DE4413211C2 - Identification and / or sensor system - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Identifizierungs und/oder Sensorsystem nach dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1.The present invention relates to identification and / or sensor system according to the preamble of the patent saying 1.
Es ist ein von der Anmelderin entwickeltes mit SICARID be zeichnetes Mikrowellen-Abfragesystem bekannt geworden, bei dem in einem Lesegerät ein Sender vorgesehen ist, der Mikro wellen abstrahlt, welche von einem auf einem zu identifizie renden Objekt vorgesehenen Antwortgerät reflektiert, vom Empfänger im Lesegerät wieder aufgenommen und anschließend weiter verarbeitet werden. Das Antwortgerät enthält auf unterschiedliche Resonanzfrequenzen abgestimmte Koaxialreso natoren. Der Sendefrequenzbereich liegt dabei im GHz-Gebiet. Der Sendefrequenzbereich wird zeitlich durchgewobbelt, wobei die Resonatoren der vom Antwortgerät empfangenen und reflek tierten Welle immer dann Energie entziehen, wenn die augen blickliche Sendefrequenz mit der Resonanzfrequenz eines der Resonatoren übereinstimmt. Dadurch wird die im Antwortgerät kodierte Information der reflektierten Welle aufmoduliert und an das Lesegerät übertragen. Da ein derartiges System im GHz- Bereich arbeitet und dabei speziell an diesen Frequenzbereich angepaßte Resonatoren vorgesehen werden müssen, und eine große Systembandbreite sowie lange Abfragezeiten notwendig sind, so daß es für bestimmte Anwendungsfälle noch zu kom plex, d. h. unter anderem teuer, unhandlich, langsam und groß ist.It is one developed by the applicant with SICARID be microwaved interrogation system a transmitter is provided in a reader, the micro waves emanating from one to one to identify provided object reflected from the Receiver resumed in the reader and then to be processed further. The responder contains on different resonance frequencies tuned coaxial resonance nators. The transmission frequency range is in the GHz range. The transmission frequency range is swept through in time, whereby the resonators of the response device received and reflect deprived energy whenever the eyes visible transmission frequency with the resonance frequency of one of the Resonators matches. This will result in the answering device encoded information of the reflected wave and modulated transferred to the reader. Since such a system in the GHz Range works and specifically on this frequency range adapted resonators must be provided, and one large system bandwidth and long query times necessary are, so that it still has to come for certain applications plex, d. H. among other things, expensive, unwieldy, slow and large is.
Es sind weiterhin beispielsweise von Mágori V. "Innovative Sensoren für Verkehrsaufgaben" in der "Siemens-Zeit schrift", Spezial FuE, Frühjahr 1993, Seiten 26 bis 30, Identifizierungssysteme mit einem Sende/Empfangsgerät und mit von diesem abfragbaren mit akustischen Oberflächenwellen arbeitenden Identifizie rungsmarken - ID-Tags - bekannt geworden. Derartige ID-Tags sind Bauelemente, in denen ein elektrisches Signal mittels eines Wandlers in eine akustische Oberflächenwelle umgesetzt wird, welche an einer Folge von Reflektor reflektiert wird, wobei die reflektierte akustische Oberflächenwelle durch ei nen Wandler, welcher gleich dem das elektrische Eingangs signal umsetzenden Wandler sein kann, wieder in ein elektri sches Signal umgesetzt wird. In Abhängigkeit von der Konfigu ration der Reflektoren entsteht ein vorgegebener Code, wel cher dieses ID-Tag repräsentiert. Das den Code repräsentie rende elektrische Signal wird auf das Empfangsgerät zurückge sendet, wodurch die Stelle identifizierbar ist, an der das ID-Tag angeordnet ist. Derartige Identifizierungssysteme sind in einer großen Vielzahl von Anwendungsfällen verwendbar.There are still, for example by Mágori V. "Innovative sensors for traffic tasks" in the "Siemens time writing ", special R&D, spring 1993, Pages 26 to 30, identification systems with a transceiver and with which it can be queried identification using surface acoustic waves brands - ID tags - became known. Such ID tags are components in which an electrical signal by means of of a transducer converted into a surface acoustic wave which is reflected on a sequence of reflectors, where the reflected surface acoustic wave by ei NEN converter, which is the same as the electrical input signal converting converter can be back into an electri signal is implemented. Depending on the configuration ration of the reflectors creates a predetermined code, wel cher represents this ID tag. That represents the code rende electrical signal is returned to the receiving device sends, which identifies the point at which the ID tag is arranged. Such identification systems are usable in a wide variety of applications.
