CN111430877A - 使用可伸缩天线的传感器系统 - Google Patents

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松久直司
牛思淼
Z.鲍
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Abstract

示例实施例提供了一种传感器系统，包括标签单元和读出单元。标签单元包括具有可伸缩天线和可伸缩电阻器的第一传感器。标签单元可以被配置为产生与可伸缩电阻器的伸缩程度对应的感测信号，通过可伸缩天线将感测信号发送到读出单元，并且在对应于第一频率的第一区域中操作。读出单元可以电感耦合到标签单元，并且可以被配置为接收和读出感测信号，并且在对应于第二频率的第二区域中操作。第一频率可以在30MHz至50MHz的范围内，并且第二频率可以与第一频率不同。

Description

使用可伸缩天线的传感器系统
技术领域
本发明构思涉及传感器系统，更具体地，涉及使用可伸缩天线的传感器系统。
背景技术
现有技术中的皮肤附着传感器系统可以通过在由橡胶材料制成的可伸缩基板上形成传感器单元并将刚性电路单元安装在由橡胶材料制成的基板上来配置。现有技术中的传感器系统的传感器和信号处理电路可以通过形成为波浪形状的导线彼此连接，使得导线是可伸缩的。
另外，在现有技术中的另一传感器系统的情况下，可以在传感器单元上进一步安装能够进行无线通信的天线，使得传感器系统可以被配置为从外部读出传感器测量的信号的系统。
此外，在现有技术中的又一传感器系统的情况下，天线可以连接到可伸缩传感器，使得传感器系统可以被配置为能够从外部读出与传感器的伸缩程度对应的谐振频率变化的系统。
尽管现有技术中的传感器系统可以附接到皮肤，但是现有技术中的传感器系统可能庞大且不舒服，这限制了作为柔性/可伸缩电子设备的实施，并且可能需要单独的电池来操作IC等。
另外，现有技术中的另一传感器系统可以通过使用无线通信从外部读出信号但是不能使用市售的NFC频率(13.56MHz)，结果，传感器系统可能不会与当前使用的移动电话等兼容，并且因为传感器系统是接收谐振频率调制的系统，所以传感器系统可能易受根据传感器的伸缩程度的频率调制的影响而。
另外，在现有技术中的又一传感器系统的情况下，由于嵌入的刚性电路单元，佩戴舒适性可能较差。
在背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对相关领域的理解，因此可能包含不构成本国本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的构思涉及一种传感器系统，该传感器系统包括具有天线的标签，该天线具有小体积并且不需要单独的电池。
本发明的构思还涉及能够使用市售NFC频率(13.56MHz)的传感器系统。
本发明的构思还涉及一种可附接到皮肤的传感器系统，并且包括具有改善的佩戴舒适性的可伸缩标签。
本发明构思的技术特征和效果不限于上面讨论的那些，并且本领域技术人员从以下对所呈现的实施例的描述中可以理解发明构思的其他特征和/或效果。
根据本发明构思的实施例，传感器系统可包括标签单元和读出单元。标签单元可包括第一传感器，第一传感器可包括可伸缩天线和可伸缩电阻器。标签单元可以被配置为产生与可伸缩电阻器的伸缩程度对应的感测信号，通过可伸缩天线将感测信号发送到读出单元，并且在对应于第一频率的第一区域中操作。读出单元可以电感耦合到标签单元。读出单元可以被配置为接收和读出感测信号，并且在对应于第二频率的第二区域中操作。第一频率可以在30MHz至50MHz的范围内，并且第二频率可以与第一频率不同。
在一些实施例中，第二频率可以是13.56MHz，第一区域可以是与第一频率和第一耦合系数对应的区域，第二区域可以是与第二频率和第二耦合系数对应的区域，并且第一耦合系数可以大于第二耦合系数。
