CN108141650A - 用于无线传感器读取器的自测试装置和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于评估读取器装置的功能性能的自测试装置和方法，所述读取器装置被配置为与无线传感器连接。所述自测试装置可以被配置为分析从读取器装置中传输的信号的精确度或由读取器装置接收到的信号的精确度。在一个实施例中，所述读取器装置可以被配置为接合自测试装置以允许读取器来传输信号，诸如短脉冲能量或短猝发射频能量以促使自测试装置输出谐振信号。自测试装置可以接收来自读取器的传输信号并针对预定值估计传输信号。所述估计出的信号可以用于评估读取器装置的传输信号的精确度以标识潜在的校准问题并且如果需要则通过自动化系统或人为干预来启动补救措施。自测试装置可以被内置在当读取器不使用时被放置在其中的扩展坞中。

Description

用于无线传感器读取器的自测试装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年9月2日提交的题为“SELF TEST DEVICE AND METHOD FORWIRELESS SENSOR READER”的美国专利申请号14/842,973的优先权，该申请在此通过引用其整体被并入。

技术领域

本发明通常涉及一种用于对被配置为读取无线传感器的装置进行测试的系统，并且更具体地涉及一种用于针对功能性和精确度对装置进行测试的系统和方法。

背景技术

已知的无线传感器系统将传感器放置在远程位置，其中由于放置传感器的环境，对部署的传感器执行精度检验是不切实际的。由于远程位置的环境或空间限制，许多环境不允许单独参考读取正在感测的参数。在一个示例中，远程位置是身体。无线传感器系统通常可以包括读取器单元或装置，其可以具有其中其被置于从传感器中获取读数的使用状态和不与传感器通信的静止状态的配置。例如，读取器单元可以是手持的或电池操作的并且适于每天使用几分钟。此读取器单元还可以被配置为在不使用时期设置在再充电(“入坞(docking)”)站上。然而，这些读取器和传感器系统可能是现场部署使得其进行工厂测试和校准以确定或纠正系统的精确度可能是不切实际的。将维修技术人员派到现场来检查系统精确度也可能是不切实际或成本过高的。因此，期望的是无线传感器/读取器系统能够进行自测试以评估其自身的性能和准确度。还期望的是自测试需要最小的额外设备和装置使用者的最小努力。还期望的是自测试不会中断、减慢、延迟或在其他方面干扰读取器的传感器询问功能。

当没有主动与传感器通信时，读取器单元可以放置在标准位置，诸如充电站或扩展坞(docking station)。通过传感器/读取器系统结合了以下多个类型的无线技术：有源&无源传感器、连续波(CW)&调制数据传输、以及模拟&数字类型系统，共享了对在现场中简单、低成本、省力的自测试的需求。

在一个应用中，无源无线传感器系统可以采用谐振电路技术。这些系统利用与激励和读取器电路进行远程通信的无源无线传感器。通常将无线传感器放置在特定位置(诸如人体内)以检测和报告感测参数。感测参数改变了无线传感器的谐振电路频率。读取器装置对无线传感器的谐振频率进行采样并分析以确定感测参数。

无源无线传感器系统可以是它们自己使用的压力监测装置或被并入其他医疗装置(包括但不限于起搏器和除颤器)中。在一个实施例中，医疗装置包括一个或多个压力传感器，其被配置为在人体内的期望位置处定位。压力传感器可以使用微机电系统(MEMS)技术来制造，并且可以被配置为将无线数据传输到外部接收器/读取器以促进将参数测量值的数据传送到外部接收器/读取器以用于由执业医师或患者观察。

一种使用MEMS技术形成的这种压力传感器具有电感性的和电容性的性质。传感器用作并联在一起的电感器(L)和电容器(C)，通常称为LC振荡回路(tank circuit)。传感器的几何形状允许随着压力增加的电容板的变形。这种变形导致板的偏转，并因此导致系统的电容值的变化。LC振荡回路还生成电子谐振频率。该谐振频率与电路的电感值和电容值有关，并且将随着电容器板在变化的压力下的偏转而改变。这个发射出的谐振频率信号被外部无线接收器/读取器接收并被解密为相关的压力读数。

这种传感器还可以包括无线数据传输能力。该装置可以不要求电池或内部电源。相反，传感器可以由指向电感器线圈的电感耦合电磁(EM)场供电，接收器/读取器装置可以通过生成射频(RF)猝发(burst)或其他信号来提供电磁场。电感器接收来自EM场的能量以对电容器充电，其中电容值随环境压力而变化。当EM场被去除时，电感和电容形成并联谐振电路以通过用作天线的电感器来辐射能量。然后该振荡电路将产生固有的RF信号，其频率与传感器的电容值成比例。电感器线圈既可以用作生成振荡RF信号的电感器，振荡RF信号具有与在某一压力下的传感器的电容成比例的频率，电感线圈也可以用作发射由LC振荡回路生成的RF信号的天线线圈。

在一个实施例中，压力传感器可以包括以并联配置组装的电感器/电容器电路，或可以包括压电的、压阻的或电容性的压力传感器。在电感器/电容器电路中，通电电路的谐振频率将随着心脏的内部压力而改变。在不要求内部供电系统的情况下，传感器通过RF信号将感测到的或检测到的压力读数无线传输到外部系统接收器。在特定实施例中，传感器可以通过指向传感器的电路的电磁场通电。

压力传感器可以被配置为提供暴露于心脏或脉管系统内的血液的工作表面。内部血液环境的这种暴露将压力传感器组件暴露于血液的压力，并允许压力传感器测量和记录相应的压力测量值并将压力测量值传输给用户。

心脏压力监测装置可以用作慢性心脏病患者的长期护理监测装置，然而心脏压力监测装置也可以用作短期护理监测装置。与其他系统和方法相比，由传感器/读取器系统获得的压力数据可以允许护理人员和临床医生在减少成本情况下获得患者的附加诊断数据。

