CN101842716A - 用于在多个扫描位置中感测物理性质的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于感测向扫描位置(P00-P23，Pij)分配的物理性质的系统，该系统包括适合于对感测分区(31-35，41-45，51-55)内的物理性质进行感测的传感器，其中感测分区(31-35，41-45，51-55)被布置成使得各感测分区(31-35，41-45，51-55)都覆盖至少一个扫描位置(P00-P23，Pij)，并且至少在一个扫描位置(P00-P23，Pij)中相互重叠使得各扫描位置(P00-P23，Pij)通过感测分区(31-35，41-45，51-55)的唯一模式来扫描，其中感测分区(31-35，41-45，51-55)的数目少于扫描位置(P00-P23，Pij)的数目，并且其中感测分区(31-35，41-45，51-55)包括具有共同对称轴的至少三组感测分区(30，40，50)，这些组的感测分区(30，40，50)以围绕共同对称轴的旋转角相互间隔，其中最接近的两组感测分区(30，40，50)之间的旋转角满足公式(180度)/n，其中n是感测分区(30，40，50)的组数目。这提供以提高的分辨率确定物理性质的所在而又维持鲁棒和加速的定位处理。

Description

用于在多个扫描位置中感测物理性质的系统

技术领域

本发明涉及一种用于感测向扫描位置分配的物理性质的系统。

背景技术

包括传感器的感测系统是普遍已知的，这些传感器具有以行列结构进行布置的感测分区。例如，具有内置RFID标签的对象可以容易地位于搁架上的具体位置中或者机器递送系统的具体终端处，这些搁架或者终端由以行和列结构的天线布置来扫描。各具体位置由一行天线与一列天线的交点限定。

WO 2006/109211公开一种感测系统，其中向扫描位置分配的物理性质位于扫描区域中，该扫描区域具有适合于对感测分区内的物理性质进行感测的传感器。感测分区被布置成使得它们中的各感测分区覆盖至少一个扫描位置并且至少在一个扫描位置相互重叠从而各扫描位置由感测分区的唯一模式覆盖。以这一方式，用于明确地感测和对物理性质进行定位的传感器数目与以行列结构进行布置的普遍已知感测系统相比明显减少。另外，明显加速定位速度，因为仅需进行更少的定位步骤以确定物理性质在给定扫描位置中的所在。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于感测向扫描位置分配的物理性质的系统，其中以提高的分辨率确定物理性质的所在而又维持加速的定位速度。本发明由独立权利要求来限定。有利的实施例由从属权利要求来限定。

这一目的由一种用于感测向扫描位置分配的物理性质的系统实现，该系统包括适合于对感测分区内的物理性质进行感测的传感器，其中感测分区被布置成使得各感测分区覆盖至少一个扫描位置并且至少在一个扫描位置相互重叠从而各扫描位置通过感测分区的唯一模式来扫描，其中感测分区的数目少于扫描位置的数目，并且其中感测分区包括具有共同对称轴的至少三组感测分区，这些成组的感测分区以围绕共同对称轴的旋转角相互间隔，其中最接近的两组感测分区之间的旋转角满足公式(180度)/n，其中n是感测分区的组数目。这提供扫描位置的更准确的定位，因为至少三组感测分区相对于现有技术定义了扫描位置的更精化网格。同时还保持了加速的定位的优点，因为感测分区的数目根据本发明也小于扫描位置的数目，这意味着定位步骤的数目少于扫描位置的数目。另外，用感测分区感测物理性质的可靠性和鲁棒性不受影响，因为无需修改感测分区的性质，例如尺寸。根据本发明的感测系统的另一优点在于扫描的整个区域不限于矩形区域，而且例如可以扫描六边形或者圆形区域。

扫描位置被限定为其中可以感测物理性质的点、线、区域或者3维结构。物理性质的测量不限于模拟值而是也可以向下分解为数字值或者甚至二进制值(例如存在或者不存在具有给定性质的对象)或者可以是所述二进制值的状态改变(例如对象的出现或者消失)。这里所用的术语‘物理性质’例如包括压力、电阻等，但是也包括标识码等。多个扫描位置可以以直线或者曲线或者以2维或者3维结构来进行布置。