在一些实施例中，可伸缩天线可包括形成电感器和第一电容器的可伸缩电极。可伸缩电极可包括第一可伸缩电极和第二可伸缩电极。第二可伸缩电极可以与电感器的一部分重叠。电感器可包括第一可伸缩电极。电感器可以具有螺旋形状，其中第一可伸缩电极可以以螺旋形状布置。第一电容器可包括第二可伸缩电极。电感器和第一电容器可以被配置为从第一状态延伸到不同于第一状态的第二状态。
在一些实施例中，在第二状态中，第一可伸缩电极的电阻值可以是第一参考电阻值或更小，并且第二可伸缩电极的电阻值可以是第二参考电阻值或更小。
在一些实施例中，在第一状态中，可伸缩电阻器的电阻值可以是第三参考电阻值或更小。
在一些实施例中，第一参考电阻值、第二参考电阻值和第三参考电阻值可以分别是100Ω、3Ω和1,000Ω。
在一些实施例中，第一电容器可以具有夹层结构，其中介电材料包括在电感器的一部分和第二可伸缩电极之间，并且第一可伸缩电极和第二可伸缩电极中的每一个的导电率可以低于0.05欧姆/平方。
在一些实施例中，夹层结构可包括两种SEBS介电材料。
在一些实施例中，电感器在第一状态下可具有451.5nH的电感和2.98Ω的电阻值，并且在第二状态下可具有595.2nH的电感和41.7Ω的电阻值。
在一些实施例中，第一电容器的单位电容在第一状态下可以是16.3pF/ cm2，在第二状态下是22.0pF/cm2。
另外，在根据示例实施例的传感器系统中，第一传感器可以是可附接到皮肤并且由纳米氧管材料制成的电阻应变传感器。
在一些实施例中，第一状态可以是非伸缩状态，第二状态可以是比第一状态进一步伸缩50％的状态。
在一些实施例中，可伸缩天线还可包括二极管、第二电容器和具有第一工作频率范围的第一环形振荡器。二极管可以被配置为对与第二区域对应的无线电力信号进行整流，以提供整流的无线电力信号。第二电容器可以被配置为存储与整流的无线电力信号对应的能量。第一环形振荡器可以被配置为通过使用存储在第二电容器中的能量来操作，并且通过根据第一传感器在第一工作频率范围内的伸缩程度来调制感测信号的频率来产生第一调制感测信号，并且读出单元可以被配置为读出第一调制的感测信号。
在一些实施例中，天线还可包括第二传感器和具有第二工作频率范围的第二环形振荡器。第二环形振荡器可以被配置为通过根据第二传感器在第二工作频率范围内的伸缩程度调制感测信号的频率来产生第二调制感测信号。第一传感器和第一环形振荡器可以彼此匹配。第二传感器和第二环形振荡器可以彼此匹配，并且第一工作频率范围和第二工作频率范围可以彼此不同。
在一些实施例中，读出单元可以被配置为区分和读出第一调制感测信号和第二调制感测信号。
在一些实施例中，读出单元可以包括与第一工作频率范围对应的第一带通滤波器，以及与第二工作频率范围对应的第二带通滤波器，并且可以被配置为通过使用第一带通滤波器和第二带通滤波器区分和读出第一调制感测信号和第二调制感测信号。
在一些实施例中，二极管可以具有金属-半导体肖特基结构。
在一些实施例中，第二参考电阻值可以大于第一参考电阻值并且小于第三参考电阻值。
在一些实施例中，第一状态可以是非伸缩状态，第二状态可以是伸缩状态。电感器可以在第一状态下具有第一电感值和第一电阻值，并且电感器可以在第二状态下具有第二电感值和第二电阻值。第二电感值可以大于第一电感值，第二电阻值可以大于第一电阻值。
在一些实施例中，二极管、第二电容器，第二传感器，第一环形振荡器和第二环形振荡器可以由可伸缩材料制成。
根据本发明构思，传感器系统包括具有天线的标签，该天线具有小体积并且不需要单独的电池。
另外，根据本发明构思，提供了一种能够使用市售NFC频率(13.56MHz) 的传感器系统。
另外，根据本发明构思，传感器系统可附接到皮肤并且包括具有改善的佩戴舒适性的可伸缩标签。
附图说明
图1是根据示例实施例的传感器系统的框图。
图2A是示出根据示例实施例的天线的形状的视图，并且图2B是示出根据示例实施例的天线的电感特性的曲线图。