尽管以下公开描述了一种传感器和读取器系统，其被配置为测量和/或监测心血管系统内的内部流体压力以获得用于指导治疗的数据，但是对于本领域技术人员而言显而易见的是，如这里描述的系统可被配置为测量一个或多个物理的、化学的和/或生理的参数或变量，以便于获得例如用于温度分析、血液化学分析、血液渗透分析、以及细胞计数分析的数据。它也可以配置为测量非医疗应用中的参数。例如，压力监测装置可以包括压力传感器、光学传感器、生物化学传感器、蛋白质传感器、运动传感器(例如，加速度计或陀螺仪)、温度传感器、化学传感器(例如，pH传感器)、和/或基因传感器。

诸如2008年4月7日提交的共同拥有的美国专利号8,154,389、2012年3月19日提交的美国专利号8,432,265、2010年3月19日提交的美国专利号8,493,187、以及2012年4月25日提交的美国专利号8,570,186中公开的无源传感器读取器的当前设计在这里通过引用被并入。这些专利公开了被配置为与远程位置处的传感器进行无线通信并获得读数的系统。在读取器上在其额定寿命期间执行的维护活动很少或没有的情况下，读取器可以部署在使用环境中并且要求随着时间的推移保持功能性和精确度。然而，需要一种简单、便宜的系统和方法来在现场测试读取器的可靠性以确保功能性和精确度。

附图说明

通过参考结合以下图示进行的以下详细描述，可以更好地理解本发明的目的和优点以及操作，其中：

图1图示了无源无线传感器和读取器系统的框图；

图2图示了用于对读取器装置的精确度进行测试的自测试装置的框图；

图3图示了自测试装置的实施例；

图4图示了自测试装置的实施例；

图5图示了具有可变电容的自测试装置的实施例；

图6图示了具有可变电感的自测试装置的实施例；

图7图示了读取器装置的实施例；和

图8图示了用于读取器装置的扩展坞的实施例。

发明内容

公开了一种用于对被配置为与无线传感器通信的读取器装置的精确度进行测试的自测试装置、系统以及方法。自测试装置可以被配置为评估由读取器装置获取的读数的精确度。在一个实施例中，读取器装置可以被配置为通过传输诸如短脉冲能量或短猝发射频能量的信号来使自测试装置接合，以促使自测试装置输出谐振信号。自测试装置可以接收来自读取器的传输信号并针对预定值对其进行估计。估计出的信号可以用于评估读取器装置的传输信号的精确度以评估读取器系统健康状况、识别可能的漂移问题(逐渐偏离原始准确度)、以及如果需要则通过自动化系统或人为干预来启动补救措施。

在一个实施例中，自测试装置可以被配置为将预定信号发射到读取器装置。自测试装置可以是传感器仿真器系统。传感器仿真器可以是表现得像部署的传感器的电子系统，但是传输值是预定的。这些值可以是精确的、可控的和编程的以帮助确定系统的精确度。自测试装置可以放置在扩展坞内。扩展坞可以是任何结构或装置，其中当读取器装置不与部署的传感器通信时可以放置读取器装置。扩展坞可以是固定器并可以提供附加的功能，诸如为读取器装置的电池充电，或向外部处理器或网络提供数据链。扩展坞还可以被配置为接收输入并在显示面板上显示输出。读取器装置可以从自测试装置中接收预定信号并可以处理该信号以提供输出信号。可以通过将读取值与预定的仿真器输出进行比较来估计输出信号以评估读取器装置的精确度，以便标识校准问题并且如果需要则通过自动化系统或人为干预来启动补救措施。

在另一个实施例中，自测试装置可以被配置为测试读取器装置的精确度和功能性。自测试装置可以被配置为接收来自读取器装置的输入并提供类似传感器的输出。自测试装置的类似传感器的输出可以被预定并基于来自读取器装置的输入。读取器装置可以被配置为通过将输入传输到自测试装置、接收来自自测试装置的输出、以及针对预定值估计那些输出来执行自测试。读取器装置可以在其自己的处理器上执行该估计，或可以将其读数中继给另一个处理器用于分析。读取器装置可以使用估计出的结果来评估读取器装置健康状况、标记潜在的问题以及启动补救措施。自测试装置被配置为接合读取器装置，使得从与读取器装置的天线或接收器相关的已知位置中提供已知信号，以消除由于空间定位中的随机变化而导致的自测试结果的变化。测试装置还可以被内置在具有显示器的扩展坞中，其中扩展坞可以被配置为给读取器装置充电。

此外，公开了一种用于无线感测来自远程位置的参数的系统。该系统包括被配置为与无线传感器通信的无线读取器，和当被置于与所述读取器通信时以已知方式仿真所述无线传感器的至少一个电气行为的自测试装置。该系统可以被配置为执行自测试使得所述读取器与所述自测试装置无线通信并从所述自测试装置中获得至少一个响应，并且可以将所述至少一个响应与来自所述自测试装置的预期响应进行比较以评估所述读取器的功能性能。无线传感器可以被配置为与至少一个感测参数成比例地改变其谐振频率。

自测试装置可以由所述读取器无线供电或可以由电池供电。自测试装置可以使用数字数据、经调制的信号或连续波信号与所述读取器进行通信。

读取器可以是手持装置，其可以是电池供电并被配置为当不使用时被放置在标准扩展坞中。自测试装置可以被内置在扩展坞中。扩展坞可以向所述读取器提供电池充电功能或数据链接功能。自测试装置可以由所述扩展坞供电。

自测试装置可以被配置为改变对所述读取器的所述至少一个响应，以便仿真所述传感器的多个操作状态。自测试装置可以被配置为改变其对所述读取器的至少一个响应，以便当所述无线传感器暴露于多个环境条件时仿真来自所述无线传感器的所述响应。自测试装置可以被配置为调整其Q因数及其谐振频率。此外，所述自测试装置可以被配置为改变其对所述读取器的至少一个响应，以便当相对于所述读取器在多个射频(RF)链接距离处定位所述传感器时，仿真所述无线传感器的所述响应。自测试装置可以包括与所述传感器的所述天线电相似的天线。自测试装置可以被配置为测量来自所述读取器的功率传输。自测试装置可以被配置为对来自所述读取器的传输进行采样以用于分析。自测试装置可以包括LC谐振回路，其中所述LC谐振回路的谐振频率可以是可调的。无线传感器可以由电感耦合供电。

