CN1783159A - 用于基于传感器测量的集中校准系数 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于减少从条件响应传感器中取回(retrieved)数据的数据处理时间的方法。在传感器制造期间，制造商决定并存储校准数据以用于与传感器标识数据和校准数据相关的数据库中的个别传感器。该校准数据随后与传感器数据读取装置相关联，其基于读取传感器装置标识数据而取回数据并使用取回的校准数据来补偿从传感器读取的未处理的条件响应数据。

Description

用于基于传感器测量的集中校准系数

技术领域

本发明一般地涉及用于电子组件的询问器，其传输相关于选定的物理或者环境条件的标识变量和/或测量的信息。更具体地，该发明的校准方法采用集中的数据库以提供用于现场测量的个别传感器校准常数。

背景技术

将电子装置与充气轮胎以及车轮结构相结合接收产生许多实用的优点。轮胎电子元件包括传感器和其它组件，该组件用于传递标识参数，也用于获得轮胎相关的不同物理参数，例如温度、压力、轮胎面磨损、轮胎转数、车速等。这样的性能信号在轮胎监测和警告系统中非常有用，并且甚至可以潜在地用在反馈系统中以调整合适的轮胎参数。

而与轮胎结构结合的电子系统提供的另一潜在性能是资产追踪和用于商业车辆应用的性能特性。商业的卡车车队、航空飞行器以及地表推进器(mover)/挖掘(mining)车辆都是可行行业，这些产业能够利用轮胎电子系统和相关的信息传输的优点。射频识别(RFID)标记能够用于提供给定轮胎的唯一标识，使得具有对轮胎跟踪的能力。轮胎传感器能够判定车辆中的每个轮胎已经行进的距离并由此帮助这样的商业系统的维护计划。车辆的位置和性能能够被优化以用于更多昂贵的应用中，例如那些涉及地表挖掘装置。

一类具体的传感器，或者条件响应装置是一种声波装置，例如表面声波(SAW)装置，其用于某些轮胎电子系统中以判定与轮胎或者车轮组件相关的不同参数。SAW装置具有期望的用于某些传感器装置的特性，因为它们灵敏、使用很少的功率并且能够以无线方式运行在便于传播信息的RF频率上。SAW装置可以包括至少一个谐振器(resonator)元件，该元件是由置于压电基体(substrate)上的互相交叉的电极组成的。

当一个电子输入信号用于SAW装置中时，选定的电极使得SAW充当一种转换器(transducer)，因此在基体中将输入信号转换为机械波。SAW中的其它结构反射机械波并产生电子输出信号。这样，SAW表现得很像机电谐振器。来自SAW装置的输出信号的变化，例如输出信号的频率、相位和/或幅度的变化，对应于改变SAW装置的传播路径的特性。在一些SAW装置实施例中，监测装置的频率和任何变化又提供充分的信息以判定参数，例如温度以及SAW装置承受的应变。然而该传感器与许多的传感器一样，需要校准系数以表现为减少测量的频率变化为真实领域的物理数据。在SAW装置的状态中，这些校准系数不是定位于SAW装置上，而是位于外部数据容器，例如RFID。在这种情况下，该RFID转发器定位于传感器片(patch)中并使用RF链接询问从而必需的校准系数被传递给询问器以使测量到的频率能够转换为精确的温度和压力读数。

关于RFID技术以及SAW装置的其它用途的附加背景信息可以参考未决的、于2003年10月30日提交的美国申请序列号10/697,576的专利、题为“具有数字数据传输功能的声波装置”，在此并入作为参考。

在与轮胎相关应用的SAW装置的传统实施中，SAW传感器传输与感测到的参数相关信息。然而，通常的情况是，在任何传感器测量系统中，精确测量可能需要一些形式的校准以解释制造公差或者其它变量，当置于完全相同的操作条件下时，其对于来自任意组传感器的读数的绝对一致性具有不期望的影响。

当已经提高了轮胎电子系统的声波装置(例如SAW传感器)的多种实施时，并且当已经从使用传统技术的轮胎或者车轮组件中无线传递信息的不同组合时，没有出现大体包含所有的如依据本发明技术而出现的期望特征。