图3A是示出根据示例实施例的电容器的形状的视图。图3B是示出根据示例实施例的电容器的结构的视图，并且图3C是示出根据示例实施例的电容器的特性的曲线图。
图4是示出根据示例实施例的天线的特性的曲线图。
图5A是示出根据谐振频率的输出电压的曲线图。
图5B是示出根据示例实施例的系统的操作区域的曲线图。
图5C是示出根据每个区域中的品质因数的变化的系统的灵敏度的曲线图。
图6A是示出根据示例实施例的传感器的视图，并且图6B是示出根据示例实施例的传感器的特性的曲线图。
图7A是示出根据示例实施例的根据标签单元的伸缩程度的输出电压的曲线图。图7B是示出根据示例实施例的根据标签单元和读出单元之间的水平距离的输出电压的曲线图。
图7C是示出根据示例实施例的根据标签单元和读出单元之间的垂直距离的输出电压的曲线图。
图8是示出根据示例实施例的传感器系统的具体配置的视图。
图9是示出根据另一示例实施例的传感器系统的具体配置的视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述一些示例实施例。相同或相似的组成元件将由相同的附图标记指定，并且将省略其重复描述。另外，在下面的描述中使用的组成元件的后缀“模块”和“部分”仅在考虑到编写说明书的容易性的情况下被分配或使用，并且没有彼此区分的含义或角色。另外，在描述中，当确定特定描述可能使本说明书中公开的示例实施例的主题模糊时，将省略公知的相关技术的具体描述。另外，应该理解，提供附图仅仅是为了使本领域技术人员容易理解本说明书中公开的示例实施例，并且本说明书中公开的技术精神不受附图的限制，并且包括包含在发明构思的精神和技术范围内的所有变更、等同物和替代物。
包括诸如“第一”、“第二”等的序数的术语可用于描述各种组成元件，但组成元件不受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个组成元件与另一个组成元件区分开。
当一个组成元件被描述为与另一个组成元件“连接”或“链接”时，应该理解，一个组成元件可以直接连接或链接到另一个组成元件，并且插入的组成元件也可以是介于组成元素之间。另一方面，当提到某个元件与另一个元件“直接连接”或“直接链接”时，应该理解，其间不存在其他元件。
这里使用的单数表达包括复数表达，除非它们在上下文中具有明确相反的含义。
在本申请中，应当理解，术语“包括”和“具有”旨在表示在说明书中描述的特征、数字、步骤、操作、组成元件和组件的存在或其组合，并且不排除预先存在或添加一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、组成元件和组件或其组合的可能性。
在下文中，将参考图1描述根据示例实施例的传感器系统。
根据示例实施例的传感器系统1包括皮肤附接的可伸缩标签单元10(在下文中，称为标签单元)和可伸缩的读出单元20(在下文中，称为读出单元)，以及标签单元10和读出单元20通过使用期望的(和/或可选地预定的)谐振频率f(例如，13.5Mhz)以电感耦合方式彼此耦合。
标签单元10和读出单元20可以通过使用但不限于诸如NFC或RFID的无线通信来彼此通信。
读出单元20通过无线电力信号以非接触方式向标签单元10提供驱动电力，并且以幅度调制和信号检测方式接收和读出由标签单元10创建的感测信号。具体地，包括天线21和电路单元22的读出单元20可附接到用户的衣服，并通过使用从天线21获得的输出电压Vo的幅度来读出标签单元10的感测信号。
天线21可以表示为包括彼此串联连接的可伸缩电感器(下文中，称为电感器)Lr和寄生电阻器Rr的等效电路，并且电路单元22读出感测由幅度调制产生的感测信号。
在标签单元10和读出单元20之间存在三个参数：谐振频率f、品质因数 Q和耦合系数k，并且谐振频率f和品质因数Q可以由以下等式1表示：
[等式1]