所述至少一个响应与所述预期响应的比较可以由所述读取器进行，或者可以由所述读取器之外的系统进行。所述读取器的功能性能的评估可以由所述读取器进行，或者可以由所述读取器之外的系统进行，其中所述评估可以被传送回给所述读取器。系统可以针对至少一个预定阈值来估计所述至少一个响应与所述预期响应的比较结果，其中当所述比较值超过所述预定阈值时，系统可以采取行动。

自测试可以由用于测量时间间隔的电路、实时时钟、用户输入、来自另一装置的输入、指示所述读取器已被入坞的信号或唤醒定时器来启动。所述评估的至少一个结果可以显示在屏幕上。所述评估的至少一个结果可以被传送到外部装置。

在另一个实施例中，提供了一种用于自测试读取器装置的方法，该方法包括提供被配置为与无线传感器通信的无线读取器。读取器可以被置于与自测试装置通信，所述自测试装置被配置为以已知方式仿真所述无线传感器的至少一个电气行为。可以进行自测试使得所述读取器与所述自测试装置进行无线通信并获得至少一个响应。至少一个响应可以与来自所述自测试装置的至少一个预期响应进行比较，以便评估所述读取器的功能性能。

可以与至少一个感测参数成比例地改变所述无线传感器的谐振频率。自测试装置可以由所述读取器或用电池无线供电。自测试装置可以使用数字数据、经调制的信号或连续波信号与所述读取器进行通信。

当不与所述无线传感器通信时，读取器可被放置在标准扩展坞中，其中自测试装置可被内置到所述扩展坞中。所述读取器的电池可以通过将所述读取器放置在所述扩展坞中而被充电。数据链接功能可以从所述扩展坞提供给所述读取器。扩展坞可以向所述自测试装置提供电力。

所述自测试装置对所述读取器的至少一个响应可以被改变，以便仿真所述传感器的多个操作状态。所述自测试装置对所述读取器的至少一个响应可以被改变，以便当所述无线传感器暴露于多个环境条件时仿真来自所述无线传感器的所述响应。可以调整所述自测试装置的Q因数和谐振频率。当相对于所述读取器在多个射频(RF)链接距离处定位所述传感器时，可以改变来自所述自测试装置对所述读取器的至少一个响应，以便仿真所述无线传感器的所述响应。

可以测量来自所述读取器的电力传输。可以对来自所述读取器的用于分析所述传输的传输进行采样。可以调整所述自测试装置的LC谐振回路的谐振频率。

所述读取器的功能性能可以被评估并可以被传送给所述读取器。可以针对至少一个预定阈值来估计所述至少一个响应与所述预期响应的比较。当所述比较值超过所述预定阈值时可采取行动。

自测试可以由用于测量时间间隔的电路、实时时钟、用户输入、来自另一装置的输入、指示所述读取器已被入坞的信号或唤醒定时器来启动。所述评估的结果可以显示在屏幕上。评估的结果可以传送到外部装置。

在另一个实施例中，提供了一种用于无线感测来自远程位置的参数的系统。该系统可以包括：无线传感器，其配置为与至少一个感测参数成比例地改变其谐振频率。读取器，其被配置为仅在固定频率处将激励脉冲传输到所述无线传感器，以响应于所述激励脉冲从所述无线传感器中接收信号，以及采样并保持所述接收到的信号。自测试装置，当其置于与所述读取器通信时以已知的方式仿真所述无线传感器的电气行为。该系统可以被配置为执行自测试，使得所述读取器与所述自测试装置进行无线通信并获得至少一个响应。所述至少一个响应可以与来自所述自测试装置的至少一个预期响应进行比较，以便评估所述读取器的功能性能。该系统可以针对至少一个预定阈值来估计所述响应与所述预期响应的所述比较。

在一个实施例中，提供了一种用于从远程位置中获得测量值的系统。该系统可以包括配置为与至少一个感测参数成比例地改变其谐振频率的无线传感器。手持式电池供电的读取器，其被配置为仅在固定频率处将激励脉冲传输到所述无线传感器，并且响应于所述激励脉冲从所述无线传感器中接收信号。自测试装置，当其置于与所述读取器通信时，以已知的方式仿真所述无线传感器的至少一个电气行为。该系统可以被配置为执行自测试，使得所述读取器将所述激励脉冲无线地传输到所述自测试装置并获得至少一个响应。至少一个响应可以与来自所述自测试装置的至少一个预期响应进行比较，以便评估所述读取器的功能性能。

在另一个实施例中，提供了一种从远程位置中获得测量值的方法。该方法可以包括将激励脉冲传输到无线传感器。可以响应于所述激励脉冲从所述无线传感器中接收信号。可以生成计数信号且可以调整所述计数信号的频率以匹配所述接收到的信号的频率。计数信号的频率可以保持暂时不变以待确定，其中所述无线传感器可以被配置为与至少一个预定参数成比例地调整其谐振频率。在当所述读取器不与所述传感器通信时的时期，读取器可以被置于与自测试装置通信。自测试装置可以被配置为以已知方式仿真所述传感器的至少一个电气行为。可以进行自测试使得所述读取器与所述自测试装置进行无线通信并获得至少一个响应。该至少一个响应可以与来自所述自测试的至少一个预期响应进行比较。激励脉冲可以是固定频率脉冲。

在另一个实施例中，提供了一种无线传感器读取器，其可以包括被配置为生成激励脉冲以促使无线传感器发射振铃信号的传输电路。天线可以被配置为传输所述激励脉冲并接收所述振铃信号。锁相环电路可以被配置为接收所述振铃信号，所述锁相环电路可以包括压控振荡器，其被配置为在与所述振铃信号频率相关的频率处生成计数信号。锁相环电路能够被置于采样模式中以接收所述振铃信号并基于所述振铃信号的频率来调整所述计数信号的频率。锁相环电路能够被置于保持模式中以在足以确定所述计数信号的频率的一段时间中将所述计数信号的频率保持恒定。当置于与所述读取器通信时，自测试装置可以以已知的方式仿真所述无线传感器的至少一个电气行为。系统可以被配置为执行自测试，使得所述读取器与所述自测试装置进行无线通信并获得至少一个响应。该至少一个响应可以与来自所述自测试装置的预期响应进行比较，以便评估所述读取器的功能性能。

