CN111051838A - 具有rfid通信能力的阈值传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了通过物理特性来感测阈值电阻值的阈值传感器，而传感器具有RFID通信能力。本发明的目的是提供能够可靠且准确地检测触发点或阈值的传感器，而该检测可以是可靠的并且被无线转发至处理单元用于进一步处理，本发明的目的将通过阈值传感器来解决，该阈值传感器包括通过物理特性来感测阈值电阻值的感测元件和RFID标签，RFID标签包括标签天线、标签集成电路和连接感测元件与标签IC并且跟踪物理特性至标签IC的篡改环路，而感测元件是篡改环路的一部分，并且如果已达到基于物理特性的阈值电阻值，则触发标签IC。

Description

具有RFID通信能力的阈值传感器

本发明涉及通过物理特性来感测阈值电阻值的阈值传感器，而该传感器具有RFID通信能力。

在最广义的定义中，传感器是电子组件、模块或子系统，其目的是检测传感器的环境中的事件或变化并且向其他电子设备通常是计算机处理器发送信息。传感器总是与其他电子设备一起使用，无论是简单的照明设备还是复杂的计算机。

在基于传感器和处理单元之间的有线连接，与传感器进行的大多数通信是进一步处理传感器数据所需要的。

该现有技术的缺点是有线连接并且传感器设备本身不会记录任何阈值变化。此外，在传感器设备内部实现记录特征需要使用微控制器和能源，这增加了复杂性和成本。

根据传感器原理，通过谐振频率的变化或者电容值的变化，或多或少地检测到阈值变化。

基于不同的传感器原理，存在许多不同的传感器用于检测各种物理特性。

一个示例是温度的检测。温度的检测可以提供满足在运输期间的要求检查，例如食品或重要物质不能超过特定温度阈值，否则将意味着损坏。在这种情况下，需要单一状态温度监测器，即是否达到阈值。但是，在某些情况下还需要动态温度监测器，其中温度指示器在超过阈值时会打开，但在温度低于特定阈值时会再次关闭。

另一个示例是水分的检测。水分的检测可以提供需要检查泄漏或水分进入的良好指示。在难以接近的地方，很难通过目视检查评估已累积的水分量。

另一个示例是灰尘的检测。灰尘的检测通常由过滤器和用于连续测量灰尘以及还有液体、蒸气和气体中的压差的差压变送器执行。例如，根据差压可以计算出容器中的静水液位或通过管道的质量流量。同样，颗粒过滤器的饱和度可以通过测量颗粒过滤器前后的压差确定。

为了监测过滤器压差测量的最佳功能，已使用所谓的机械过滤器监护器，其机械地跟踪过滤器上的压差。机械过滤器监护器的缺点是一方面需要目视检查，并且另一方面这些监护器必须与过滤器分开安装，并且可能需要额外的工作以安装气箱。例如，过滤器提示器直接附接至汽车或卡车电动机的进气系统。这可能需要对进气系统进行修改以适应过滤器提示器。

对于过滤器压差测量，也可以使用发动机MAP(歧管绝对压力)传感器。但是，这种测量装置需要可用的MAP传感器以及用于处理压力数据的单独的电子设备，并且需要额外布线至MAP传感器、车辆电子控制单元(ECU)或车载诊断工具(OBD)。

本发明的目的是通过提供一种通过物理特性来感测和记录特定的阈值电阻值并且无需本地能源和有线连接即可与其进行附加的通信能力的方法来克服该缺点。不需要感测元件的直接访问或目视检查。

本发明的另一目的是解决如何能够以成本有效、无干扰且无接触的方式来发信号通知达到一定阈值的水分累积的问题以及如何能够可靠地检测特定的温度阈值的问题。

总而言之，本发明的总体目的是提供一种能够可靠且准确地检测触发点或阈值的传感器，而该检测可以是可靠的并且被无线转发至处理单元用于进一步处理。

本发明的目的将通过一种阈值传感器来解决，该阈值传感器包括通过物理特性来感测阈值电阻值的感测元件和RFID标签，RFID标签包括标签天线、标签集成电路以及连接感测元件与标签IC并且跟踪物理特性至标签IC的篡改环路，而感测元件是篡改环路的一部分，并且如果已达到基于物理特性的阈值电阻值，则触发标签IC。

RFID标签在本发明中的含义是特征标签天线、标签集成电路和连接感测元件与标签IC的篡改环路的通用术语或概括。感测元件通过篡改环路连接至标签IC。

感测元件检测物理特性，而如果达到了感测元件的预定阈值电阻值，则篡改环路触发标签IC。标签IC将更改一个篡改位，并且这可以通过使用RFID读取器读取RFID标签来读取篡改位用于进一步处理。如果已达到或者未达到预定的阈值，则在本发明的意义上对物理特性的跟踪应被理解为监视或跟踪物理特性。