本发明提供的优点在于：与已知系统相比，明显地减少将用来对在扫描位置中的给定物理性质明确地进行感测和定位的传感器数目。减少的传感器数目需要从传感器到检测器的更少布线、因此减少生产成本并且致使有可能设计更小的系统。保留现有技术中获得的明显加速的定位速度，因为恰如现有技术中一样仅需进行少量定位步骤以确定物理性质在给定扫描位置中的所在。

应当观察到根据本发明的感测系统可用于确定物理性质在多个扫描位置之一中或者在除了一个扫描位置之外的所有扫描位置中的所在，或者如果各物理性质例如通过该性质的唯一值范围、唯一标识号等可由传感器唯一地标识则可用于相继确定不同物理性质在不同扫描位置中的所在。

在根据本发明的用于感测物理性质的系统的一个实施例中，感测分区包括三组感测分区。这提供扫描位置位于其中的三角形区域的均匀分布的网格。通过将三进制搜索方法应用于物理性质的定位来保证加速的定位速度。

在根据本发明的用于感测物理性质的系统的一个实施例中，物理性质包括对象的RFID发射机应答器的标识码，并且传感器被配置为被设计用于读取RFID发射机应答器的标识码的天线。这样的感测系统灵活性高而生产成本低，因为可以用不同的形状和纵横比来低成本地生产用于RFID发射机应答器(标签)的天线，从而可以在根据本发明的一个感测系统内感测扫描位置的各种形状，因而提供可能性来使系统适应几乎任何可设想的需要而无大量额外成本。例如，可以通过弯曲接线或者通过将导电膏或者墨涂敷到载体上来形成天线。应当注意本发明不限于RFID标签的标识码。本发明意义上的物理性质实际上可以是链接到对象的任何数据，该数据可以通过各种方法发送。具有条形码的对象仅作为这一点的一个例子而被提及。这里，与对象关联的数据被光学地读取。包括磁要素的一种唯一布置的对象也可能被提及，该唯一布置标识所述对象。最后，包括有源发送器的对象被提及，该发送器例如借助红外线二极管来依次广播对象的标识码。具体而言，最后一个例子示出了在对象的定位与物理性质的定位之间没有清楚的界限。所述红外线码可以来自游戏板上的对象、即信号在传感器的附近生成，或者可以代之以“远程地”生成、即红外线码在传感器阵列上的位置并不直接表示某一对象的位置。

在根据本发明的用于感测物理性质的系统的一个实施例中，对象包括至少两个RFID发射机应答器。这有利地增加了对象的定位的鲁棒性，因为在RFID发射机应答器之一位于两个扫描位置的边界上的情况下仍然保证对象的定位，因为将对另一RFID发射机应答器进行定位。另一优点在于这不仅实现了对对象的定位而且还实现了对对象定向的检测。

在根据本发明的用于感测物理性质的系统的一个实施例中，传感器被配置成基本上矩形的天线回路。这是可以低成本生产的传感器的一种很易于制造的实施。

在根据本发明的用于感测物理性质的系统的一个实施例中，经由感测信号来发送感测分区的感测结果，并且其中向适合于向位置码的不同位分配各感测信号的检测器馈送感测信号。这些措施提供的优点在于感测操作的结果是如下位置码，该位置码唯一地限定感测到物理性质时所在的扫描位置或者未感测物理性质时所在的扫描位置(＝否定感测)。由于感测分区以唯一模式重叠于各扫描位置上并且向位置码的不同位分配各感测分区的感测结果，因此所得位置码对于各扫描位置而言不可避免地是唯一的。然而将注意以下约束：如果针对相同物理性质感测所有扫描位置，则仅允许物理性质出现于扫描位置之一中或者出现于除了一个扫描位置之外的所有扫描位置中。如果针对不同物理性质(例如RFID标签的不同标识码或者光束的不同颜色)相继搜索扫描位置，则不同物理性质可以出现于不同扫描位置中。本感测系统可以包括如下检测器，该检测器适合于区分来自感测信号的二进制值并且向位置码的相应位分配二进制值，从而创建二进制位置码。检测器在区分感测结果将被解释为“感测到”还是“未感测到”时应用预定标准并且将二进制结果输入到位置码的每一位中。适当标准的例子是超过限定阈值或者感测的标识码与预定标识码匹配。