该系统的优点在于当接合到扩展坞时，读取器装置可以处于已知状态。读取器装置的天线可以相对于自测试传感器装置的天线定位在标准的统一位置中。这可以消除由于改变读取器天线位置(即，x，y和z轴、角度偏移、或关于读取器/传感器天线的相对位置的运动)而导致的读数不精确。自测试装置可以用在比传感器/读取器系统的正常使用环境更受控制的环境中。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的示例性实施例，其示例在附图中被图示。应该理解的是，在不脱离本发明的相应范围的情况下可以利用其他实施例并可以进行结构的和功能的改变。

公开了一种用于对无线读取器装置进行自测试的设备和方法。如图2所示，包括传感器仿真器100的自测试装置可以被配置为将参考数据102与读取器装置10进行无线通信，读取器装置10被配置成与传感器12进行远程和无线通信，如图1所示。自测试装置100可以被配置为以与无线传感器12的行为电相似的方式运行，包括产生与无线传感器12的无线信号电相似的无线信号，或以类似于无线传感器12的无线信号的方式从读取器接收功率或数据传输。无线传感器12可以是无源型传感器。如图1所示，读取器装置10能够通过在传感器12的谐振频率处或其附近传输诸如射频(“RF”)脉冲的信号14(激励脉冲)来激励传感器12。传感器12响应于来自读取器10的信号/激励脉冲14在短时间段内可以发射振铃频率信号16。特别地，传感器12可以被设计为放置在人的心血管系统内以提供可以是期望识别的感测参数(诸如血压)的函数的信号。读取器装置10可以被配置为经由与传感器12的无线通信来接收和确定振铃频率信号16并推断感测参数。

传感器12可以是无源装置，其能够响应于在传感器12的谐振频率处或其附近的激励信号14发射振铃频率信号16。传感器12可以被配置为感测特定参数。相应的读取器10可以采用相应的信号以激活传感器12。传感器12可以包括电容器15和电感器13。读取器装置10可以通过在传感器12附近传输激励脉冲14来激励传感器12。例如，读取器可以在传感器12的谐振频率处或其附近发射射频(“RF”)激励脉冲14。传感器12可以响应于激励脉冲14发射振铃频率信号16。读取器10可以接收振铃频率信号16并确定信号16的频率以推断数据来确定感测到的参数值。见图1。

传感器12也可以是由电池供电的有源传感器，其不要求从读取器10传输功率脉冲。传感器12还可以使用本领域众所周知的多个调制方案中的任一种经由数字或模拟无线信号进行通信。

读取器10也可以与数据接口17通信。读取器10和数据接口17可以直接或间接连接，或可以经由远程连接进行通信。读取器10可以将诸如与传感器12相关的数据的信息发送到数据接口17。读取器10还可以将关于读取器10的状态的信息发送到数据接口17。数据接口17可以将配置信息提供给读取器10。例如，数据接口17可以提供关于用于对传感器12进行采样的时间表和间隔的信息。

数据接口17可以与远程数据收集系统18进行通信以交换状态和控制信号，并且提供传感器数据。远程数据系统18可以包括用于从数据接口17接收数据的数据收集模块19、用于存储接收到的数据的数据记录模块20、以及用于显示传感器数据的数据显示器21。

本公开可以应用于无线传感器系统的任何实施例中，无线传感器系统被配置为仿真，即，与其相关联的读取器装置的电相互作用可以通过电路以可重复的、受控的方式再现。因此，在由本公开描述的系统中可以使用各种读取器和传感器类型的系统(例如有源传感器、无源传感器、连续波传感器、调制传感器、模拟传感器以及数字型系统)。例如，下面的描述将集中在由通过上面引用并入的所标识的现有技术所描述的传感器类型上。

然而，读取器装置10的精确度可能有时变得不一致，以及另外可能要求校准或进一步维护以确保精确的脉冲频率和精确的读数。如图2-8所示，可以提供自测试传感器装置100以当读取器10未被使用时以与传感器12电相似的方式运行。特别地，可以提供自测试传感器装置100以允许读取器10进行“自测试”来帮助读取器10的精确度评估和可能的校准。自测试传感器装置100可以包括外壳114内的电容器115和电感器113。电感器113可以被配置为线圈并可以被称为自测试传感器装置100的天线。

在一个实施例中，读取器10可以发射由自测试传感器装置100待接收的激励脉冲14。自测试传感器装置100可以接收被传输的激励脉冲14并针对预定值对其进行估计。估计可以推断：激励脉冲14被校准并且处于可接受的工作顺序，或激励脉冲14是不精确的并且将采取另外的补救措施。在实施例中，读取器装置10可以使用近场RF通信或电感耦合与自测传感器装置100相互作用。自测试传感器装置100可以被配置为对初始激励脉冲14的校准进行评估。自测试传感器装置100可以用其自己的内部电路执行评估，或可以将结果传送给执行评估的外部装置。它也可能会将其传送给操作人员以用于评估。自测试传感器装置100可直接测量来自读取器装置10的传输功率或数据，并报告或估计诸如信号强度、持续时间、频率、数据、SNR、或感兴趣的其他参数的参数。

在另一个实施例中，自测试传感器装置100可以被配置成用于读取器装置10的扩展坞110的形式。如图3和图8所示，读取器10可选择性地接合到扩展坞110，其中可以产生信号指示以通知自测试传感器装置100读取器装置10的存在。读取器装置10可以被提示以发射激励脉冲14。响应于激励脉冲14或其他信号指示，自测试传感器装置100可以发射由读取器装置10待接收的测试振铃信号102。读取器装置10可以接收并估计测试振铃信号102的频率以确定测试参数值。然而，就此而言，测试振铃信号102可以是预编程的或预定的值，诸如评估实体(自动或人工)已知的参考值。在一个实施例中，参考值是已知的以在已经由参考校准的读取器装置(例如在工厂处)预先估计之后生成预定的感测参数值。此外，测试振铃信号的预定值可以基于i)预定的或编程的时间表、ii)直接从用户输入扩展坞的指令、或iii)来自外部源的信号。