在本发明的优选实施方式中，物理特性是灰尘或温度或水分。由于物理特性，例如感测元件的环境中灰尘/污垢或温度或水分的存在，如果达到预定阈值电阻值，则在篡改环路上触发标签IC。例如，如果在感测元件上已沉积特定量的灰尘，或者已超过或低于温度水平，或者在感测元件上已吸附了一定量的水分，则可能达到该阈值电阻值。

在本发明的非常优选的实施方式中，感测元件包括其中具有间隙结构的导电迹线，而间隙结构将导电迹线分成两个部分，并且间隙结构具有间隙长度和间隙宽度。作为感测元件和篡改环路的一部分的导电迹线被间隙分成两个部分。这两个部分可以看作是连接至RFID标签IC的两个电极。因此，RFID标签使用具有所谓的篡改环路特征的IC。篡改环路是连接至IC的RFID标签上的轨道或迹线，并且应被理解为防篡改手段。例如，标签IC可以检测篡改环路是闭合的(低电阻)还是断开的(高电阻)。可以将感测元件看作一种电阻敏感结构，它是篡改环路的一部分，例如具有间隙的金属结构。在电阻敏感结构上没有灰尘或污垢的情况下，该结构的电阻本质上是无限的。随着灰尘/污垢在结构上特别是在间隙上的累积，电阻值发生变化。在一定的累积阈值下，结构的电阻将低于标签IC用来指示开环的值，因此，环路的状态会从断开变为闭合。然后，IC将更改篡改位，并且可以通过使用RFID阅读器读取RFID标签来读取篡改位用于进一步处理。

导电迹线中的间隙足以确立感测元件的高电阻或非导电性。如果使用温度作为物理特性以检测感测元件的环境的变化，则需要辅助感测介质。例如，通过印刷或分配处理在间隙上施加温度敏感材料，从而物理地连接间隙的任一侧上的导电迹线。一旦已达到特定的温度值，该温度敏感材料仅充分硬化并变为导电的。

其中具有间隙的导电迹线也可以看作是内部电阻数字开关，而感测元件则用于测量水分的存在或不存在。随着水分累积在间隙中，在间隙上的电阻将从无限电阻降低至某个有限的低电阻值，该值取决于间隙中的水分含量，还取决于间隙的宽度。另外，根据导电离子的浓度水平，水分中的离子将改善在间隙宽度上的导电性。低于某个电阻值时，RFIDIC或RFID芯片将检测到电阻数字开关已从断开变为闭合或从0变为1，从而更改了IC内部寄存器中状态位的位电平。然后可以通过来自外部RFID读取器的读取命令从RFID标签IC读取标签IC寄存器中状态位从0到1的这种变化，该读取命令可以访问适当的寄存器。以这种方式，可以检测到水分的存在或不存在。

在本发明的非常优选的实施方式中，阈值电阻值可以通过间隙宽度和间隙长度来调节。在本发明的意义中，间隙宽度是由间隙分开的导电迹线的两个部分或电极之间的距离。间隙长度由彼此相对放置的导电迹线的两个部分或电极的边缘的长度定义。间隙宽度和间隙长度可以改变以适应不同的阈值电阻值。金属结构中的间隙可以通过蚀刻来制造，并且在需要非常窄或非常精确的间隙的情况下，可以通过激光进行制造。

在灰尘阈值或温度阈值或水分阈值检测的情况下，任何间隙都足够，只要间隙的任一侧上的导电迹线的两个部分之间的电阻较高即可。出于本发明的目的，间隙宽度是重要的，因为材料仅需要具有足够的导电性，以允许电流在间隙上流过。可替选地，也可能的是，在初始状态下，具有间隙结构的感测元件具有低电阻或是导电的并且如果达到阈值电阻值则失去其导电性。

在本发明的另一实施方式中，间隙结构具有用于延长间隙长度的梳状或指状结构。可以通过使用所谓的指状或其他几何结构来使间隙长度最大化。这样做的目的是增加传感器的表面和感测元件的尺寸。

在本发明的另一实施方式中，作为篡改环路的一部分的导电迹线沿垂直于间隙结构的线折叠。沿垂直线折叠的优点在于间隙宽度不会随折叠角度而变化。为了有助于篡改环路轨道上的灰尘/污垢累积，标签会沿垂直于该间隙的线折叠。灰尘/污垢在折叠中比在平坦的表面上累积得更快且更可靠，并且这有助于获得一致的阈值结果。

在本发明的另一实施方式中，作为篡改环路的一部分的导电迹线沿平行于间隙结构的线折叠。沿平行线折叠的优点在于例如间隙上的灰尘/污垢的量增加。通过在感测元件的区域中折叠篡改环路，灰尘/污垢在折叠中比在平坦的表面上累积得更快且更可靠，并且这有助于获得一致的阈值结果。利用该有利的实施方式，也可以有助于水分在间隙区域上的累积，而标签沿与该间隙平行的线折叠。水分在折叠中比在平坦的表面上累积得更快且更可靠，并且这可以有助于获得一致的阈值结果。