发明内容

由于现有技术已经碰到的以及本发明提出的已知特征，已经开发了一种改善的技术，其用于获得基于SAW装置使用的询问器的校准信息。应当指出，尽管本发明公开内容的以下内容可能参考使用与轮胎或者车轮结构相结合的基于SAW的装置，但是这样的使用和具体类型的装置都不是限定本发明技术，实际上，无论基于SAW与否，这样的装置可以结合多种装置或者元件或者甚至是独立的环境传感器而使用。而且，本发明技术可以用来与任何的传感器结合或者，为了该目的，和与某个形式的独立校准相关的装置类型结合。

在示例性的配置中，基于SAW的装置可以包括连接的在振荡器/放大器中作为反馈元件的声波装置以及可以进一步连接到天线元件，由此形成有源(active)发射装置设计。该声波装置判定由所述的有源发射装置产生的载频(或者多个频率)，并且因此，传输的RF信号的频率(或者多个频率)可以表示该声波装置其自身功能为传感器的一个或多个感测的参数。

在它们较简单的一种形式中，来自基于SAW的装置的传输信号可以同步序列打开和关闭，但是其它的方法也是可以的。该信息传输方法的正面(积极的方面)包括电路简化和功率节约。例如，取代了在轮胎中需要测量感测参数的电路的需要，将它们转换为数字形式，并且将其编码在传输的数字数据流中，感测的参数信息通过传输的RF频率进行传输。这样的方法提供传输用于任何由传输信号的幅度调制所需要的信息，无论是复杂的或者简单的。这样的电路配置提供了从集成的轮胎电子元件到远程接收装置位置有源传输组合的信息。该组合的信息可以对应于由声波装置感测的物理参数和叠加在RF信号上的数字数据，该数字信号通过选择性地打开或者关闭放大器而由声波装置发射。

该类装置的另一正面是提供能够通过电子组件传输的多种类型的信息。这样的信息能包括感测到的关于参数的信息，例如与轮胎或者车轮组件相关的温度和压力。其它信息可以包括选定的信息组合：唯一的标记标识、行程距离、轮胎转数、车速、胎面磨损量、轮胎偏转量、作用于轮胎的静态的和/或动态力的量等等。如此多的不同类型的信息之所以可行，部分原因是能够配置微控制器以在来自电子组件的RF输出信号上调制任何类型的期望数据以及该发明校准方法能够保证传输的数据的可靠的译码。

已经知道了与基于SAW装置相关的上述正面，本发明承认并陈述这样的事实，即与基于RF能量再传输的基于SAW装置相关的负面(消极的方面)。在这些方面中，典型的是需要时间以询问基于SAW的装置而获得标识(ID)，该标识与装置和多种数据块相关，该数据块与多种存储在装置的存储器中校准常数相关，并且该标识必须随后传输给数据还原(reduction)处理器。

依据本发明的实施例的某些方面，提供了保证与基于SAW装置相关的询问系统的正确操作的方法。更为具体地，已经开发了降低获得与个别传感器/SAW装置相关的校准常数的所需时间的方法。

依据本发明的其它实施例的某些方面，已经开发了集中某些相关数据的校准方面并且使这样的数据对于需要的局部询问系统可用的方法。

依据本发明的更多实施例的附加的方面，已经开发了建立一种装置的方法，由此局部存储的校准数据可以从集中的数据库中更新。

本发明的附加目的和优势已被公开，或者依据其中详细的说明对于本领域普通技术人员将变得清楚明白。而且，其可以进一步解释，在不背离本发明的精神和范围情况下，对其中特定例示的、参考的和讨论的特征或者元件的修改和变化可以实施在多种实施例和本发明的使用中。变化包括，但不限于，这些例示的、参考的或者讨论的相同装置、特征或者步骤的替换以及多种零件、特征、步骤或者函数的、操作的或者位置颠倒等等。