更特别地，读取器10可以接收测试振铃信号102，然后对测试振铃信号102进行估计以确定感测到的参数值。然后可以将感测到的参数值与预定的感测参数值进行比较。可以识别感测到的参数值和预定的感测参数值之间的差值，其中读取器装置10或自测试传感器装置100可以将信号提供给外部数据接口17，该信号指示读取器装置10可能需要维护、校准、或处于精确的工作顺序。

当在与自测试传感器装置100相邻的位置处定位时，读取器10在被置于使用状态之前或之后可以执行自测试。在一个实施例中，读取器装置10可以包括外壳112，并且自测试传感器装置100可以包括外壳114，其中外壳112、114可以被配置为彼此对齐并彼此接合以发送和接收脉冲14和测试振铃信号102。如图4所示，读取器10的天线26可以处于距自测试传感器装置100的天线113已知距离D1处，并沿公共轴线50对齐。外壳112、114可以被配置为促使来自读取器装置100的天线26和自测试传感器装置100的天线113的对齐和已知距离。在一个实施例中，自测试传感器装置100的天线113被配置为与实际传感器装置12的天线线圈13相同的天线线圈。然而，本公开不限于天线13、113的配置。

在一个实施例中，当传感器12将在某些使用环境中电气地出现时，自测试装置100可以被配置为对实际传感器12进行仿真。例如，可以通过向谐振电路添加电阻R来有意地降低自测试装置的品质因数Q，以便对比读取器10和自测试装置100之间的实际链接距离D1更大的链接距离进行仿真。作为进一步的示例，自测试装置100可以改变其输出以仿真不同级别的感测参数、不同的操作温度、或更高的噪声级别。

自测试传感器装置100可以是LC谐振回路(resonant tank circuit)。自测试传感器装置100可以包括如图5所示的可变电容器115或者如图6所示的可变电感器113。然而，因为本公开不限于此，所以本公开可以包括各种类型和数量的电容器和电感器。自测试传感器装置可以包括LC谐振回路，其模拟无源传感器在已知固定频率处的电气性能。自测试传感器装置100可以是可调谐的，使得其可以根据预设程序或响应于命令改变其谐振频率，允许了在一些或全部的系统操作范围内进行自测试。此外，自测试传感器装置100可以是可调谐的以改变其品质因数(Q)来仿真读取器装置10的天线26和自测试传感器装置100之间的链接距离。自测试传感器装置100的电路或配置可以确保Q因数是已知的预定值。

自测试传感器装置100可以是具有固定电容器和电感器的LC谐振回路，其被配置为提供用于在一个频率处进行自测试的简单且便宜的装置。此外，自测试传感器装置100可以包括多个模块化的固定频率LC谐振电路，多个模块化的固定频率LC谐振电路可以由用户手动或自动改变，允许在多个工作频率处进行自测试。

自测试传感器装置100可以是对具有数字输入和输出的传感器进行仿真的数字系统，其中响应于命令或预设程序，输入和输出可以是固定的或可变的。自测试传感器装置100可以通过电感耦合供电，或可以由电池供电或者把插头插入到电力插座或相关联的装置中。

如图7所示，读取器装置的外壳112可以容纳手持读取器10。自测试传感器装置的外壳114可以是配置为在其上接收读取器的外壳112的扩展坞110。见图8。外壳112、114可以包括具有互补(complimentary)形状的结构使得自测试传感器装置外壳114接合读取器装置外壳112，其中电气组件的相对对齐和空间可以是一致的且已知的。在读取器装置10接合扩展坞110时，读取器装置10的物理布置可以确保读取器天线26相对于自测试传感器装置100的天线线圈113的位置总是处于已知的预定状态。

在一个实施例中，读取器装置10可以包括用于发送激励脉冲14、接收传感器振铃信号16或测试振铃信号102、以及处理振铃信号16或测试振铃信号102的电路。例如，读取器10可以包括用于配置和激活读取器10中的其他电路的定时和控制电路。定时和控制电路可以包括由数字或低频信号操作的控制接口。定时和控制电路可以生成被发送到传输电路的RF信号。传输电路可以接收RF信号并发送出激励脉冲14以激励传感器12或自测试传感器装置100。

读取器10还可以包括连接到传输电路和接收电路的天线26。传输电路可以利用天线26来传输激励脉冲14，而接收电路可以利用天线26来接收振铃信号16和测试振铃信号102。在实施例中，天线26可以始终连接到传输电路和接收电路两者，而不是在传输电路和接收电路之间切换。该共享天线26设计可以具有设计考虑以防止损坏接收电路。特别地，在激励脉冲14的传输期间，天线26处的电压可以超过200伏的峰间值，并且在紧接来自传感器12或自测试传感器装置100的振铃信号16之后的接收期间，其可以是快速衰减至微伏的个位数毫伏。传输电路和接收电路可以位于读取器装置10内。

虽然读取器10被描述为具有共享天线26，但应该理解的是，读取器10可以包含多于一个天线以分别执行传输激励脉冲14和接收振铃信号16或测试振铃信号102的功能。

读取器10还可以包括用于接收和锁定振铃信号16或测试振铃信号102的PLL。在将振铃信号16或测试振铃信号102发送到PLL之前，接收电路可以放大并调节振铃信号16或测试振铃信号102。PLL可以包括在比振铃信号16或测试振铃信号102频率更高的频率处操作的压控振荡器(“VCO”)。VCO与对VCO频率进行计数的频率计数器连接，并将计数提供给外部接口电路以传送到数据接口17。