Entsprechende Systeme sind auch als Funkabfragegeräte für mit akustischen Oberflächenwellen arbeitende Sensoren - OFW-Senso ren - verwendbar. Der OFW-Sensor definiert dabei mindestens einen über Funk abfragenden Parameter.Corresponding systems are also available as radio interrogators for surface acoustic wave sensors - OFW-Senso ren - usable. The SAW sensor defines at least a radio polling parameter.
Aus der GB 2 238 210 ist eine als Identifizierungs-Tag ver wendbare Identifizierungsschaltungsanordnung bekannt gewor den, welche einen integrierten Halbleiterschaltkreis enthält, der einen Identifikationscode erkennt und einen Antwortcode daraus erzeugt. Dem integrierten Halbleiterschaltkreis ist ein schmalbandiges OFW-Filter für empfangene HF-Signale vor geschaltet. Die Schaltungsanordnung und insbesondere der in tegrierte Halbleiterschaltkreis sind dabei so ausgebildet, daß sie aus einem bereits vorhandenen Identifikationscode ei nen Antwortcode erzeugen, der entweder gleich dem empfangenen Identifikationscode oder verschieden von diesem ist. Hier er folgt also die Erzeugung des Identifikationscodes nicht durch das Tag selber, sondern wird durch einen Sender festgelegt. From GB 2 238 210 a ver as an identification tag reversible identification circuitry the one that contains a semiconductor integrated circuit, who recognizes an identification code and a response code generated from it. The semiconductor integrated circuit is a narrowband SAW filter for received RF signals switched. The circuit arrangement and in particular in integrated semiconductor circuit are designed so that they ei from an existing identification code generate a response code that is either the same as the one received Identification code or different from this. Here he does not follow the generation of the identification code the day itself, but is determined by a transmitter.
Aus der GB 2 246 292 ist ein mit Resonatoren arbeitendes Tag- Identifikationssystem der oben bereits angesprochenen Art be kannt geworden.From GB 2 246 292 a day working with resonators is Identification system of the type already mentioned above became known.
Die GB 2 208 058 beschreibt einen Transponder, der Energie aus einem Abfragesignal entnimmt und ein eindeutiges Signal aussendet, wenn das Abfragesignal über einem vorgegebenen Energiepegel liegt. Das ausgesendete eindeutige Signal ba siert dabei auf einem in einem programmierbaren Speicher ge speicherten Code. Auch hierbei erfolgt die Identifizierung nicht durch Resonatoren, wie sie im gattungsgemäßen Identifi zierungs- und /oder Sensorsystem enthalten sind.GB 2 208 058 describes a transponder, the energy taken from a query signal and a unique signal sends out when the query signal is above a predetermined Energy level lies. The unique signal emitted ba based on a ge in a programmable memory stored code. Identification is also carried out here not by resonators as they are in the generic Identifi adornment and / or sensor system are included.
Bei bisherigen ID-Tags und OFW-Sensoren findet die Codierung der Information im Zeitbereich statt. Aufgrund der relativ kurzen realisierbaren Laufstrecken muß die Information in kurzer Zeit übertragen und ausgewertet werden. Dies erfordert eine große Systembandbreite, was gegen die ständig steigende Forderung der Frequenzökonomie verstößt und deshalb eine Rea lisierung im unteren UHF-Bereich sehr erschwert.With previous ID tags and SAW sensors, the coding takes place of information in the time domain. Because of the relative The short, realizable running routes must include the information in transferred and evaluated in a short time. This requires a large system bandwidth, which is against the ever increasing Demand of frequency economy violates and therefore a rea lization in the lower UHF range very difficult.