如果本感测系统的检测器适合于将感测信号作为离散数分配给位置码的相应位，则可以在本发明的实施例中使用更广泛的各种传感器，这些传感器不仅包括数字传感器(它们递送它们的二进制真/假感测结果)而且包括模拟传感器(它们的模拟感测信号由检测器转换成向位置码的相应位中输入的离散数)，从而可以高分辨率地评估感测结果。

在根据本发明的用于感测物理性质的系统的一个实施例中，该系统还包括具有覆盖全部扫描位置的感测分区的传感器。这有利地提供对物理性质是否存在于待扫描区域中的快速检测。

附图说明

将参照以下附图进一步阐述和描述本发明的这些和其它方面，附图中：

图1是游戏板的示意图，该游戏板具有用于对放置于多个游戏板位置之一中的令牌进行定位的已知天线布置；

图2a-图2d是根据本发明一个实施例的用于对基本上圆形的区域内的物理性质进行感测和定位的系统的示意图；以及

图3是根据本发明一个实施例的用于对六边形区域内的物理性质进行感测和定位的系统的示意图。

附图未按比例绘制。一般而言，相同部件由图中的相同标号表示。

具体实施方式

图1示出了具有感测区域100的已知感测系统的示意图，该感测区域具有以4x4矩阵进行布置的十六个扫描位置Pij，其中i代表列号而j代表行号。具有内置RFID标签2A的对象或者令牌2放置于这些扫描位置Pij之一。感测区域100的扫描位置Pij位于矩形区域中并且由在列结构中相互邻近布置的四个大体上矩形的天线传感器1A-1D和在行结构中相互邻近布置的四个大体上矩形的天线传感器1E-1H扫描。以这一方式，天线传感器1A-1H在感测区域100内限定与扫描位置Pij对应的矩形感测分区。在本领域中已知其它更多高效感测布置。例如，WO 2006/109211公开一种扫描布置，其中用于对在扫描位置中的RFID标签明确地进行感测和定位的传感器数目相对于图1的例子明显减少并且其中感测分区未与扫描位置冲突。

现在说明用于感测区域100的已知扫描过程的例子。首先，通过相继激活天线传感器1A至1D来扫描所有列i从而查询与第一至第四列对应的一个或者多个大体上矩形的天线传感器1A至1D是否从RFID标签2A接收到检测信号。在这一例子中，只有扫描第三列的天线1C从RFID标签2A接收到信号。接着，通过相继激活与第一至第四行对应的天线传感器1E至1H来扫描所有行j从而查询这些大体上矩形的天线传感器1E至1H中的一个或者多个是否从RFID标签2A接收到检测信号。在这一例子中，只有扫描第二行的天线传感器1F从RFID标签2A接收到信号。令牌2所在的扫描位置因此已经确定为与天线传感器1C代表的第三列和天线传感器1F代表的第二行对应的扫描位置P32。如将认识到的那样，在这一例子中，需要八个扫描步骤以实现这一结果。

激活的天线传感器1A-1H在RFID标签2A的操作频率上辐射射频(RF)信号。这一RF信号由RFID标签2A的内部天线接收，该天线在无源RFID标签2A的情况下提供RFID标签2A的功率。RFID标签2A随后发送响应信号，该响应信号由激活的天线传感器1A-1H接收并且转换成检测信号，该检测信号用来推断令牌2存在于由激活的天线传感器1A-1H覆盖的区域中。RFID标签2A的响应信号也可以包括可以用来推断RFID标签2A的具体标识码的信息。这允许检测多个RFID标签2A。

在一个替代实施例中，RFID标签2A未主动地发送响应信号，但是代之以它以具体方式改变RF信号的吸收并且由此改变激活的天线传感器1A-1H的天线负载。RFID标签2A对天线负载的具体改变是用于RFID标签2A的具体标识码的量度。