在本发明的另一实施方式中，在间隙结构中或在间隙结构附近放置有气孔以在感测元件的导电迹线的两个部分之间累积灰尘。如果使用基本上平坦的材料用于传感器结构，则空气不能流过标签或传感器结构本身。这意味着当空气流量高时，灰尘不会累积在传感器结构表面上，而是会被吹走。为了帮助灰尘累积在传感器结构上，可以在感测元件的标签的策略性位置处切开气孔。策略性位置可以在间隙结构中和/或在间隙结构附近。

在本发明的另一实施方式中，感测元件的导电迹线的两个部分通过间隙结构上的感测材料物理地连接。感测材料可以通过感测元件的环境中的物理特性例如温度或水分来操纵。感测材料与跨阈值的温度变化或水分的检测的相互作用将改变感测材料的状态，并且因此改变感测元件的状态。

因此，在本发明的实施方式中，感测材料是包括导电颗粒的温度敏感材料，而温度敏感材料根据温度阈值改变其导电状态。如果使用温度作为物理特性以检测感测元件的环境的变化，则将温度敏感材料通过印刷或分配处理施加在间隙上，物理地连接间隙的任一侧上的导电迹线或电极。一旦达到特定温度，该温度敏感材料仅充分硬化并变为导电的。在初始状态下，温度敏感材料具有高电阻，并且标签IC的内部寄存器中反映数字电阻开关的状态的状态位的位电平被设置为0。当温度达到或高于阈值温度时，温度敏感材料会改变其状态，并且电阻会从高电阻变为低电阻。结果，将标签IC的内部寄存器中反映数字电阻开关的温度敏感材料的状态的状态位的位电平设置为1。以这种方式，可以检测到周围环境改变其温度超过特定温度。

在本发明的另一实施方式中，感测材料是包括导电颗粒和/或可溶性颗粒的水分敏感材料，而水分敏感材料根据水分阈值改变其导电状态。水分可以简单地改变在所施加的间隙上的水分敏感材料的状态。水分敏感材料可以是可以吸收水分的吸收材料。该材料可以是仅在水分存在下硬化并变为导电的导电胶。在初始状态下，材料是非导电的并且具有高电阻，并且数字电阻开关被设置为0。由于吸收了水分，材料中开始发生化学反应，从而导致体积减小。然后，导电颗粒在材料中彼此压缩以产生较高的导电性，即与原始状态相比，在化学反应后的最终状态下的电阻较低，即数字电阻开关被设置为1。也可以在水分存在的情况下，颗粒溶解在混合物中，并且材料也变为导电的。可替选地，当将材料放置在间隙区域上时，该材料可以具有低电阻，但是由于水分的进入，在其最终状态下失去了它们的导电性。因此，吸收材料也可以是具有可溶性颗粒的材料，并且在不存在水分的情况下是导电的。由于水分进入，导电颗粒腐蚀，并失去其导电性。随着导电性的损失，电阻变高，即，数字电阻开关被设置为0。

在本发明的阈值传感器的另一实施方式中，感测元件的导电迹线的两个部分中的仅一个部分或两个部分被温度敏感材料覆盖，而间隙结构保持未被覆盖，而相对于承载阈值传感器的减法材料的热膨胀，温度敏感材料具有高的热膨胀系数。该替选实施方式利用材料之间的热膨胀系数的差异以指示已经达到特定温度阈值。感测元件包括其中具有间隙的导电迹线，其中优选地已通过激光处理方法产生间隙以产生与导电迹线的尺寸相比具有非常小的宽度的间隙结构。在这种情况下，在间隙任一侧上的感测元件的两个导体结构彼此非常靠近，但保持电隔离，即电阻阈值很高。在此初始状态下，将IC内部寄存器中反映数字电阻开关或感测元件的状态的状态位的位电平设置为0。将温度敏感材料印刷到感测元件上，或者在间隙结构的两侧上，覆盖导体结构和在导电迹线下方的衬底材料两者，或者材料仅被涂覆在一侧上，覆盖如所述的导体结构和在导体结构下方的衬底材料两者。在这两种情况下，间隙区域都没有材料，即感测元件的该区域没有被材料覆盖。可以将材料印刷到感测元件上，但是也可以通过分配将其带到结构上。这种温度敏感材料的特定特性在于：相对于衬底材料的热膨胀系数，其具有非常高的热膨胀系数。例如，衬底材料可以是PET(聚对苯二甲酸乙二酯)，其温度膨胀系数为7×10^-5/K。因此，可以被印刷到感测元件上并且具有更高的温度膨胀系数的合适材料将例如是热膨胀系数为3.25×10^-4/K的有机硅材料，与PET相比增加了十倍；在合适的有机硅材料和感测元件中的间隙结构周围的适当的位置的情况下，与PET相比，有机硅材料的膨胀增加将导致窄的间隙结构被封闭，并且电阻水平从高下降到低，因为导体结构不再被隔离而是彼此接触，即间隙被封闭。在这种状态下，将标签IC的内部寄存器中反映数字电阻开关因此感测元件的状态的状态位的位电平设置为1。该位值可以由RFID读取器系统读取并适当地记录。