进一步说，应当理解，本发明的不同的实施例以及不同优选实施例可包括多种目前公开的特征、步骤或者元件或者它们的不同组合或者配置(包括一些组合，即其中没在附图中表示或者在这样的附图的详细说明书描述的特征、零件或者步骤或者配置)。本发明的附加实施例，不必在发明内容中说明，可以包括并结合多种方面的组合：上述发明内容的目的中所引用的特征、组件或者步骤，和/或其它另外在本申请中讨论的特征、组件或者步骤。在查看本说明书的剩余部分之后，本领域普通技术人员将更好理解这样的实施例的特征和方面以及其它。

附图说明

参考附图，本发明的完整并公开的内容在本说明书中说明，其包括最好的模式并指引本领域普通技术人员之一，其中：

图1为依据已知的实施，在询问器和安装在轮胎的基于SAW的装置之间的操作关系的示意图；

图2例示了仍依据本发明的另一实施例将本发明应用到车辆轮胎监测车道的实施例示意图；

图3例示了依据本发明技术用于得到SAW装置校准数据的示例性方法的示意图；

贯穿于本发明及附图反复使用标记符号是为了说明本发明的相同或相似的特征或者元件。

具体实施方式

如在本发明的发明内容部分所讨论的，本发明具体涉及用于电子组件的询问器的实际测试和校准，其监测并传送不同信息，该信息涉及轮胎标识和/或选定的物理条件的测量，其与轮胎、车轮组件或者其它的部分或者相关领域相关。

公开技术方面的选定组合对应于本发明的多种不同实施例。应当指出，其中每个在此描述并讨论的实施例不应暗示对本发明的限制。作为实施例部分所例示或者描述的特征或者步骤可以用来与另一实施例结合以进一步产生实施例。此外，某些特征可以与未表述的实施相同或者相似功能的相似装置或者特征相交换。

现将详细讨论本发明的集中校准方法的优选实施例。现在参考附图，图1例示了已知的具有无源(passively)运行的电子组件的轮胎监测系统，其包括条件响应装置12，例如本发明技术可以用于的表面声波(SAW)传感器。轮胎结构10可以与条件响应装置12结合以监测多种物理参数，例如在轮胎或者相关的车轮组件中的压力或者温度。这样的条件响应装置可以至少包括一种谐振器型传感器。例如表面声波(SAW)谐振器或者体声波(BAW)谐振器。如本发明技术可以理解条件响应装置能够对应于这些特定类型的传感器的两者之一或者对应于任何商业可用的声波传感器或者其它类型的与其中校准常数相关的传感器。

图1的无源运行的具有条件响应装置12的组件，可以由远程源激励。因此，数据获得收发器14典型地提供有发射装置和接收装置电子元件以与条件响应装置12通信。从收发器14的天线20传输到轮胎10中电子组件的RF脉冲16激活SAW装置，其然后存储某些这样的能量并在每一个激励的RF脉冲结束时将信号回传到收发器。

仍参考图1，在固有振动频率下，收发器14传输用于激励给定的条件响应装置12的询问信号16，使得在一个激励脉冲之后，每个条件响应装置12的谐振器单元发出激励过程中存储的能量。该发出的能量的峰值水平出现在响应装置12中的谐振器单元的各个谐振频率。这样的信号接着被收发器14接收。通过监测从条件响应装置12回传的信号的频率的变化，能够判定对应于轮胎结构10中预选定条件的信息。

如本发明的一些方面，条件响应装置12可以被提供传输除了仅由条件响应装置12自身感测的参数以外的信息。这样的信息可以包括，但不限于，与条件响应装置12自身相关的数据以及与特定轮胎相关的数据，该轮胎与条件响应装置12相关，其包括装置标识(ID)数据、校准常数数据、制造信息、轮胎信息和其它形式的相关数据。

这样的条件响应装置12可以以多种方式与轮胎结构相连。例如，条件响应装置12可以连接到轮胎结构的内部或者相对于车轮组件的某些其它位置。可选地，条件响应装置12可以嵌在轮胎结构的内部。而且，条件响应装置12可以装入具有适当压电特性的弹性材料中，其由此可以粘着到或者嵌在轮胎结构中。条件响应装置12也可以以许多方式进行包装并连接到车轮组件、阀杆或者在任何其它的位置，其允许足够精确的环境条件的测量，例如与轮胎相关的温度和压力。