在图2a-图2d中图示了根据本发明的一种更高效的传感器布置。如图2d中所示，圆形扫描区域60划分成三角形扫描位置Pij。这通过重叠各自包括五个不同感测分区的不同三组传感器30、40和50来实现。第一组传感器30如图2a中所示包括在这一例子中配置为天线回路的感测分区31、32和35，以及感测分区33和34，其中感测分区33包括两个天线回路33a和33b而感测分区34包括四个天线回路34a、34b、34c和34d，其中各天线回路具有两个平行边。第二组传感器40如图2b中所示包括在这一例子中配置为天线回路的感测分区41、42和45，以及感测分区43和44，其中感测分区43包括两个天线回路43a和43b而感测区域44包括四个天线回路44a、44b、44c和44d，其中各天线回路具有两个平行边。如图2b中所示，通过围绕圆形扫描区域60的中心将各感测分区31、32、33、34和35旋转60度的角度来获得感测分区41、42、43、44和45。第三组传感器50如图2c中所示包括在这一例子中配置为天线回路的感测分区51、52和55，以及感测分区53和54，其中感测分区53包括两个天线回路53a和53b而感测分区54包括四个天线回路54a、54b、54c和54d，其中各天线回路具有两个平行边。如图2c中所示，通过围绕圆形扫描区域60的中心将各感测分区31、32、33、34和35旋转-60度的角度来获得感测分区51、52、53、54和55。将第一、第二和第三组传感器30、40、50重叠获得如图2d中所示对圆形扫描区域60的三角形细分。有利地，如图2d中所示，可以添加覆盖圆形扫描区域60的圆形天线回路20。这一圆形天线回路20便利地用来以快速和高效的方式来检测扫描区域是否包括待感测的物理性质或者检测向扫描区域内的扫描位置Pij分配的物理性质的数目改变。这一组传感器包括可以用来检测390个不同扫描位置Pij的共计十五个不同的感测分区31、32、33、34、35、41、42、43、44、45、51、52、53、54、55，这保证高的定位速度。以这一方式，根据本发明的感测系统与行列结构相比得到物理性质定位的提高的分辨率。注意在一种更实用的传感器布置中，天线回路可以是矩形的。

可以按照感测系统的所需精确度和速度来便利地设计和适配其它传感器布置，其中各组感测分区包括或多或少的感测分区和/或不同多组感测分区之间的旋转角不同。

在图3中图示了根据本发明的另一传感器布置，该传感器布置是用来说明一种感测向扫描位置分配的物理性质的方法的相对简单例子。在这一实施例中，六边形扫描区域70如游戏板划分成24个三角形扫描位置P00-P23，在其上可以放置具有具体性质的一个或者多个对象。在本实施例中，感测系统被适配为一种用于对扫描位置P00-P23之一内具有预定物理性质的对象进行定位的系统。在这一例子中，对象被配置为具有内置RFID标签2A的令牌2。如下文将说明的那样，各扫描位置由唯一二进制位置码BC标识。用于对令牌2进行定位的系统包括限定为感测分区61、62、63、64、65和66的三组感测分区，这些感测分区在这一实施例中配置为用于感测令牌2的性质的天线，该性质在这一实施例中是将从RFID标签2A读出的标识码。应当注意RFID标签2A中存储的标识码通常是唯一的，因而可行的是将多个令牌(各令牌具有RFID标签2A，该标签具有唯一标识码)放置于板上并且通过为各令牌重复定位处理来对所有令牌进行定位。另外，在另一个实施例中两个令牌2可以置于RFID标签2A中，这增加了定位处理的鲁棒性并且增添了对令牌2在板上的定向进行检测的功能。还应当注意，虽然在本发明的这一实施例中天线回路的性质与感测分区61-66重合，但是这并非必要特征。感测分区63和64相对于感测分区61和62围绕六边形扫描区域60的中心旋转60度。感测分区65和66相对于感测分区61和62围绕六边形扫描区域60的中心旋转-60度。