在本发明的阈值传感器的另一实施方式中，间隙宽度和间隙长度可以通过蚀刻工艺或通过激光工艺或通过蚀刻和激光工艺的组合来执行。使用激光工艺可以实现非常小且窄的间隙宽度以及更复杂的间隙结构。

在本发明的阈值传感器的另一实施方式中，阈值传感器包括多于一个感测元件，每个感测元件通过物理特性来感测不同的阈值电阻值，而每个感测元件通过篡改环路连接至跟踪到标签IC的物理特性的标签IC，而每个感测元件具有不同的间隙宽度的间隙结构以测量不同的阈值电阻值。因此，在更扩展的情况下，可以采用具有各个间隙(即不同的间隙宽度)的感测元件的若干种导电迹线结构以确定两个或多个温度阈值，其中测量仅取决于针对每个感兴趣的特定温度阈值进行了调整的间隙宽度。在这种情况下，具有特定宽度的间隙结构的每个导电迹线被附接至独立的、唯一可识别的RFID标签IC，并且在达到温度阈值时，将电阻数字开关从0切换到1。在每种情况下，这可以通过使用单独的天线结构来完成。可替选地，可以采用单一的远场天线结构，并且每个导电迹线/间隙/RFID标签IC直接地或感应地连接至远场，从而可以实现更紧凑、更节省材料的天线设计。

也可以采用具有可变间隙宽度的各个间隙的若干种导电迹线结构以确定水分范围，其中测量仅取决于间隙宽度。在这种情况下，具有特定宽度的间隙结构的每个导电迹线都附接至独立的、唯一可识别的RFID标签IC，并且在水分累积时，电阻数字开关将根据相关的水分含量和间隙宽度从0切换到1。显然，这可以通过使用针对每个间隙宽度具有单个RFID标签IC的单独的天线结构来完成。可替选地，可以采用单一的远场天线结构，并且每个导电迹线/间隙/RFID标签IC直接地或感应地连接至远场，从而实现更紧凑、更节省材料的天线设计。

本发明的目的还将通过使用根据本发明的阈值传感器的阈值测量方法来解决，其中该方法包括以下步骤：使用激活的RFID标签的标签IC通过物理特性来监测阈值电阻值；使用RFID应答器检测作为RFID标签的一部分的篡改环路的零电阻或无限电阻是否已达到预定的阈值电阻值，或者检测作为RFID标签的一部分的篡改环路的无限电阻或零电阻是否已达到预定的差压阈值。

感测元件检测物理特性，而如果达到了感测元件的预定阈值电阻值，则篡改环路触发标签IC。标签IC将更改一个篡改位，并且这可以通过使用RFID读取器读取RFID标签来读取篡改位用于进一步处理。例如，如果在感测元件上已经沉积特定量的灰尘，或者已超过或低于温度水平，或者在感测元件上已吸附一定量的水分，则可能达到该阈值电阻值。

如果使用温度作为物理特性以检测感测元件的环境的变化，则需要辅助感测介质。例如，通过印刷或分配处理在间隙上施加温度敏感材料，物理地连接间隙任一侧上的导电迹线。一旦达到特定的温度值，该热敏感材料仅充分硬化并变为导电的。

可以使用水分的存在或不存在作为物理特性。随着水分累积在间隙中，在间隙上的电阻将从无限电阻下降至某个有限的低电阻值，该值取决于间隙中的水分含量，还取决于间隙的宽度。另外，根据导电离子的浓度水平，水分中的离子将提高在间隙宽度上的导电性。低于某个电阻值时，RFID IC或RFID芯片将检测到电阻数字开关已从断开变为闭合或从0变为1，从而更改IC内部寄存器中状态位的位电平。然后可以通过来自外部RFID读取器的读取命令从RFID标签IC读取标签IC寄存器中状态位从0到1的这种变化，该读取命令可以访问适当的寄存器。以这种方式，可以检测到水分的存在或不存在。

另外，灰尘/污垢的存在可以用作感测元件的环境中的物理特性。在电阻敏感结构上没有灰尘或污垢的情况下，该结构的电阻本质上是无限的。随着灰尘/污垢在结构上特别是在间隙上的累积，电阻值发生变化。在一定的累积阈值下，结构的电阻将低于标签IC用来指示开环的值，因此，环路的状态会从断开变为闭合。然后，IC将更改篡改位，并且这可以通过使用RFID阅读器读取RFID标签来读取篡改位用于进一步处理。

