-639。通过分析与感测电路630-639相关的谐振峰值迁移，可以确定在每个反应井640-649所发生的反应的状态。可选地，可以将参考电路650设置在反应板上或靠近反应板的相对感测电路的固定位置。可利用来自参考电路的信号来调整感测电路630-639产生的信号，以考虑进行连续询问产生的感测电路630-639相对于询问器的距离和取向变化。

图6B描绘出设置在一个五井反应板中的感测电路的频率扫描叠加曲线图651、652。曲线651表示初始频率扫描，而曲线652表示化学反应开始后进行的频率扫描。特定反应井中的感测电路的谐振频率迁移表示出在该反应井中所发生化学反应的进程。可以在反应板中发生反应的过程期间监控峰值范围。然后，可以对得到的时间序列频谱进行数学去卷积来生成每个反应的单独响应。

在一些实施例中，感测电路包括传感器部件，该传感器部件具有分布在所关注领域的区域中的多个传感器元件。可根据对与区域相关的感测元件有影响的外部事件来修改所述电路的谐振频率。例如，可以通过将感测元件暴露到诸如光、水分、压力、气体、温度和/或其他环境参数等的环境参数来修改谐振特性。在一些实施例中，可以例如使用但不限于滤光器，将感测元件分别暴露到不同的光学参数，诸如不同的频率或光学辐射量等。在一些实施例中，可以通过使传感器元件从谐振电路断开或者使传感器元件短路，来修改谐振电路的谐振特性。

图7的示意图中示出采用分布式水分传感器元件720a-720f的感测电路740的一个具体实施。在此例中，所关注领域包括伤口敷料710的领域，而该水分感测电路740包括电容式传感器，该电容式传感器具有多个分布在伤口敷料的不同区域750a-750f中的电容式传感器元件720a-720f。如本文所述，电容元件720a-720f可以构造为串联或并联的交叉指型电容式传感器。在此例中，电容式传感器元件720a-720f受外部事件，即水分存在的影响。

诸如烧伤等大面积伤口需要特别注意控制敷料710中的水分积聚。需要将敷料710在伤口上保持足够长的时间以稳定愈合，但时间不能太长，以免敷料710的水分/湿度过大。由于对愈合区的不需要的触摸，使得过早移除敷料710会延迟愈合过程。另外，重复检查和更换这种敷料710的成本代价比较高，而且需要知道何时不再需要该敷料710。测量敷料710湿度的非接触、非侵入性方法可以获得有效、及时、且高性价比的创伤护理。

可使感测电路740的传感器元件720a-720f分布在伤口敷料710的区域750a-750f中，并且可以将其设置在伤口敷料710上或者嵌入伤口敷料710中。该感测电路还包括电感器760。在一些构造中，还使用参考电路730。

可采用分布式电容式传感器元件720a-720f来提供敷料湿度状态的指示。可将电容元件720a-720f的交叉指型电极设置在湿敏材料之上或者嵌入到湿敏材料中。由该材料进行水分吸收会改变该材料的介电常数。因为每个传感器元件720a-720f都受到水分的影响，使得受影响元件的电容发生改变，从而改变感测电路740的谐振频率。可使用具有谐振分析仪的询问器来检测对应于敷料710中水分的感测电路740的谐振频率变化。例如，敷料中的水分可以首先存在于区域750a中，影响传感器元件720a，引起感测电路740谐振频率的第一变化。经过一段时间之后，水分会存在于区域750b中，影响元件720b，引起谐振电路740谐振频率的第二变化。随着时间的推移，可以通过跟踪对应于区域750a-750f中敷料710湿度的谐振频率变化来确定更换伤口敷料的适当时间。

可使用参考电路信号来校准感测电路信号的量度到量度的变化，这些变化由该感测电路相对于询问器的距离和/或取向变化引起，和/或者由影响感测电路740和询问器之间电感耦合的其它参数引起。参考电路730可以包括谐振电路，该谐振电路具有完全不同于感测电路740的谐振频率范围的谐振频率。可以将参考电路730封装或气密地密封，以防止由于暴露到水分和/或其他环境条件而引起的谐振迁移。在一些构造中，参考电路730可以包括允许数据存储的电路。例如，所存储的数据可以与感测电路的一个或多个在前询问有关，或者可以包括关于感测电路初始条件的信息。

利用分布式传感器进行遥感的另一个实施例涉及对象分配器。图8A和8B中分别示出示例性对象分配器的俯视图和仰视图。图8C中绘出该对象分配器800的横截面。在此例中，该对象分配器800为用于分配诸如药丸等药品的泡罩包装。该泡罩包装800包括背衬830，该背衬830具有多个层，包括由电介质833隔开的第一箔层831和第二箔层832。箔层831、832和电介质833形成电容器，该电容器具有与每个药品容器805-808、815-818、825-828相关的电容元件。图8D中示出与药品容器805-808相关的电容元件805c-808c的电路模型。电容元件805c-808c与电感器850并联形成谐振电路890。