根据本发明，感测分区61-66被布置成使得各感测分区61-66覆盖至少一个扫描位置P00-P23。感测分区61覆盖扫描位置P00、P01、P02、P03、P04、P05、P06、P07、P08、P09、P10和P11。感测分区62覆盖扫描位置P05、P06、P07、P08、P09、P10、P11、P12、P13、P14、P15、P16、P17和P18。感测分区63覆盖扫描位置P00、P01、P02、P03、P05、P06、P07、P08、P12、P13、P14和P19。感测分区64覆盖扫描位置P02、P03、P04、P07、P08、P09、P10、P13、P14、P15、P16、P19、P20和P21。感测分区65覆盖扫描位置P01、P02、P03、P04、P08、P09、P10、P11、P16、P17、P18和P23。感测分区66覆盖扫描位置P00、P01、P02、P06、P07、P08、P09、P14、P15、P16、P17、P21、P22和P23。另外，感测分区61-66至少在扫描位置P00-P23中的一些扫描位置处相互重叠，从而各扫描位置P00-P23由一个或者多个感测分区61-66的组合覆盖，该组合与用于所有其它扫描位置P00-P23的感测分区61-66或者其组合不同，使得所有扫描位置P00-P23由感测分区61-66的唯一模式覆盖。

在被配置为天线时，分配给感测分区61-66的传感器相继被激活，从而它们辐射电磁场，该电磁场在存在于感测分区61-66内时由RFID标签2A根据它的标识码来调制。各传感器输出包含如下信息的感测信号，该信息表示RFID标签2A对电磁场有调制或者无调制，从而可以根据这些传感器信号来推断具有RFID标签2A的令牌2是否存在于对应传感器的感测分区61-66内。在这一实施例中，传感器信号也可以包含可以用来推断RFID标签2A的具体标识码的信息。

向连接到检测器(未示出)的复用器(未示出)馈送传感器信号。检测器控制分配给感测分区61-66的传感器的相继激活并且分析传感器信号中包含的信息以便如果令牌2实际地安置于板上则对它所在的扫描位置P00-P23进行定位。在本发明的本实施例中，检测器将传感器信号区分成如下二进制值，这些值表明在相应感测分区61-66中是否检测到令牌2的性质。为了这一区分，检测器应用如下标准：是否可以感测RFID标签2A的标识码，并且如果是这样则它是否对应于预定标识码。检测器将它的定位操作的结果输出为二进制位置码BC，其中向不同感测分区61-66分配各位，从而位置码BC唯一地标识令牌2放置于其中的一个扫描位置P00-P23，或者如果不能在板上发现令牌2则输出空信号。

现在将参照表I具体地说明检测器的操作模式和高效扫描处理。检测器相继激活向感测分区61-66分配的传感器并且查询所得输出感测信号。检测器将源于与感测分区61-66对应的传感器的各传感器信号(变换成二进制值)分配给二进制位置码BC的一位。对于表明令牌2存在于感测分区61-66内的各感测信号，二进制位置码BC的分配位设置成1。另一方面，对于表明令牌2未存在于感测分区61-66内的各感测信号61-66，二进制位置码BC的分配位设置成0。表I包含用于各感测分区61-66的如下列，这些列表明与感测分区61-66对应的传感器是否已经检测到令牌2存在(由“Y”代表)或者不存在(由“N”代表)于感测分区61-66内。表I还将二进制位置码BC的所有值与对应扫描位置P00-P23一起列出。将认识到：定位处理效率很高并且仅需六个定位步骤以检测物理性质的扫描位置Pij。另外，与矩形区域相比，三角形区域实现对扫描位置的更准确定位。

表I

应当观察到在本发明的一些应用中可能没有必要检测精确的扫描位置，但是例如检测令牌2安置于其中的板的具体部分可能就足够了。对于这样的应用，感测系统可以在已经达到所需精确度时判决停止。

根据本发明的一种制造感测分区的高效方法包括提供衬底，其中例如包括一个或者多个天线回路的感测分区印刷于衬底的第一表面上，并且例如包括一个或者多个天线回路的又一感测分区印刷于与第一表面相反的第二表面上，该天线回路提供与衬底的顶表面上的天线布置不同的天线布置，其中，优选地，感测分区和又一感测分区的旋转中心重合。这一方法提供衬底的每一主表面仅一层的印刷，这与其中两个或者更多层印刷和堆叠于一个衬底表面上的公知方法相比是一种简化。成组感测分区然后由一个或者多个衬底的堆叠提供。根据本发明的一个实施例，堆叠由三个衬底的堆叠提供的三个这样的感测分区组，其中包括第二衬底堆叠的第二组感测分区围绕它的旋转中心相对于包括第一衬底堆叠的第一组感测分区旋转60度，并且其中包括第三衬底堆叠的第三组感测分区围绕它的旋转中心相对于第一组感测分区旋转-60度。以这一方式，通过在衬底的两个主表面中的每个主表面上印刷不同天线布置或者回路并且通过随后堆叠和旋转多个这些衬底来提供一种制造在用于感测物理性质的系统中使用的感测分区的高效和简易的方法。