将使用示例性实施方式对本发明进行更详细地说明。

所附附图示出了如下：

图1示出了本发明的阈值传感器的示意图；

图2示出了包括具有间隙的导电迹线的感测元件的示意图；

图3示出了梳状或指状图案的导电迹线；

图4示出了本发明的感测元件中的折叠导电迹线相对于间隙位置的侧视图；

图5示出了折叠线与具有指状图案的导电迹线/感测元件中的间隙的对准；

图6示出了导电迹线/感测元件内部的气孔；

图7示出了使用温度敏感材料作为感测元件上的阈值指示器的阈值传感器；

图8示出了a)在间隙的两侧以及b)仅在间隙的一侧的使用具有高膨胀系数的温度敏感材料作为感测元件上的阈值指示器的阈值传感器；

图9示出了用于图7和图8的实施方式中的具有不同膨胀系数的材料的示例；

图10示出了使用水分作为感测元件上的阈值指示器的阈值传感器；

图11示出了使用水分作为阈值指示器的阈值传感器，其中折叠线沿感测元件的导电迹线的两个部分之间的间隙；

图12示出了图11的折叠导电迹线的示意性侧视图；

图13示出了使用覆盖间隙的用于吸收水分的吸收材料作为感测元件上的阈值指示器的阈值传感器；

图14示出了检测两个不同的阈值的阈值传感器，针对每个阈值传感器，使用具有篡改环路的单独的感测元件和物理地连接至单独的RFID标签IC的RFID天线：a)温度阈值指示器；b)水分阈值指示器；

图15示出了检测两个不同的阈值的阈值传感器，针对每个阈值传感器，使用具有篡改环路的单独的感测元件和连接至RFID标签IC并且感应地耦合至远场RFID天线的天线：a)温度阈值指示器；b)水分阈值指示器；

图1示出了本发明的阈值传感器1的示意图。阈值传感器1包括通过物理特性来感测阈值电阻值的感测元件2以及包括标签天线4、标签集成电路3和连接感测元件2与标签IC3并且跟踪物理特性至标签IC 3的篡改环路5的RFID标签，而感测元件2是篡改环路5的一部分，并且如果达到了基于物理特性的阈值电阻值，则触发标签IC 3。

当使用本发明作为是否存在灰尘/污垢的指示器时，具有所谓的篡改环路5的RFID标签结构被直接应用至过滤介质。灰尘/污垢在作为篡改环路5的一部分的电阻敏感结构上的累积会导致环路的状态从初始断开状态(无灰尘/污垢)变为闭合状态(一定量的灰尘/污垢累积在传感器上)。

RFID标签使用具有所谓的篡改环路特征的标签IC 3。篡改环路5是连接至IC 3的RFID标签上的轨道。IC 3能够检测环路是闭合的(低电阻)还是断开的(高电阻)。作为篡改环路5的一部分的电阻敏感结构例如是具有间隙7的金属结构。在电阻敏感结构上没有灰尘或污垢的情况下，该结构的电阻本质上是无限的。随着灰尘/污垢在结构上特别是间隙7上的累积，电阻值发生变化。在一定的累积阈值下，结构的电阻将低于标签IC 3用于指示断开环路的值，因此环路的状态会从断开变为闭合。然后，IC 3将更改篡改位，这可以通过使用RFID阅读器读取RFID标签来读取篡改位。

除其他因素外，由于灰尘/污垢的累积，篡改环路5中的间隙7的电阻的变化将取决于间隙宽度9和间隙长度8。这些可以变化以适应不同的阈值。金属结构中的间隙7可以通过蚀刻制造，并且在需要非常窄或非常精确的间隙的情况下，可以通过激光进行制造，这在图2中示出。

可以通过使用所谓的指状或梳状10或其他几何结构来使间隙长度8最大化。这在图3中示出。感测元件的导电迹线例如通过蚀刻或激光切割来构造。激光切割将实现非常小且非常精确的间隙宽度和更复杂的间隙结构以延长间隙长度。

为了帮助灰尘/污垢在篡改环路轨道上的累积，可以将RFID标签沿着垂直于或平行于该间隙7的线折叠。灰尘/污垢在折叠14中比在平坦的表面上累积得更快且更可靠，并且这有助于获得一致的阈值结果。图4示出了本发明的感测元件2中的折叠导电迹线6相对于间隙7位置的侧视图。

图5示出了折叠线14与导电迹线/感测元件2、10中的间隙7的示例性对准。RFID标签的折叠与间隙结构7无关。当使用折叠时，间隙可以都垂直于折叠线14或平行于折叠线14。沿垂直线折叠的优点在于间隙宽度不会随折叠角度而变化。沿平行线折叠的优点在于间隙7上的灰尘/污垢的量增加。

图6示出了放置在间隙结构7中或在间隙结构7附近的气孔11以在感测元件2的导电迹线6的两个部分之间累积灰尘。如果使用基本上平坦的材料用于传感器结构，空气不能流过RFID标签或传感器结构本身。这意味着当空气流量高时，灰尘不会累积在传感器结构表面上，而是会被吹走。为了帮助灰尘累积在传感器结构上，可以在感测元件2的标签的策略性位置处切出气孔11。策略性位置可以在结构的间隙7中和/或在间隙7附近。