在一个实例中，根据诸如每日一丸等时间计划来访问药品容器805-808、815-818、825-828中的药品805m-808m、815m-818m、825m-828m。在访问每剂药品805m-808m、815m-818m、825m-828m时，将药品容器805-808、815-818、825-828区域中保持已访问过的药剂的背衬830移除。可提供穿孔840，以方便移除已访问过的药品容器805-808、815-818、825-828区域中的背衬830，同时保持其他区域中的背衬830完整无损。移除药品容器805-808、815-818、825-828的背衬830可以使与药品容器805-808、815-818、825-828相关的电容元件从谐振电路移除并断开。断开每个电容元件可递增改变谐振电路890的电容值，因此使谐振电路890的谐振特性发生迁移。谐振特性的迁移可通过远程询问器(未示出)来检测。对于具有不同特征频率的多个泡罩包装，可以将询问器结合在存储容器中。根据所检测的谐振电路890的谐振特性，询问器可解译出分配药品剂型805m-808m、815m-818m、825m-828m的数量。通过在一段时间内跟踪药品805m-808m、815m-818m、825m-828m，询问器可以确定分配药丸(并且假定由病人服用)的近似时间。

在一些实施例中，泡罩包装800可以另外包括参考电路880，该参考电路可用于归一化或调整谐振电路890所产生的信号，以补偿相对于远程询问器的距离和/或取向。参考电路880还可以提供数据存储能力。例如，可以在每次询问泡罩包装800之后，储存所分配药品剂型的时间和/或数量。在一个实施中，存储在参考电路880中的数据可以由询问器在指示药品已分配且可将时间报告医院的每次询问之后进行更新。询问器还可以包括提示病人或医院药物丢失的功能。

在一些具体实施中，询问器也可以被构造成询问多个遥感装置。例如，如图8E所示，可以将询问器891设置在泡罩包装分配器892之中或之上，该泡罩包装分配器892被布置用来保持多个泡罩包装893。询问器891可以检测分配器892中每个泡罩包装893的存在与否，并且还可以检测从每个泡罩包装容器894被访问的药丸或其他物品的使用情况。

具有分布式传感器的感测电路990的另一个实例涉及票据对象900，该票据对象900在图9A中的平面图和图9B中的横截面示出。感测电路990的示意图在图9C中示出。票据对象900包括多个票据905-908，这些票据占据该票据对象900的四个不同区域。尽管在图9A-9C中绘出四个票据905-908，但该票据对象900中可以包括任意数量的票据。每个票据905-908都与诸如电容器传感器元件905c-908c等传感器元件相关。

在一个实施中，票据对象900为多层结构，该结构具有两个由介电粘合剂933隔开的箔层931、932。箔层931、932连接到电感器950形成谐振电路990。当每个票据905-908被使用，与该票据905-908相关的电容器元件905c-908c就被移除、断开、短路或者以其他方式改变，进而改变谐振电路990的谐振频率。移除的或剩余的票据905-908的数量可以通过远程询问器来确定。在一些构造实施例中，如图9D所示，保持该票据对象900的分配器955可以采用询问器电路965。图9D中所示的例子示出驻留在分配器955中卷绕布置的票据900，该分配器955还包含询问器电路965，该询问器电路965能够在当票据900被从该分配器移除时跟踪票据900。

在一些具体实施中，票据对象900可以包括参考电路(未示出)，用于使谐振电路990所产生的信号相对于距离询问器的角度和距离归一化。如前所述，参考电路可以具有数据存储能力，这些数据为诸如关于票据对象900的使用信息，包括票据对象900的标识和/或该票据对象的授权使用者、日期、时间和/或该票据905-907的使用地点，和/或与该票据对象900相关的其他数据。

图10示出使用分布式传感器进行遥感的另一个例子。在此例中，反应板1000的每个反应井1040-1049都包括诸如交叉指型电容器1010-1019之类的传感器元件。传感器元件1010-1019连接到到电感器1050，形成谐振电路1030。在此构造中，传感器1010-1019不能单独访问。当在每个井1040-1049中进行化学反应时，谐振电路1030的谐振特性发生变化。谐振特性的改变指示出在反应板1000中发生的所有反应的全局过程。

在一些应用中，本发明的可远程访问式感测电路可以与计量器结合使用，从而对于条件或过程的状态提供电子指示。在一些构造中，计量器可以提供与感测电路所提供的电子指示一起的视觉指示。

图11A-11B示出可以与可远程访问式感测电路结合使用的计量器。该计量器和远程感测电路的操作将结合消毒过程进行描述，尽管该概念可应用于许多其他具体实施中。

消毒计量器通常放置在要消毒的一组物品中难以接近的位置，以便提供该消毒过程的最坏情况的场景。这种检查可起到验证消毒过程是否成功的作用。如果该计量器不能被远程访问，则必须将其移除来检查消毒过程的进展。移除该计量器会中断消毒循环并且会使消毒的物品受损。

本发明的遥感方法提供在不移除计量器的情况下检测消毒过程的进展。可用与计量器结合使用的感测电路来远程测量与有效消毒相关的一个或多个变量，诸如时间、温度、蒸汽、辐射、消毒剂使用和/或其他变量。