读取器10的每个组件被设计为高效操作并降低功耗。读取器10的传输电路可以被配置为借由天线26将激励脉冲14传输到传感器12。激励脉冲14可以是在传感器12的谐振频率处或其附近的固定的或快速变化的频率脉冲串。例如，激励脉冲14可以是传感器12谐振频率的多个带宽内的固定频率猝发。可选择地，激励脉冲14可以是在与传感器12谐振频率谐波相关的频率处或其附近的固定的或快速变化的频率猝发或非常短期间内的扫描。激励脉冲14也可以是超宽带脉冲。该多个激励脉冲14方法可能是有效的，因为当激励脉冲14传输已经停止时可以接收到振铃信号16。因此，激励脉冲14传输可能限于监管政府机构可接受的频带、振幅以及调制方案。射频规则通常可能不适用于传感器12，因为传感器12可能是纯无源装置。

激励脉冲14可以不要求大量的传输时间，因为能量的单个短传输可能导致振铃信号16或测试振铃信号102的单个且完整的样本。通过使用较低的传输占空比可以降低功耗，从而减少传输、接收、计数、以及数字处理电路的占空比。通过降低功耗，电池功率成为更加可行的选项来为系统供电。激励脉冲14可以被配置为使多个系统参数最大化。例如，如果使用固定频率的激励脉冲14，则猝发的频率可以被配置为最大化参数，诸如最大可允许的传输峰值功率、当PLL被锁定到振铃信号16时在“接收”间隔期间最大限度地避免带内或近频带干扰、用于期望的传感器目的的读取器传输的特定频率的最大全球接受度、或其他这样的标准。为了以这种方式利用固定频率，可以在将对传感器12或自测试传感器装置100进行采样之前预先确定激励脉冲14的频率。这允许将激励脉冲14集中到其中激励脉冲14不是扫频的传感器12的谐振频率。使用固定频率允许降低功耗。相反，扫频激励脉冲14尝试对传感器采样以标识具有期望幅度或功率的谐振频率，以允许振铃信号16的精确传输和分析。然而，扫频可能是不期望的，因为它要求大量的附加电路，并因此要求用于读取器装置的更大的外壳。

一旦激励脉冲14由传输电路以固定频率传输，接收电路就可以被配置为监听振铃信号16或测试振铃信号102。在激励脉冲的传输期间，天线26处的电压可以达到200伏峰间值以上，仅要求大约60皮法的电容来调谐天线26。在实施例中，1皮法电容器可以用作13.5兆赫传输电路上的高阻抗输入电流限制装置。

在操作中，读取器10的传输电路和接收电路都可能变得未校准，其中激励脉冲14的特定频率范围可能在不期望的频率处被传输或配置为接收和分析振铃信号16的电路可能关于精确度或准确度受到影响。

在一个实施例中，扩展坞110包括具有自测试传感器装置100的外壳114，该自测试传感器装置100被配置为将参考数据与读取器10进行无线通信。一旦读取器装置10附接到扩展坞110，就可以提示读取器10产生激励脉冲14。可选择地，读取器10可以在没有提示的情况下，例如在入坞状态中的某一时间间隔之后、在由实时时钟确定出的某一时间处、或者当感测到自测试传感器装置100时立即开始测试。自测试传感器装置100可以接收激励脉冲并将其与已知数据进行比较。激励脉冲14的比较或估计可以标识读取器装置的传输电路是否被充分校准。此外，自测试传感器装置100还可以仿真由读取器装置10接收到的测试振铃信号102。测试振铃信号102可以由接收电路接收并且传送到读取器装置10内的PLL或附加电子元件。读取器装置10可以处理测试振铃信号102并产生表示测试振铃信号102的输出信号。输出信号可以被提供给外部数据接口17或远程数据收集模块19。读取器装置10内部的处理器或连接到外部数据接口17的外部处理器可以将读取器的输出与来自自测试装置的预期输出进行比较。该比较可以标识读取器装置电路是否被充分校准或者是否要采取补救措施。

在一个实施例中，外部数据接口17可以与自测试装置100进行通信。另外，可以在扩展坞110内提供外部数据接口17。扩展坞110可以包括显示器120，显示器120可以被配置为显示代表由自测试装置100执行的自测试的标记。其可以通知用户或远程位置的保修人员读取器装置10是否足够精确以继续使用。此外，一旦读取器装置10与扩展坞110接合，扩展坞110就可以被配置为对读取器装置10的电力进行充电。扩展坞110可以是有线或无线的，因为它可以把插头插入到电力插座中或由电池供电。扩展坞110还可以与远程数据收集模块19、远程数据记录模块20、以及远程数据显示器21进行通信。扩展坞110可以接收来自用户的输入、在显示器120上显示信息、以及传送来自因特网或其他数据储存库的信息。

在一个实施例中，自测试传感器装置100可以由不是读取器装置的外部源供电。可选择地，自测试传感器装置100可以是无源的使得其由读取器装置10无线供电。

自测试传感器装置100可以被配置成各种实施例以执行读取器装置10的自测试。在一个实施例中，自测试传感器装置100可以是被配置为产生测试振铃信号112的无源LC谐振回路，其中测试振铃信号可以是要由读取器装置10接收和测量的连续波(CW)谐振频率。此外，自测试传感器装置100可以是经调制的数字电路，其被配置为使用ASK、PSK、FSK、OOK或本领域众所周知的任何其他调制方案来以数字形式提供信息。在另一个实施例中，自测试传感器装置100可以是经调制的模拟或其他类型的电路，其被配置为使用AM、FM、PM、PWM、增量总和、PAM、QAM或本领域众所周知的任何其他调制方案来以模拟形式提供信息。此外，自测试传感器装置100可以采用诸如本领域已知的扩展频谱或超宽带RF通信技术。

在进一步的实施例中，自测试传感器装置100可以被配置为传送固定值，即，可以仅将一个预定的模拟感测值提供给读取器装置10。可选择地，自测试传感器装置100可以被配置为传送可变值，即，可以将一定范围的预定的模拟感测值提供给读取器。自测试传感器装置100可以在一个自测试循环中扫描通过其模拟值的范围。