图7示出了本发明的使用温度敏感材料13作为感测元件2上的阈值指示器的阈值传感器1的示例性实施方式。感测元件2包括其中具有间隙7的导电迹线6，其中间隙7中的距离足以建立高电阻或非导电性。通过印刷或分配处理在间隙7上施加温度敏感材料13，物理地连接在导电迹线6的任一侧上的导电迹线6。该温度敏感材料13可以是仅在达到特定温度后才充分硬化并变为导电的可印刷的导电胶。在初始状态下，温度敏感材料13具有高电阻，并且将标签IC的内部寄存器中的反映数字电阻开关因此感测元件2的状态的状态位的位电平设置为0。当温度达到或高于阈值温度时，温度敏感材料13改变其状态，并且电阻从高电阻变为低电阻。结果，将标签IC的内部寄存器中的反映数字电阻开关的温度敏感材料13的状态的状态位的位电平设置为1。然后可以通过来自外部RFID读取器的读取命令从RFID标签IC 3读取标签IC的寄存器中的状态位从0至1的变化，该读取命令可以访问适当的寄存器。以这种方式，可以检测到周围环境改变其温度超过特定温度。

一旦发生变化，即电阻从高到低变化，材料的状态就不可逆，这导致温度敏感材料13的状态变化是永久的。

在这种情况下，任何间隙7都足够，只要间隙7的任一侧上的导体之间的电阻高即可。在图2中示出了典型的间隙结构7。出于本发明的目的，间隙宽度9是重要的，因为材料仅需要具有足够的导电性以允许电流流过间隙7。

替选的实施方式利用材料之间的热膨胀系数差异以指示已达到特定的温度阈值。这在图8中示出。感测元件2包括其中具有间隙7的导电迹线6，其中间隙7优选地通过激光处理方法产生，以产生具有非常小的宽度9的间隙结构7。在这种情况下，感测元件2的在间隙7的任一侧上的导电迹线6的两个部分彼此非常靠近，但是保持电隔离，即，电阻阈值非常高。在此初始状态下，将标签IC的内部寄存器中反映数字电阻开关状态的状态位的位电平设置为0。将材料印刷到感测元件2上，或者在间隙结构7的两侧上，覆盖导电迹线6的两个部分和在导电迹线下方的衬底材料两者(图8a)，或者材料13仅被涂覆在一侧上，覆盖如所述的导电迹线6的一侧和在导体结构下方的衬底材料两者(图8b)。在这两种情况下，间隙7区域都没有材料13，即感测元件2的该区域没有被材料13覆盖。可以将材料13印刷到感测元件2上，但是也可以通过分配将其带到结构上。该材料13的特定特性在于：相对于衬底材料的热膨胀系数，其具有非常高的热膨胀系数。例如，衬底材料是PET(聚对苯二甲酸乙二酯)，其温度膨胀系数为7×10^-5/K。因此，可以被印刷到感测元件2上并且具有更高的温度膨胀系数的合适的材料将例如是热膨胀为3.25×10^-4/K的有机硅材料，与PET相比增加了十倍。在合适的有机硅材料和感测元件2中的间隙结构周围的适当位置的情况下，与PET相比，有机硅材料的膨胀增加将导致窄的间隙结构被封闭，并且电阻水平从高下降到低，因为导体结构不再被隔离而是彼此接触，即间隙7被封闭。在这种状态下，将芯片内部寄存器中反映数字电阻开关状态的状态位的位电平设置为1。该位值可以由RFID读取器系统读取并适当记录。

温度传感器的状态是可逆的，即电阻是根据温度是高于阈值还是低于阈值的功能从高到低并且然后从低到高变化。

温度阈值通过(a)间隙宽度9和/或(b)通过相对于衬底材料(在最常见的情况下为PET)具有更高的热膨胀系数的材料尺寸来调整。图9示出了示例性的不同材料的膨胀系数(CTE)。

图10示出了本发明的使用水分作为感测元件2上的阈值指示器的阈值传感器1的示例性实施方式。该构思是使用RFID标签与感测元件2以测量水分的存在或不存在。感测元件2包括其中具有间隙7的导电迹线6，其中间隙的宽度9可以改变。随着水分在间隙7中累积，间隙7两端的电阻将从无限电阻下降至某个有限的低电阻值，该电阻值取决于间隙7中的水分量，还取决于间隙的宽度9。另外，根据导电离子的浓度水平，水分中的离子将改善跨间隙宽度9的导电性。低于某个电阻值时，RFID标签IC 3将检测到电阻数字开关因此导电迹线6已从断开变为闭合或从0变为1，从而更改了标签IC的内部寄存器的状态位的位电平。然后，可以通过来自外部RFID读取器的读取命令从RFID标签IC 3读取标签IC的寄存器中的状态位从0到1的这种变化，该读取命令访问适当的寄存器。以这种方式，可以检测到水分的存在或不存在。