依据多种条件响应装置12的可能位置，可以根据本发明来鉴别“集成了”轮胎结构或者车轮组件的条件响应装置用于包括所有这样可能的位置或者其它本领域普通技术人员范围中的位置。而且，如前所述，应记得基于本发明技术的方法而运行的条件响应装置12，其一点也不需要与轮胎或者轮胎组件相关，因为这样的条件响应装置可以用于连接多种其它装置以及作为单独与其放置的环境相关的装置来运行。

进一步参考图1，本发明技术意识到数据从条件响应装置12传送到数据获得收发器14的过程需要大量的时间。具体而言，读取标识(ID)和与条件响应装置12的校准系统相关的附加数据块需要大量的时间。所述的时间约束导致一种情形，其中如果因为某种原因而导致询问的任何部分失败，则整个的询问过程失败。本发明技术通过提供一种方法来描述该缺点，由此有必要只读取装置标识并忽略读取保持在条件响应装置12中的校准数据。

在成功读取来自条件响应装置12的标识数据之后，可以从预先存储在存储器中的数据库中得到用于特定装置的校准数据，该存储器与数据获得收发器14相关。假定来自条件响应装置12的相对慢的数据传输比率，该装置常与这样的条件响应装置的不利的操作环境连接，则来自条件响应装置12的基于接收的ID的来自局部存储器的数据传输比起来自条件响应装置自身的简单接收校准数据明显更快并且更可靠。如随后将参考图3全面更详细描述的那样，这样存储的数据可以已经预先存储在与数据获得接收相关的存储器中。

现参考图2，现将描述与本发明技术的方法相关的另一实施例的情况。图2所例示的是由询问器所驱动的例示的配置。在该示例性的配置中，设置了一列多个询问器，该列是四列50、52、54、56中的一列，每一列包含8个询问器。如本领域普通技术人员所理解的，包含在这样的列中的询问器的确定总数将取决于该所放置的列的特定的使用。在目前例示的实施例的配置中，配置该列询问器以阻止多轮车辆穿过车道(lane)70，该询问器如此放置以允许这样的车辆的轮胎60、62、64、66在两个询问器相邻接的列中穿过。以这种方式并且在正常操作下，放置在列50中的询问器读取来自轮胎60的数据，同时列52中的询问器读取来自轮胎62的数据，列54中的询问器读取轮胎64的数据，以及列56中的询问器读取来自轮胎66的数据。

如图2中所例示的本发明的例示的实施例所产生的一个重要方面，就是列的多种询问器以彼此固定的关系正常放置并同时运行。除了本发明技术以外，多种询问器的同时操作会产生严重的干扰问题。通过将本发明技术合并于驱动阅读器中，需要该询问器判定唯一的标识(ID)数据以及将这样的数据与车轮位置相联系以能够使用组合信息作为相关标记而从数据库中找到适合的校准系数。

局部数据库与询问器的联系产生一种需求，即保持当前数据库以取得从本发明技术得到的最大利益，其中该局部数据库包括需要精确降低传感器测量为精确的物理值的校准系数。用于维护当前数据库的一种方法是维护来自由全局应用管理的外部数据库的全局数据库，该全局应用由例如传感器制造商操作并维护。数据库可以用于从例如从内联网、因特网或者其它的广域网络下载到局部用户。当然其它的数据传输机构包括物理介质，例如数据压缩磁盘或者软盘介质，能够用于更新用户数据。

为了降低任何个别用户读取适当的校准数据的必要时间，该局部询问系统可以保持与传感器装置或者轮胎相关记录，其包含这样已经预先看到或者拥有的传感器装置，从而用户可以仅将这些校准数据从较大的局部或者远程存储的全局数据库中传输到较小的数据库，该全局数据库可以包含所有的校准数据以用于所有的由一个或者多个制造商提供的传感器。为了进一步缩短时间，来自12的ID信息能够与其它的本领域技术人员众所周知的使用非常有效的数据管理技术的数据相关联，，例如b-树技术等等。这样就允许询问器很快地经由很多的记录进行搜索。