可将图11A-11B中示出的计量器1101与传感器1102结合使用，来形成可远程访问的消毒计量器，该计量器综合时间和温度来提供消毒过程的状态。将在蒸汽温度以下的温度熔化的计量材料1111，如水杨酰胺，置于与诸如纸质吸芯等细长吸芯1120流体接触。在该计量材料1111达到其熔点之后，其在消毒环境中沿吸芯1120随着时间的变化迁移。例如，该计量材料1111沿吸芯1120的行进可以提供消毒过程状态的视觉指示。

计量器1101可以包括沿吸芯1120的刻度标记1103，该刻度标记1103指示将该计量领域划分成多个区域。这些区域被标定成以与暴露于消毒参数的量对应。该计量器1101和吸芯1120被设置在传感器1102上，该传感器1102具有按照标定的测量区域布置的传感器元件。例如，在一个实施方案中，传感器1102可以具有交叉指型电容式传感器，该电容式传感器1102具有按照计量器1101的区域布置的电极1104。传感器是提供消毒过程状态远程访问的谐振电路的部件。

图11A和11B提供计量器1101和传感器1102的侧视图，显示计量材料1111在消毒环境中沿吸芯1120在不同时间的迁移。图11C是包括吸芯1120和远程感测电路1130的计量器1101的俯视图。图11D示出没有计量器1101的感测电路1130。电容式传感器1102的交叉指型电极1104与电感器1150耦合，从而形成具有特征谐振频率的谐振电路1130。

计量材料1111沿吸芯1120的迁移引起该计量材料1111沿交叉指型电极1104流动，使得谐振电路1130的电容式传感器1102的介电常数发生变化。该介电常数变化改变电容式传感器1102的电容值，引起谐振电路1130谐振频率的相应迁移。谐振频率的迁移量与计量材料1111沿吸芯1120移动的距离有关。当该计量材料1111流动到该计量器的另外的区域时，该感测电路1130的谐振频率发生变化。可以远程询问感测电路1130并分析谐振频率，以确定消毒过程的进程。可以用特定谐振频率表示过渡点，在该过渡点，计量材料沿吸芯1120行进到足够的区域数，以产生表示消毒过程已达到所定标准的“通过”条件。

遥感使得可以从消毒包装之外来确定消毒计量器的状态。可以在消毒循环之后询问感测电路，而且可以自动保存消毒数据，无须手动输入数据。此外，可以在消毒过程进行中实时读取远程访问消毒计量器。由于可以根据计量器数据而非预定的“最坏情况”消毒时间来移除物品，因此使得实时访问提供缩短的消毒循环。

图12示出可与上述远程访问消毒计量器结合使用的消毒车1200。该消毒车1200包括一个或多个可用以询问远程访问计量器的读取天线1210。每个计量器均可被选择在不同的频率范围工作，以便所使用的计量器可被单独访问。可将读取天线1210中的信号转发到消毒室外，以进行实时数据访问。这种转发过程可通过有线或无线读出器来实现。

在一个实施中，可使用消毒车1200和计量器来测试消毒室的有效性。可将计量器置于过程询问装置中，该过程询问装置被设计来测试在消毒气体难以接近物品之处的消毒室的功效。可将该过程询问装置放在消毒室内的多个位置。具有读取天线1210的消毒车1200可在消毒循环过程中提供实时数据采集，从而将消毒室的消毒特性映射和记录下来。例如，可以采用消毒测试来解决消毒室的问题和/或表示与法规或过程指南的符合性。

本发明方法提供具有广泛适用性的高性价比遥感解决方案。可以用许多电路构造来实现本文所述的遥感。本发明不限于特定实施例、构型或用于解释本发明概念的具体实施例。例如，感测电路可以包括对外部事件敏感且可用作该感测电路的感测部件的多种部件。例如，该感测部件可以包括一个或多个电阻器、电容器、电感器和/或多个这些部件的组合。

上文对于本发明的各种实施例的描述，其目的在于进行举例说明和描述，并非意图穷举本发明或将本发明局限于所公开的精确形式。可以按照上述教导内容进行多种修改和变化。例如，本发明的实施例可以在许多种应用中得以实施。本发明的范围不受所述具体实施方式的限定，而仅受所附权利要求书的限定。

Claims

1.一种遥感装置，包括多个部件，所述多个部件至少包括被布置以形成谐振电路的电感器和电容器，所述多个部件中的至少一个部件具有分布在所关注领域的区域中的感测元件，所述感测元件被布置使得所述谐振电路的谐振特性能够由对与区域相关的感测元件有影响的外部事件修改。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个部件包括电容器并且所述感测元件包括电容元件。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述外部事件包括所述感测元件暴露于环境条件。

4.根据权利要求1所述的装置，其中：

所述所关注领域包括票据对象，并且所述感测元件中的一个或多个与所述票据对象的各个票据相关，其中票据的移除引起相关感测元件的改变；以及

所述外部事件包括将各个票据从所述票据对象移除。

5.根据权利要求1所述的装置，其中：

所述所关注领域包括医疗敷料，并且所述感测元件分布于所述医疗敷料的区域中；以及

所述外部事件包括所述医疗敷料暴露于流体。