通过感测元件2检测由于累积的水分而产生的间隙的电阻的变化，并且这将取决于间隙宽度9并且在较小程度上取决于间隙长度8(参见图2)。可以改变这些以适应不同的阈值。

为了帮助水分在间隙区域累积，可以沿平行于间隙7的线14折叠标签。这在图11中示出。水分在折叠14中将比在平坦的表面上累积得更快且更可靠，并且这可以有助于获得一致的阈值结果。

图12示出了图11的折叠的14导电迹线6的示意性侧视图。

图13示出了本发明的使用覆盖间隙7的用于吸收水分的吸收材料15作为感测元件2上的阈值指示器的阈值传感器1。水分可以简单地改变所施加的间隙7上的吸收材料的状态。水分敏感材料15可以是可以吸收水分的吸收材料。该材料可以是仅在水分存在下硬化并变为导电的导电胶。在初始状态下，该材料具有高电阻，并且数字电阻开关被设置为0。由于吸收了水分，该材料改变了其状态，从而提高了其导电性。在最终状态下，该材料具有低电阻，并且数字电阻开关被设置为1。可替选地，当该材料放置在间隙区域上时，该材料可以具有低电阻，因此处于其初始状态，但是由于水分进入，在最终状态下失去导电性。因此，吸收材料也可以是具有可溶性颗粒的材料，并且在不存在水分的情况下是导电的。由于水分进入，导电颗粒腐蚀，并失去其导电性。随着导电性的损失，电阻变高，即数字电阻开关被设置为0。但是吸收材料也可以是具有导电颗粒的材料，该材料在初始状态下不导电，而数字电阻开关被设置为0。水分的存在使开始材料中的化学反应，导致体积减小。然后，导电颗粒在材料中彼此压缩，以产生较高的导电性，即与原始状态相比，在化学反应后的最终状态下的电阻较低，即数字电阻开关被设置为1。

此状态是永久的，即状态发生变化时，材料仍处于最终状态，并且即使在水分含量已减少之后也可以进行测量。然后，开关检测跨间隙的最终状态，该状态在发生化学变化后不可更改。

使用这样的利用水分阈值指示器的阈值传感器的优点在于：设计的感测区域具有与应用相对应并且还与预期的水分量和水分离子浓度相关的形状和面积。

使用水分阈值指示器的阈值传感器1的间隙7区域或者在感测区域的制造期间例如通过蚀刻被引入到感测区域，或者其作为一个单独的步骤通过激光切割来完成。激光切割将实现很小的间隙宽度和更复杂的间隙结构，这对于存在少量水分或低水分导电性的应用具有明显的优势。可以通过使用所谓的指状或其他几何结构10(见图3)使间隙长度8最大化。

图14示出了本发明的检测两个不同的阈值的阈值传感器1的实施方式，针对每个阈值传感器，使用具有篡改环路5的单独的感测元件2和物理地连接至单独的RFID标签IC 3的RFID天线4。

图15示出了与图14相似的实施方式，而每个导电迹线6/间隙7/RFID标签IC 3感应地连接至远场天线，使得能够实现更紧凑、更节省材料的天线设计。

图14a示出了本发明的使用温度阈值指示器的阈值传感器1。如上所说明的，在简化的情况下，根据间隙宽度9和温度阈值可以测量单个温度水平。然而，在更扩展的情况下，可以采用具有不同的间隙宽度9的各个间隙7的若干种导电迹线6结构以确定两个或更多个温度阈值，其中测量仅取决于针对每个感兴趣的特定温度阈值进行了调整的间隙宽度9。在这种情况下，篡改环路5中具有特定宽度9的间隙结构的每个导电迹线6被附接至独立的、唯一可识别的RFID标签IC 3，并且在达到温度阈值时，将电阻数字开关因此感测元件2从0切换到1。在每种情况下，这可以通过使用单独的天线结构来完成。可替选地，可以采用单一的远场天线结构，并且每个导电迹线6/间隙7/RFID标签IC 3直接地(图14a)或感应地(图15a)连接至远场，从而可以实现更紧凑、更节省材料的天线设计。

图14b示出了本发明的使用水分阈值指示器的阈值传感器1。如上所说明的，在简化的情况下，根据变量间隙宽度9、水分含量和离子浓度可以测量单个水分含量。然而，在更扩展的情况下，可以采用具有可变间隙宽度9的各个间隙7的若干种导电迹线6结构以确定水分范围，其中测量仅取决于间隙宽度9。在这种情况下，具有特定宽度9的间隙7结构的每个导电迹线6被附接至独立的、唯一可识别的RFID IC 3，并且在水分累积时，电阻数字开关因此感测元件2将根据相关水分含量和间隙宽度9从0切换到1。显然，这可以通过针对每个间隙宽度9使用具有单个的RFID标签IC 3的单独的天线结构来完成。可替选地，可以采用单一的远场天线结构，并且每个导电迹线6/间隙7/RFID标签IC 3直接地(图14b)或感应地连接(图15b)至远场，从而实现更紧凑、更节省材料的天线设计。