Da die Systeme eine relativ große Bandbreite benötigen, kön nen derartige Bandbreiten nur bei hohen Mittenfrequenzen von den Fernmeldeverwaltungen zur Verfügung gestellt werden. Dies führt zu technologischen Schwierigkeiten bei der Herstellung von OFW-Bauteilen, aber auch zu einer unvermeidbar hohen Dämpfung der OFW-Signale.Since the systems require a relatively large bandwidth, Such bandwidths only at high center frequencies of be made available to the telecommunications administrations. This leads to technological difficulties in manufacturing of SAW components, but also to an unavoidably high one Attenuation of SAW signals.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System der in Rede stehenden Art anzugeben, das mit gerin gerer Bandbreite arbeiten kann. The present invention is based on the object System of the type in question to indicate that with gerin bandwidth can work.
Diese Aufgabe wird bei einem Identifizierungs- und/oder Sen sorsystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is carried out by an identification and / or sen sorsystem of the type mentioned in the present invention the features of the characterizing part of patent claim 1 solved.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteran sprüchen.Developments of the invention are the subject of Unteran sayings.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu tert. Es zeigt:The invention is described below with reference to the figures of the Drawing illustrated embodiments in more detail tert. It shows:
Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Funkabfragesystem mit einem Sende/Empfangsgerät und einem OFW-Bauele ment als abzufragendes Element; Figure 1 is a schematic representation of a radio interrogation system with a transceiver and a SAW element as an element to be queried.
Fig. 2 eine Ausführungsform von OFW-Resonatoren für ein über Funk abzufragendes OFW-Bauelement;2 shows an embodiment of SAW resonators on a radio be interrogated SAW device.
Fig. 3 eine abgewandelte der Ausführungsform nach Fig. 2 entsprechende Ausführungsform; und Fig. 3 shows a modified embodiment corresponding to the embodiment according to Fig. 2; and
Fig. 4 Ausführungsformen von Reflektoren für OFW-Resona toren der erfindungsgemäßen Art. Fig. 4 embodiments of reflectors for SAW resonators of the type according to the invention.
Vor der Beschreibung und Erläuterung des Ausführungsbeispiels sei zunächst grundsätzlich auf folgendes hingewiesen.Before the description and explanation of the embodiment First of all, the following should be pointed out.
Wie bereits oben ausgeführt, sind bei bekannten Systemen nach Art des SICARID-Systems Resonatoren auf unterschiedliche Frequenzen abgestimmt, wobei das Abfragesignal durch ein ent sprechendes Frequenzband durchgestimmt wird. Jedes Mal, wenn die Frequenz eines der Resonatoren erreicht wird, entzieht dieser Resonator dem Abfragesignal Leistung, wodurch das Ab fragegerät das Vorhandensein des Resonators "bemerkt".As already explained above, in known systems Type of SICARID system resonators on different Frequencies matched, the query signal by an ent speaking frequency band is tuned. Whenever the frequency of one of the resonators is reached deprives this resonator provides the interrogation signal power, causing the Ab interrogator "notices" the presence of the resonator.
Beim erfindungsgemäßen System ist der Kern darin zu sehen, daß die Resonatoren eine so hohe Güte besitzen, daß sie Ener gie zu speichern vermögen. Bei einem breitbandigen Abfrageim puls speichern sie also Energie, die nach einer Zeitfunktion abklingt, aber zum Empfangsgerät zurückgesendet wird.The core of the system according to the invention is to be seen in that the resonators are of such a high quality that they are energetic gie to save. With a broadband query in pulse so they store energy according to a time function subsides, but is sent back to the receiving device.