Figure BDA0002176965810000061
这里，Ltag、Ctag和Rtag可以分别是天线11的电感、电容和寄生电阻的值。
标签单元10包括可伸缩天线11(下文中，称为天线)和可伸缩传感器 12(下文中，称为传感器)，通过根据与包括在传感器12中的可伸缩电阻器 Rs(参见图6，下文中，称为电阻器)的伸缩程度对应的电阻值中的变化加载调制来产生感测信号，并且可以通过天线11将感测信号发送到读出单元 20。
天线11可以表示为包括可以彼此并联连接的电感器Lt、可伸缩电容器 (在下文中，称为电容器)Ct和寄生电阻器Rt的等效电路。
在下文中，将参考图2A和2B描述电感器Lt的示例。图2A是示出根据示例实施例的天线的形状的视图，并且图2B是示出根据示例实施例的天线的电感特性的曲线图。
参见图2A，天线11可以通过在期望的(和/或可选地预定的)方向(例如，逆时针方向)缠绕可伸缩的电导体而形成为螺旋形状，并且具有缠绕形状的可伸缩的电导体可以形成已经参考图1描述的电感器Lt。例如，可以通过在聚氨酯PU中嵌入具有高导电性的可伸缩Ag纳米颗粒来制造可伸缩电导体，并且可伸缩电导体的导电率可以具有小于0.5欧姆/平方的值，但不限于此。
在一些实施例中，电感器Lt可能需要具有高于100nH的电感以便提供足够的灵敏度S(参见图5B)并且内部电阻可以是约100Ω或更小的第一参考电阻值。
在下文中，将描述制造电感器Lt的方法的示例。
首先，通过模版印刷或分配器印刷，可伸缩导电油墨(例如，薄片和弹性体的复合油墨，PE873)可以在可伸缩电极(下文中，称为可伸缩电极)上以螺旋形状印刷，例如苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)电极。例如，可以使用打印机(例如，Voltera V-one)，并且SEBS基板的特征在于高屈服电压、优异的介电泄漏和高伸缩性，并且可以是10μm H1221的SEBS基板。
可以通过旋转四次来形成尺寸为4.9cm×4.5cm的螺旋电感器，以便达到期望的电感。可以设计宽线(例如，4mm的宽度)以减小和/或最小化总螺旋长度与宽度之间的比率，从而减小电感器的内阻以增加品质因数Q的值。在这种情况下，可以通过使用但不限于AltiumDesigner软件来设计电感器Lt 的图案。
接下来，通过在105℃下退火30分钟使印刷导体油墨完全固化。
参见图2B，在第一状态(例如，电感器Lt未被伸缩使得应变为0)，电感器Lt具有451.5nH的电感，并且由电感器Lt引起的寄生电阻器Rt的电阻值是2.98Ω。在第二状态中，电感器Lt被伸缩约50％至约0.5的应变值，电感可以增加31.8％至595.2nH，并且电阻值可以增加约14倍至41.7Ω。在这种情况下，寄生电阻器Rt的电阻值仍然是第一参考电阻值(100Ω)或更小，结果，即使在高度伸缩的条件下也可以成功地操作系统1。
在下文中，将参考图3A和3B描述根据示例实施例的电容器Ct。图3A 示出了根据示例实施例的电容器的形状。图3B示出了根据示例实施例的电容器的结构。图3C是示出根据示例实施例的电容器的特性的曲线图。
电容器Ct可以具有几pF的电容，同时保持低电极电阻。参考图3A，电容器Ct可以通过将可伸缩电极叠置在螺旋电感器Lt的一部分上而形成在螺旋电感器Lt上，以允许电容器Ct具有低电极电阻。
参见图3B，通过在螺旋电感器Lt上叠加银纳米颗粒可伸缩电极Ag并在电感器Lt和可伸缩电极Ag之间层叠两层SEBS电介质材料，电容器Ct可以形成为具有夹层结构。具有夹层结构的电容器Ct可以通过在电感器Lt上层叠两个SEBS电介质材料然后层叠另一个电极Ag来制造。
参见图3C，在一个示例中，电容器Ct在0应变的第一状态下具有16.3pF /cm 2的单位电容。在0.5应变的第二状态中，电极Ag的面积增加并且电介质材料SEBS的厚度减小，使得单位电容增加到22.0pF/cm 2。在这种情况下，具有增加的面积的电极AG的电阻值被保持为低电极电阻，即，第二参考电阻值(例如，3Ω)或更小，并且因此，即使在高度伸缩的条件下仍可以成功地操作系统1。