在一个实施例中，读取器装置10可以包括被配置为估计输出信号或参考读数的精确度并评估其自身精确度或健康状况的电路。可选择地，读取器装置10可以被配置为经由有线或无线数据接口(例如蓝牙，wifi)将输出信号或参考读数的估计结果(本地或经由互联网)传送到外部处理器以用于评估读取器精确度或健康状况。读取器装置10健康状况评估可以触发动作，诸如提供信号以提醒适当的人员、提醒用户或提供关于未来读数的指令、识别由读取器装置10自动执行的内部电路或软件改变、识别在时间表中预编程的或以其他方式存储在读取器装置10或远程服务器数据库中的校准系数的改变，和/或记录结果。

自测试循环可以包含自测试传感器装置100的多个读数，其被上游处理器平均或以其他方式后处理。可以评估诸如在读取期间的信号强度、误码率(对于数字系统)、读数误差、信噪比，信号持续时间、信号幅度、外部干扰、本底噪声以及读取器功耗的度量。读取器10或上游处理器可将自测试读数与其他诊断信息组合以得出关于读取器10性能的结论。其他诊断信息可以包括温度(读取器10内部和外部)、周围条件、读取器10功率消耗(powerdraw)、电池等级等。

以上已经描述了本发明的实施例，并且显然在阅读和理解本说明书后，其他人将会进行修改和替换。只要它们在权利要求或其等同物的范围内，以下权利要求旨在包括所有修改和替换。

Claims (66)

1.一种用于无线感测来自远程位置的参数的系统，包括：

无线读取器，其被配置为与无线传感器通信；

自测试装置，当其置于与所述读取器通信时，其以已知的方式对所述无线传感器的至少一个电气行为进行仿真；

其中所述系统被配置为执行自测试，使得所述读取器与所述自测试装置无线通信并从所述自测试装置中获得至少一个响应，和

其中所述至少一个响应与来自所述自测试装置的预期响应进行比较，以便评估所述读取器的功能性能。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述无线传感器被配置为与至少一个感测参数成比例地改变其谐振频率。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述自测试装置由所述读取器无线供电。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述无线传感器是电池供电的。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述自测试装置使用数字数据与所述读取器通信。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述自测试装置使用经调制的信号与所述读取器通信。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述自测试装置使用连续波信号与所述读取器通信。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述读取器是手持装置。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述读取器是电池供电的。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述读取器当不使用时被放置在标准的扩展坞中。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述自测试装置被内置到所述扩展坞中。

12.根据权利要求10所述的系统，其中所述扩展坞向所述读取器提供电池充电功能。

13.根据权利要求10所述的系统，其中所述扩展坞向所述读取器提供数据链接功能。

14.根据权利要求10所述的系统，其中所述自测试装置由所述扩展坞供电。

15.根据权利要求1所述的系统，其中所述自测试装置被配置为改变对所述读取器的所述至少一个响应，以便对所述传感器的多个操作状态进行仿真。

16.根据权利要求1所述的系统，其中所述自测试装置被配置为改变其对所述读取器的至少一个响应，以便当所述无线传感器暴露于多个环境条件时对来自所述无线传感器的所述响应进行仿真。

17.根据权利要求1所述的系统，其中所述自测试装置被配置为调整其Q因数。

18.根据权利要求2所述的系统，其中所述自测试装置被配置为调整其谐振频率。

19.根据权利要求1所述的系统，其中所述自测试装置被配置为改变其对所述读取器的至少一个响应，以便当相对于所述读取器在多个射频(RF)链接距离处定位所述传感器时，对所述无线传感器的所述响应进行仿真。

20.根据权利要求1所述的系统，其中所述自测试装置包括与所述传感器的所述天线电相似的天线。

21.根据权利要求3所述的系统，其中所述自测试装置被配置为测量来自所述读取器的电力传输。

22.根据权利要求1所述的系统，其中所述自测试装置被配置为对来自所述读取器的传输进行采样以用于分析。

23.根据权利要求2所述的系统，其中所述自测试装置包括LC谐振回路。

24.根据权利要求23所述的系统，其中所述LC谐振回路的谐振频率是可调节的。

25.根据权利要求3所述的系统，其中所述传感器由电感耦合供电。

26.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个响应与所述预期响应的所述比较由所述读取器进行。

27.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个响应与所述预期响应的所述比较由所述读取器之外的系统进行。

28.根据权利要求1所述的系统，其中所述读取器的功能性能的所述评估由所述读取器进行。

29.根据权利要求1所述的系统，其中所述读取器的功能性能的所述评估由所述读取器之外的系统进行。

30.根据权利要求29所述的系统，其中所述评估被传回到所述读取器。

31.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统针对至少一个预定阈值对所述至少一个响应与所述预期响应的所述比较进行估计。

32.根据权利要求31所述的系统，其中当所述比较值超出所述预定阈值时所述系统采取行动。

33.根据权利要求1所述的系统，其中自测试由以下中的至少一个来启动：用于测量时间间隔的电路；实时时钟；用户输入；来自另一装置的输入；指示所述读取器已被入坞信号；以及唤醒定时器。