通过显著降低了为了获得精确传感器测量而必要读取的数据数量，使用如本发明技术的局部数据库显著降低询问时间和询问的复杂性。应当记得，当本发明技术已经主要地结合轮胎进行了使用描述，其对于本发明技术不是一种限定。而是本发明技术可以合并在任何传感器系统中，其中需要个别校准系数并且有机会远程询问该传感器。而且本发明技术提供了一种从装置自身中随意删除校准数据的机会并由此提供另外的测到的数据存储而没有增加传感器存储的容量。

现在参考图3，概要地例示了依据本发明技术用于获得SAW装置校准数据的方法的实施例。如图所示，制造商100可以生产传感器12，该传感器可以配置与轮胎10相关。在制造过程中，制造商100进行测试过程以获得每个生产的传感器12的校准系数。从该过程中得到的数据存储在数据库120中。尽管数据库120例示为与制造商100相关，该数据库可以由个别实体传输并维护，该个别实体是例如可以从多个制造商收集数据以用于后来的分散给制造的传感器的用户的交换所(clearinghouse)。

进一步参考图3，至少一部分保持在数据库120中的数据可以通过因特网130或者物理存储介质140的中介物传输给局部数据库150。可选地，当然可以使用的其它的数据传输方法包括电子或者人工登录方法。最后至少一部分传输到局部数据库150的数据可以传输到数据获得收发器14或者其它的测试装置，从而将用于标识传感器装置12的校准数据提供给数据获得收发器和/或其它相关的测试装置。

当已经关于其中的特定实施例详细描述的本发明时，可以知道本领域的技术人员，在已经获得了前述内容的理解基础上，可以准备生产对于这些实施例的变更、变化或者等价物。因此，本公开内容的范围是通过实施例的方式而不是通过限定的方式，并且本发明的公开内容不排除包含对于本领域普通技术人员所容易明白的本发明的如此的修改、变化和/或添加。

Claims (10)

1.一种用于取回传感器装置的校准数据的方法，其包括以下步骤：

提供传感器装置，其包括至少一个条件响应部分、发射装置部分、接收装置部分以及存储器部分；

至少存储对应于存储器部分中的传感器装置的标识数据；

存储传感器相关校准数据，其与来自传感器装置的远离传感器数据库中的标识数据相关联；

使用询问器装置询问传感器装置以获得标识数据，以及

基于从询问步骤中得到的标识数据而从数据库中取回校准数据。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：

将至少一部分与存储在远程数据库中的传感器相关校准数据传输到与询问装置相关的局部数据库；

其中取回步骤包括基于从询问步骤中获得的标识数据而从局部数据库取回校准数据。

3.如权利要求2所述的方法，其中的传输步骤包括在广域网络中传输至少一部分传感器相关校准数据。

4.如权利要求3所述的方法，其中的传输步骤包括在因特网中传输至少一部分传感器相关校准数据。

5.如权利要求2所述的方法，其中的传输步骤包括通过数据存储介质的方式将至少一部分传感器相关校准数据传输给局部数据库。

6.一种用于减少传感器数据处理时间的方法，包括以下步骤：

提供传感器装置，其包括至少一个条件响应部分以及存储器部分：

至少将对应于传感器装置的标识数据存储在存储器部分中：

将与标识数据相关的传感器相关校准数据存储在远离传感器装置的数据库中；

判定存储在传感器的存储器部分中的标识数据；

从传感器装置的条件响应部分获得数据；

从数据库取回校准数据；以及

基于取回步骤中的校准数据调整在获得步骤中获得的数据；

由此直接提供来自标识的传感器的数据处理过程所需要的校准数据。

7.如权利要求6所述的方法，进一步包括步骤：

将至少一部分存储在远程数据库中的传感器相关校准数据传输到局部数据库；

其中取回步骤包括基于从判定步骤中获得的标识数据而从局部数据库中取回校准数据。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述的传输步骤包括在广域网络中传输至少一部分传感器相关校准数据。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述的传输步骤包括在因特网上传输至少一部分传感器相关校准数据。

10.如权利要求7所述的方法，其中所述的传输步骤包括通过数据存储介质的方式将至少一部分传感器相关校准数据传输到局部数据库。

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