在下文中，将参考图4描述天线11的特性。图4是示出根据示例实施例的天线的特性的曲线图。
天线11通过电感器Lt和电容器Ct形成标签单元10的谐振结构。可以通过将图2B所示的电感值和图3C所示的电阻值代入上述等式1来计算品质因数Q。可以通过将图2B中所示的电感值和图3C中的电容值代入上述等式 1中来计算谐振频率f。
参见图4，当标签单元10从大约0应变的第一状态伸缩到大约0.5应变的第二状态时，标签单元10的固有谐振频率f从68.1MHz减小到46.0MHz，并且品质因数Q从8.1减小到1.2。
读出单元20被设计成在13.56MHz和耦合系数k处精确地谐振。该设计提供了所需的最大灵敏度，以确保所需或最大的无线操作距离。
然而，在仅使用读出单元20的13.56MHz的谐振频率的情况下，相对于谐振频率f的带宽非常窄，并且允许品质因数Q下降的范围较窄。也就是说，天线11的品质因数Q可能由于寄生电阻Rt的增加和电感器Lt的电感的增加而降低，结果，系统1可能无法稳定地操作。另外，当耦合系数k增加时，标签单元10的天线11可以对读出单元20的天线21产生强负载效应，结果，天线11的灵敏度S(参见图5A)可能快速减小。
因此，为了解决上述问题，有必要设计在现有技术中在除13.56MHz之外的其他谐振频率区域内工作的天线11。
根据示例实施例的读出单元20以13.56MHz的谐振频率操作，并且标签单元10可以在除了13.56MHz的谐振频率之外的其他频率区域内操作，即使在第一状态以及耦合系数k高的第二状态也是如此状态。
在下文中，将参照图5具体描述根据示例实施例的标签单元10和读出单元20的操作区域。图5A是示出根据谐振频率f的输出电压Vo的曲线图。图 5B是示出根据示例实施例的系统的操作区域的曲线图。图5C是示出根据每个区域内的耦合系数k的变化的系统的灵敏度S的曲线图。
参见图5A，假设当k＝0.5和Q＝10时输出电压Vo的变化率(例如，图 5A中的曲线图的梯度)被定义为灵敏度S，则曲线图的梯度在谐振频率f精确地为13.56MHz，或者是大于30MHz的50MHz或100MHz，传感器12的电阻Rs为102Ω至103Ω的情况下的部分中是快速变化的；因此，当谐振频率 f为13.56MHz、50MHz或100MHz时，灵敏度S高。
具体地，参考图5B，当传感器的电阻Rs是700Ω时，读出单元20可以在第一区域R1中操作，并且标签单元10可以在第二区域R2中操作。
第一区域R1是对应于低耦合系数k(0.1或更小)并且谐振频率f为 13.56MHz的区域。另外，第一区域R1是响应于根据伸缩的谐振频率f的微小变化而灵敏度S大大改变的区域。
第二区域R2是对应于高k值(0.2或更大)并且谐振频率f为30MHz至 50MHz的区域，以及其中灵敏度S可以保持在高水平的区域，虽然谐振频率 f改变了。
另外，第二区域R2具有允许品质因数Q下降的宽范围。具体地，参考图5C，当品质因数Q从10减小到1时，第二区域R2中的灵敏度S从3.93mV /Ω减小到2.18mV/Ω，而第一区域R1中的灵敏度S从-2V/Ω迅速减小至-0.17 mV/Ω。因此，即使品质因数Q在第二区域R2中可能发生很大变化，第二区域R2中的灵敏度S的变化也小于第一区域R1中的灵敏度变化。
返回参考图4，当标签单元10从第一状态变为第二状态时，标签单元10 的谐振频率f从68.1MHz变为46.0MHz。在这种情况下，由于第二区域R2 中的灵敏度S从3.93mV/Ω缓慢降低到2.18mV/Ω，即使品质因数Q从8.1 大幅降低到1.2，即使品质因数Q的改变很大，灵敏度S的变化也很小。