最后，水分可以简单地改变次级材料在所施加的间隙7上的状态。该材料可以是仅在水分存在下硬化并变为导电的导电胶。可替选地，当将材料放置在间隙区域上时，该材料可以具有低电阻，但是由于水分进入，其失去了导电性。

附图标记列表

1 具有RFID标签的阈值传感器

2 感测元件

3 RFID标签IC

4 RFID标签天线

5 篡改环路

6 导电迹线

7 间隙

8 间隙长度

9 间隙宽度

10 梳状或指状结构

11 气孔

12 衬底

13 温度敏感材料

14 折叠线

15 水分敏感材料

Claims (15)

1.一种阈值传感器(1)，包括：通过物理特性来感测阈值电阻值的感测元件(2)和RFID标签，所述RFID标签包括标签天线(4)、标签集成电路(3)以及连接所述感测元件(2)与所述标签IC(3)并且跟踪所述物理特性至所述标签IC(3)的篡改环路(5)，而所述感测元件(2)是所述篡改环路(5)的一部分，并且如果达到了基于所述物理特性的所述阈值电阻值，则触发所述标签IC(3)。

2.根据权利要求1所述的阈值传感器(1)，其中，所述物理特性是灰尘、温度或水分。

3.根据权利要求1所述的阈值传感器(1)，其中，所述感测元件(2)包括其中具有间隙结构(7)的导电迹线(6)，而所述间隙结构(7)将所述导电迹线(6)分成两个部分，并且所述间隙结构(7)具有间隙长度(8)和间隙宽度(9)。

4.根据前述权利要求中一项所述的阈值传感器(1)，其中，所述阈值电阻值能够通过所述间隙宽度(9)和所述间隙长度(8)来调节。

5.根据权利要求3或4中一项所述的阈值传感器(1)，其中，所述间隙结构(7)具有用于延长所述间隙长度(8)的梳状或指状结构(10)。

6.权利要求3或4中一项所述的阈值传感器(1)，其中，作为所述篡改环路(5)的一部分的所述导电迹线(6)沿垂直于所述间隙结构(7)的线(14)折叠。

7.根据权利要求3或4中一项所述的阈值传感器(1)，其中，作为所述篡改环路(5)的一部分的所述导电迹线(6)沿平行于所述间隙结构(7)的线(14)折叠。

8.根据权利要求1至7中一项所述的阈值传感器(1)，其中，在所述间隙结构(7)中或在所述间隙结构(7)附近放置有气孔(11)以在所述感测元件(2)的导电迹线(2)的两个部分之间累积灰尘。

9.根据权利要求1至7中一项所述的阈值传感器(1)，其中，所述感测元件(2)的导电迹线(6)的两个部分通过所述间隙结构(7)上的感测材料物理地连接。

10.根据权利要求9所述的阈值传感器(3)，其中，所述感测材料是包括导电颗粒的温度敏感材料(13)，而所述温度敏感材料(13)根据温度阈值改变其导电状态。

11.根据权利要求9所述的阈值传感器(1)，其中，所述感测材料是包括导电颗粒和/或可溶性颗粒的水分敏感材料(15)，而所述水分敏感材料(15)根据水分阈值改变其导电状态。

12.根据权利要求1至8中一项所述的阈值传感器(1)，其中，所述感测元件(2)的导电迹线(6)的两个部分中的仅一个部分或两个部分被温度敏感材料(13)覆盖，而所述间隙结构(7)保持未被覆盖，而相对于承载所述阈值传感器的减法材料的热膨胀，所述温度敏感材料(13)具有高的热膨胀系数。

13.根据前述权利要求中一项所述的阈值传感器(1)，其中，所述间隙宽度(9)和所述间隙长度(8)能够通过蚀刻工艺或通过激光工艺或通过蚀刻和激光工艺的组合来执行。

14.根据前述权利要求中的一项所述的阈值传感器(1)，其中，所述阈值传感器(1)包括多于一个感测元件(2)，每个感测元件(2)通过物理特性来感测不同的阈值电阻值，而每个感测元件(2)通过篡改环路(5)连接至跟踪到标签IC(3)的所述物理特性的所述标签IC(3)，而每个感测元件(2)具有不同的间隙宽度(9)的间隙结构(7)以测量不同的阈值电阻值。

15.一种使用根据权利要求1至14所述的阈值传感器(1)的阈值测量方法，其中，所述方法包括以下步骤：

-使用激活的RFID标签的标签IC(3)通过物理特性来监测阈值电阻值，

-检测作为所述RFID标签的一部分的篡改环路(5)的零电阻或无限电阻是否已达到预定的阈值电阻值，或者

-检测作为所述RFID标签的一部分的篡改环路(5)的无限电阻或零电阻是否未达到预定的阈值电阻值，

-使用RFID应答器。

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