概括而言，一种感测向扫描位置分配的物理性质的系统包括适合于对感测分区内的物理性质进行感测的传感器，其中感测分区被布置成使得各感测分区覆盖至少一个扫描位置并且至少在一个扫描位置中相互重叠使得各扫描位置通过感测分区的唯一模式来扫描，其中感测分区的数目少于扫描位置的数目，并且其中感测分区包括具有共同对称轴的至少三组感测分区，所述组的感测分区以围绕共同对称轴的旋转角相互间隔，其中最接近的两组感测分区之间的旋转角满足公式(180度)/n，其中n是感测分区的组数目。这提供以提高的分辨率确定物理性质的所在而又维持鲁棒和加速的定位处理。

应当注意上文提到的实施例举例说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计许多替代实施例而不脱离所附权利要求书的范围。在权利要求书中，置于括号之间的任何标号不应理解为限制权利要求。字眼“包括”并不排除存在除了权利要求书中列举的要素或者步骤之外的其它要素或者步骤。在要素之前的字眼“一个/一种”并不排除存在多个这样的要素。

Claims (9)

1.一种用于感测向扫描位置(P00-P23，Pij)分配的物理性质的系统，包括适合于对感测分区(31-35，41-45，51-55)内的所述物理性质进行感测的传感器，其中所述感测分区(31-35，41-45，51-55)被布置成使得所述感测分区(31-35，41-45，51-55)的每一个都覆盖至少一个扫描位置(P00-P23，Pij)，并且至少在一个扫描位置(P00-P23，Pij)中相互重叠使得每个扫描位置(P00-P23，Pij)通过感测分区(31-35，41-45，51-55)的唯一模式来扫描，其中感测分区(31-35，41-45，51-55)的数目少于扫描位置(P00-P23，Pij)的数目，并且其中所述感测分区(31-35，41-45，51-55)包括具有共同对称轴的至少三组感测分区(30，40，50)，所述组的感测分区(30，40，50)以围绕所述共同对称轴的旋转角相互间隔，其中最接近的两组感测分区(30，40，50)之间的所述旋转角满足公式(180度)/n，其中n是感测分区(30，40，50)的组数目。

2.如权利要求1所述的用于感测物理性质的系统，其中所述感测分区(31-35，41-45，51-55)包括三组感测分区(30，40，50)，其中所述扫描位置位于三角形区域中。

3.如权利要求1所述的用于感测物理性质的系统，其中所述物理性质包括对象(2)的RFID发射机应答器(2A)的标识码，并且所述传感器被配置为被设计用于读取所述的RFID发射机应答器(2A)的所述标识码的天线(31，32，33a-b，34a-d，35，41，42，43a-b，44a-d，45，51，52，53a，53b，54a-d，55)。

4.如权利要求3所述的用于感测物理性质的系统，其中所述对象(2)包括至少两个RFID发射机应答器(2A)。

5.如任一前述权利要求所述的用于感测物理性质的系统，其中所述传感器被配置成基本上矩形的天线回路。

6.如权利要求1所述的用于感测物理性质的系统，其中经由感测信号来发送所述感测分区(31-35，41-45，51-55)的所述感测结果，并且其中向适合于向位置码(BC)的不同位分配各感测信号的检测器馈送所述感测信号。

7.如权利要求6所述的用于感测物理性质的系统，其中所述检测器适合于区分来自所述感测信号的二进制值并且将所述二进制值分配给所述位置码(BC)的相应位。

8.如权利要求6所述的用于感测物理性质的系统，其中所述检测器适合于将所述感测信号作为离散数向所述位置码(BC)的所述相应位分配。

9.如权利要求1、2或者3所述的用于感测物理性质的系统，还包括：传感器，具有覆盖整个扫描位置(Pij)的感测分区(20)。

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