另外，由于第二区域R2的谐振频率f是30MHz或更高，并因此电容器 Ct的电容值可以不是大的值。因此，形成电容器Ct的电极Ag不再必须薄并且可以更容易制造。而且，由于即使在传感器被伸缩时灵敏度S的变化也很小，因此可以提高可靠性。
在下文中，将参考图1、5A和6描述根据示例实施例的传感器。图6A 示出了根据示例实施例的传感器，而图6B是示出根据示例实施例的传感器的特性的曲线图。
参见图1和6A，传感器12可以是可附着到皮肤的电阻应变传感器。传感器12可以包括电阻器Rs并且可以包括嵌入聚二甲基硅氧烷(PDMS)中的一个或多个碳纳米管(CNT)，并且传感器12可以是基于咖啡环效应制成的可伸缩传感器。
附着到皮肤的传感器12产生由与电阻器Rs的伸缩程度对应的幅度调制引起的感测信号。如上所述，读出单元20通过使用与接收的感测信号对应的输出电压Vo的幅度来读出标签单元10的感测信号。
传感器12可以被设计为具有高灵敏度S。在一些实施例中，电阻器Rs 的值可以小于第一状态中的第三参考电阻(例如，103Ω)。
图6B示出了在传感器12是心率传感器的情况下根据测量时间的电阻器Rs的电阻值。传感器12对应于心率而被伸缩，结果，电阻器Rs的电阻值具有脉冲形状。通过对应于脉冲形状的负载调制从标签单元10产生感测信号，并且读出单元20通过使用与感测信号对应的输出电压Vo的幅度来读出感测信号。
为了便于描述，已经描述了传感器12是心率传感器的配置，但是示例实施例不限于此，并且可以包括任何传感器，只要传感器是用于通过使用可伸缩的电阻器检测人的生物信号的传感器即可，如呼吸和身体运动。
在下文中，将参照图7A至7C描述根据示例实施例的标签单元10的伸缩程度以及标签单元10和读出单元20之间的距离的系统1的特性。
图7A是示出根据示例实施例的标签单元的根据伸缩程度的输出电压的曲线图。图7B是示出根据示例实施例的根据标签单元和读出单元之间的水平距离的输出电压的曲线图。
图7C是示出根据示例实施例的根据标签单元和读出单元之间的垂直距离的输出电压的曲线图。
参见图1和7A，灵敏度S(对应于曲线图的梯度)被保持为具有非常大的值，直到电阻器Rs在电阻器Rs的电阻值是第三个参考电阻(103Ω)或更小的部分中从第一状态变为第二状态。另外，即使电阻器Rs从第一状态改变到第二状态，也可以检测人的生物脉冲信号作为对应于人的生物脉冲信号的输出电压Vo。因此，即使标签单元10处于第二状态，根据示例实施例的系统1也可以检测人的生物信号。
参见图1和7B所示，随着标签单元10和读出单元20之间的垂直距离从 4.2mm增加，灵敏度S(对应于图7B中的曲线的梯度)增加然后在其中电阻器Rs的电阻值是第三参考电阻(103Ω)或更小的部分中迅速减小。当垂直距离超过20mm时，曲线变得大致平坦，灵敏度S变得接近0。即，当垂直距离为4.2mm时输出电压Vo的峰值最高，当垂直间隔距离超过20毫米并达到23.4毫米时输出电压Vo很少被检测到。
参见图7C，随着标签单元10和读出单元20之间的水平(或横向)距离从0mm增加，灵敏度S增加，然后在电阻器Rs的电阻值是第三参考电阻(103Ω)或更低的部分中迅速减小。当水平距离超过25mm时，曲线变得大致平坦，灵敏度S接近0。即，当水平距离为0mm时输出电压Vo的峰值最高，当水平间隔距离超过25毫米并达到35毫米时输出电压Vo很少被检测到。
在下文中，将参考图1和8描述根据示例实施例的传感器系统。图8示出了根据示例实施例的传感器系统的具体配置。
参见图8，除了图1所示的电感器Lt、电容器Ct和、寄生电阻Rt之外，天线111还包括可伸缩二极管D1(以下称为二极管)，电容器C，可伸缩晶体管S(以下称为晶体管)和可伸缩环形振荡器Ro(以下称为环形振荡器)，并且，天线111可以连接到传感器12。
因为电感器Lt，电容器Ct，寄生电阻Rt和传感器12与参考图1描述的那些相同，将省略其详细描述。