34.根据权利要求1所述的系统，其中所述评估的至少一个结果被显示在屏幕上。

35.根据权利要求1所述的系统，其中所述评估的至少一个结果被传送到外部装置。

36.一种用于对读取器装置进行自测试的方法，所述方法包括：

提供被配置为与无线传感器通信的无线读取器；

将所述读取器置于与自测试装置通信，所述自测试装置被配置为以已知的方式对所述无线传感器的至少一个电气行为进行仿真；

进行自测试使得所述读取器与所述自测试装置无线通信并获得至少一个响应，以及

将所述至少一个响应与来自所述自测试装置的至少一个预期响应进行比较，以便评估所述读取器的功能性能。

37.根据权利要求36所述的方法，还包括与至少一个感测参数成比例地改变所述无线传感器的谐振频率的步骤。

38.根据权利要求36所述的方法，还包括通过所述读取器对所述自测试装置无线供电的步骤。

39.根据权利要求36所述的方法，还包括利用电池对所述无线传感器供电的步骤。

40.根据权利要求36所述的方法，其中所述自测试装置使用数字数据与所述读取器通信。

41.根据权利要求36所述的方法，其中所述自测试装置使用经调制的信号与所述读取器通信。

42.根据权利要求36所述的方法，其中所述自测试装置使用连续波信号与所述读取器通信。

43.根据权利要求36所述的方法，还包括当不与所述无线传感器通信时将所述读取器放置在标准的扩展坞中的步骤。

44.根据权利要求43所述的方法，其中将所述读取器置于与所述自测试装置通信的步骤包括将所述读取器放置在扩展坞中，使得所述自测试装置被内置在所述扩展坞中。

45.根据权利要求44所述的方法，还包括通过将所述读取器放置在所述扩展坞中来对所述读取器的电池进行充电。

46.根据权利要求44所述的方法，还包括将数据链接功能提供给来自所述扩展坞的所述读取器。

47.根据权利要求44所述的方法，还包括将来自所述扩展坞的电力提供给所述自测试装置。

48.根据权利要求36所述的方法，还包括改变所述自测试装置对所述读取器的所述至少一个响应，以便对所述传感器的多个操作状态进行仿真。

49.根据权利要求36所述的方法，还包括改变所述自测试装置对所述读取器的所述至少一个响应，以便当所述无线传感器暴露于多个环境条件时对来自所述无线传感器的所述响应进行仿真。

50.根据权利要求49所述的方法，还包括调整所述自测试装置的Q因数。

51.根据权利要求48所述的方法，还包括调整所述自测试装置的谐振频率。

52.根据权利要求36所述的方法，还包括改变来自所述自测试装置对所述读取器的所述至少一个响应，以便当相对于所述读取器在多个射频(RF)链接距离处定位所述传感器时对所述无线传感器的所述响应进行仿真。

53.根据权利要求38所述的方法，还包括测量来自所述读取器的电力传输。

54.根据权利要求36所述的方法，还包括对来自所述读取器的传输进行采样以用于分析所述传输。

55.根据权利要求37所述的方法，还包括调整所述自测试装置的LC谐振回路的谐振频率。

56.根据权利要求36所述的系统，还包括评估所述读取器的功能性能；和

将所述读取器的所述功能性能的所述评估传送到所述读取器。

57.根据权利要求36所述的方法，还包括针对至少一个预定阈值来估计所述至少一个响应与所述预期响应的所述比较。

58.根据权利要求57所述的方法，还包括当所述比较值超出所述预定阈值时采取行动。

59.根据权利要求36所述的方法，还包括通过以下中的至少一个来启动所述自测试：用于测量时间间隔的电路、实时时钟、用户输入、来自另一装置的输入、指示所述读取器已被入坞的信号、以及唤醒定时器。

60.根据权利要求36所述的方法，还包括将所述评估的所述结果显示在屏幕上。

61.根据权利要求36所述的方法，还包括将所述评估的所述结果传送到外部装置。

62.一种用于对来自远程位置的参数进行无线感测的系统，所述系统包括：

无线传感器，其被配置为与至少一个感测参数成比例地改变其谐振频率；

读取器，其被配置为仅在固定频率处将激励脉冲传输到所述无线传感器、响应于所述激励脉冲接收来自所述无线传感器的信号、以及采样和保持所述接收到的信号。

自测试装置，当其置于与所述读取器通信时以已知的方式对所述无线传感器的电气行为进行仿真；

其中所述系统被配置为执行自测试使得所述读取器与所述自测试装置无线通信并获得至少一个响应，

其中所述至少一个响应与来自所述自测试装置的至少一个预期响应进行比较，以便评估所述读取器的功能性能；以及

其中所述系统针对至少一个预定阈值来估计所述响应与所述预期响应的所述比较。

63.一种用于获得来自远程位置的测量值的系统，所述系统包括：

无线传感器，其被配置为与至少一个感测参数成比例地改变其谐振频率；

手持式电池供电读取器，其被配置为仅在固定频率处将激励脉冲传输到所述无线传感器并且响应于所述激励脉冲接收来自所述无线传感器的信号；以及自测试装置，当其置于与所述读取器通信时，其以已知的方式对所述无线传感器的至少一个电气行为进行仿真；

其中所述系统被配置为执行自测试使得所述读取器将所述激励脉冲无线传输到所述自测试装置并获得至少一个响应；

其中所述至少一个响应与来自所述自测试装置的至少一个预期响应进行比较，以便评估所述读取器的功能性能。

64.一种获得来自远程位置的测量值的方法，所述方法包括：

将激励脉冲传输到无线传感器；

响应于所述激励脉冲接收来自所述无线传感器的信号；

生成计数信号；

调整所述计数信号的频率以匹配所述接收到的信号的频率；

保持所述计数信号的所述频率暂时恒定以确定所述计数信号的频率；

确定所述计数信号的频率，其中所述无线传感器被配置为与至少一个预定参数成比例地调整其谐振频率；

在当所述读取器不与所述传感器通信时的时期，将所述读取器置于与自测试装置通信，所述自测试装置被配置为以已知的方式对所述传感器的至少一个电气行为进行仿真；

进行自测试使得所述读取器与所述自测试装置无线通信并获得至少一个响应，并且；

将所述至少一个响应与来自所述自测试的至少一个预期响应进行比较。

65.根据权利要求64所述的方法，其中所述激励脉冲是固定频率脉冲。

66.一种无线传感器读取器，包括：

传输电路，其被配置为生成激励脉冲以促使无线传感器发射振铃信号；

天线，其被配置为传输所述激励脉冲并接收所述振铃信号；

锁相环电路，其被配置为接收所述振铃信号，所述锁相环电路包括压控振荡器，所述压控振荡器被配置为在与所述振铃信号频率相关的频率处生成计数信号；

其中所述锁相环电路能够被置于采样模式中，以接收所述振铃信号并基于所述振铃信号的频率来调整所述计数信号的频率；

此外，其中所述锁相环电路能够被置于保持模式中，以将所述计数信号的频率在足以确定所述计数信号的频率的一段时间内保持恒定；

自测试装置，当其置于与所述读取器通信时，其以已知的方式对所述无线传感器的至少一个电气行为进行仿真；

其中所述系统被配置为执行自测试使得所述读取器与所述自测试装置进行无线通信并获得至少一个响应，并且；

其中所述至少一个响应与来自所述自测试装置的预期响应进行比较，以便评估所述读取器的功能性能。