二极管D对从读出单元20发送的无线电力信号进行整流，并且对应于第二区域。为此，二极管D的工作频率可以是100MHz或更高，其击穿电压可以是50V或更高，其反向漏电流可以小于100nA，并且其正向电流可以是 0.1mA或更多。为了实现这些特征，二极管D1可以具有但不限于金属-半导体肖特基结构。
电容器C存储与由二极管D整流的信号对应的能量，并且所存储的能量可以用作用于操作环形振荡器Ro的电力。
晶体管S可以是由环形振荡器Ro控制的晶体管并且用于负载调制。
环形振荡器Ro可以具有固有的工作频率范围，并根据天线111的伸缩程度调制感测信号的频率。环形振荡器Ro的工作频率可以根据电阻器Rs的伸缩程度而改变，并且调制的感测信号可以对应于环形振荡器Ro的工作频率的变化而产生。经调制的感测信号通过天线111发送到读出单元20。
因为环形振荡器Ro使用RF收集的能量，所以低工作电压(例如，低于 15V)、低功耗(例如，小于1mW)和宽频率区域(例如，超过100Hz)可能是必需的。
包括多个传感器和与多个传感器对应的多个环形振荡器的多个标签单元可以被配置为通过使用多个传感器来监测多个身体信号。
例如，为了监测热率、呼吸频次和身体运动，可以将三个标签单元附接到人体上的相应位置。三个标签单元可包括心率传感器、呼吸频次传感器、身体运动传感器、以及与这些传感器匹配的三个环形振荡器，用于监测心率、呼吸频次和身体运动。三个环形振荡器可以具有彼此不重叠的工作频率范围，例如20至40Hz、70至100Hz和300至500Hz。
读出单元20可以包括对应于20至40Hz、70至100Hz和300至500Hz 的算法和带通滤波器，并且通过使用算法和带通滤波器可以区分和读出对应于环形振荡器工作频带的调制感测信号。
在下文中，将参考图9描述根据另一示例实施例的传感器系统。图9示出了根据另一示例实施例的传感器系统的具体配置。
图9是传感器系统的图，该传感器系统包括第一标签单元10a、第二标签单元10b、第三标签单元10c和读出单元20。第一标签单元10a、第二标签单元10b和第三标签单元10c分别包括可伸缩传感器(例如，12a、12b和12c) 和天线(例如，111a、111b和111c)，其可以与图1中的可伸缩传感器12和图8中的天线111相同或相似。标签单元10a、10b和10c可以监视身体的不同部分，并且可以对应于心率监测器、呼吸监测器和身体运动监测器，但不限于此。
除了电路单元22之外，读出单元20可以与图1中的读出单元20相同，电路单元22还包括操作不同频率的第一至第三带通滤波器电路22f1、22f2 和22f3；多频带处理电路22p；和存储器22m。存储器22m可以包括诸如信号处理算法之类的指令，当由处理电路22p执行时，配置该读出单元20以彼此区分从第一标签单元10a、第二标签单元10b和第三标签单元10c感测到的信号。
尽管已经具体示出和描述了一些示例实施例，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节的变化。

Claims (20)

1.一种传感器系统，包括：
标签单元，
标签单元包括第一传感器，
第一传感器包括可伸缩天线和可伸缩电阻器，
标签单元被配置为产生与可伸缩电阻器的伸缩程度对应的感测信号，通过可伸缩天线将感测信号发送到读出单元，并在对应于第一频率的第一区域中操作，第一频率在30MHz至50MHz的范围内；以及
读出单元，其被感应耦合到标签单元，
读出单元被配置为接收和读出感测信号并在对应于第二频率的第二区域中操作，
第二频率与第一频率不同。
2.如权利要求1所述的传感器系统，其中：
第二个频率是13.56MHz，
第一区域是与第一频率和第一耦合系数对应的区域，第二区域是与第二频率和第二耦合系数对应的区域，
第一耦合系数大于第二耦合系数。
3.如权利要求2所述的传感器系统，其中：
可伸缩天线包括形成电感器和第一电容器的可伸缩电极，
可伸缩电极包括第一可伸缩电极和第二可伸缩电极，
第二可伸缩电极与电感器的一部分重叠，
电感器包括第一可伸缩电极，
电感器具有螺旋形状，其中第一可伸缩电极以螺旋形状布置，
第一电容器包括第二可伸缩电极，和
电感器和第一电容器被配置为从第一状态延伸到不同于第一状态的第二状态。
4.如权利要求3所述的传感器系统，其中：
在第二状态中，第一可伸缩电极的电阻值是第一参考电阻值或更小，并且
在第二状态中，第二可伸缩电极的电阻值是第二参考电阻值或更小。
5.如权利要求4所述的传感器系统，其中：
在第一状态中，可伸缩电阻器的电阻值是第三参考电阻值或更小。
6.如权利要求5所述的传感器系统，其中：
第一参考电阻值、第二参考电阻值和第三参考电阻值分别为100Ω，3Ω和1,000Ω。
7.如权利要求6所述的传感器系统，其中：
第一电容器具有夹层结构，其中介电材料包括在电感器的一部分和第二可伸缩电极之间，并且
第一可伸缩电极和第二可伸缩电极中的每一个的导电率低于0.05欧姆/平方。
8.如权利要求7所述的传感器系统，其中：
夹层结构包括两种SEBS介电材料。
9.如权利要求8所述的传感器系统，其中：
在第一状态下，电感器的电感为451.5nH，电感器的电阻值为2.98Ω
在第二状态下，电感器的电感为595.2nH，电感器的电阻值为41.7Ω。
10.如权利要求9所述的传感器系统，其中：
第一电容器的单位电容在第一状态下为16.3pF/cm2，在第二状态下为22.0pF/cm2。
11.如权利要求10所述的传感器系统，其中：
第一传感器是电阻应变传感器，
第一传感器被配置为附着到皮肤，并且
第一传感器包括一个或多个碳纳米管。
12.如权利要求11所述的传感器系统，其中：
第一状态是非伸缩状态，第二状态是比第一状态进一步伸缩50％的状态。
13.如权利要求12所述的传感器系统，其中：
可伸缩天线还包括二极管、第二电容器和具有第一工作频率范围的第一环形振荡器，
二极管被配置为对与第二区域对应的无线电力信号进行整流，以提供整流的无线电力信号，
第二电容器被配置为存储与整流后的无线电力信号对应的能量，
第一环形振荡器被配置为使用存储在第二电容器中的能量，并通过根据第一传感器在第一工作频率范围内的伸缩程度调制感测信号的频率来产生第一调制感测信号，并且
读出单元被配置为读出第一调制感测信号。
14.如权利要求13所述的传感器系统，其中：
天线还包括第二传感器和具有第二工作频率范围的第二环形振荡器，
第二环形振荡器被配置为通过根据第二传感器在第二工作频率范围内的伸缩程度调制感测信号的频率来产生第二调制感测信号，
第一传感器和第一环形振荡器相互匹配，第二传感器和第二环形振荡器相互匹配，第一工作频率范围和第二工作频率范围彼此不同。
15.如权利要求14所述的传感器系统，其中：
读出单元被配置为区分和读出第一调制感测信号和第二调制感测信号。
16.如权利要求15所述的传感器系统，其中：
读出单元包括第一带通滤波器和第二带通滤波器，
第一带通滤波器对应第一工作频率范围，
第二带通滤波器对应第二工作频率范围，并且
读出单元被配置为通过使用第一带通滤波器和第二带通滤波器来区分和读出第一调制感测信号和第二调制感测信号。
17.如权利要求16所述的传感器系统，其中：
二极管具有金属-半导体肖特基结构。
18.如权利要求17所述的传感器系统，其中：
二极管、第二电容器、第二传感器、第一环形振荡器和第二环形振荡器都包括可伸缩材料。
19.如权利要求5所述的传感器系统，其中，
第二参考电阻值大于第一参考电阻值且小于第三参考电阻值。
20.如权利要求8所述的传感器系统，
第一状态是非伸缩状态，
第二状态是伸缩状态，
电感器在第一状态下具有第一电感值和第一电阻值，
电感器在第二状态下具有第二电感值和第二电阻值，
第二电感值大于第一电感值，并且
第二电阻值大于第一电阻值。
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