Gemäß Fig. 1 der Zeichnung besteht ein an sich bekanntes Sende/Empfangsgerät 1 für ein Funkabfragesystem aus einem Sendegerät 2, einem Empfangsgerät 3 sowie eine daran ange koppelten Antenne 4. Diese Antenne kann sowohl als Sendean tenne für vom Sendegerät 2 ausgesendete Abfragesignale als auch als Empfangsantenne für vom Empfangsgerät 3 zu empfan gende Signale verwendet werden. Sende- und Empfangsgerät 2, 3 können entweder getrennte Geräte oder in einem einzigen Gerät integriert sein. Da derartige Komponenten an sich bekannt sind, brauchen sie hier nicht näher erläutert zu werden.According to Fig. 1 of the drawing is a per se known transmission / reception device 1 for a radio interrogation system comprises a transmitter 2, a receiver 3, and a is thereto coupled antenna 4. This antenna can be used both as a transmitting antenna for query signals emitted by the transmitting device 2 and as a receiving antenna for signals to be received by the receiving device 3 . Transmitting and receiving device 2 , 3 can either be separate devices or integrated in a single device. Since such components are known per se, they do not need to be explained in more detail here.
Ein durch das Sende/Empfangsgerät 1 abzufragendes OFW-Bau element 5 besitzt eine Antenne 7, welche einen vom Sendegerät 2 des Sende/Empfangsgerätes 1 ausgesendeten Abfrageimpuls 8 mit einer Amplitude s(E)(t) aufnimmt.A be interrogated by the transmitter / receiver device 1 SAW construction element 5 has an antenna 7, which receives a transmission from the device 2 transmitted the transmission / reception device 1 8 interrogation pulse with an amplitude of s (e) (t).
Erfindungsgemäß sind auf dem OFW-Bauelement 5 - in Fig. 1 schematisch dargestellte - OFW-Resonatoren 6 vorgesehen. Wie anhand der Fig. 2 und 3 noch näher erläutert wird, enthal ten diese Resonatoren 6 jeweils einen elektrisch an die Antenne 7 angekoppelten Interdigitalwandler, welcher das von der Antenne 7 aufgenommene elektrische Signal in eine akusti sche Oberflächenwelle umsetzt. Weiterhin enthalten die Reso natoren 6 Reflektoren, in welche die akustische Oberflächen welle einläuft und reflektiert wird. Die Welle wird dabei auf den Interdigitalwandler rückreflektiert und in ein elektri sches Signal rückübersetzt, das über die Antenne 7 abge strahlt wird und über die Antenne 4 vom Empfangsgerät 3 im Sende/Empfangsgerät 1 aufgenommen wird.According to the invention, SAW resonators 6 are provided on SAW component 5 - shown schematically in FIG. 1. As will be explained in more detail with reference to FIGS . 2 and 3, these resonators 6 each contain an interdigital transducer electrically coupled to the antenna 7 , which converts the electrical signal received by the antenna 7 into an acoustic surface wave. Furthermore, the resonators contain 6 reflectors, into which the acoustic surface wave enters and is reflected. The wave is reflected back onto the interdigital transducer and translated back into an electrical signal which is radiated via the antenna 7 and is received via the antenna 4 by the receiving device 3 in the transmitting / receiving device 1 .
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer über Funk abfragba ren Identifizierungs- und/oder Sensoranordnung, die hier ein OFW-Bauelement in Form eines ID-Tags 5 ist. An der Antenne 7 liegt parallel eine Anzahl von OFW-Resonatoren, die jeweils durch einen elektrisch an der Antenne 7 liegenden Interdigi talwandler 20 sowie Reflektoren 21 auf gegenüber liegenden Seiten des Interdigitalwandler 20 gebildet werden. Die Anzahl der Reflektoren ist dabei durch die für das ID-Tag vorgese hene Codierung vorgegeben. Es ist darauf hinzuweisen, daß ein OFW-Bauelement und OFW-Resonatoren lediglich ein Beispiel darstellt. Es können auch Resonatoren anderer Art, beispiels weise keramische Hochfrequenzresonatoren oder ähnliches ver wendet werden. FIG. 2 shows an embodiment of an identification and / or sensor arrangement that can be queried by radio, which here is an SAW component in the form of an ID tag 5 . At the antenna 7 is a number of SAW resonators in parallel, each of which is formed by an electrically located on the antenna 7 Interdigi talwandler 20 and reflectors 21 on opposite sides of the interdigital transducer 20 . The number of reflectors is predetermined by the coding provided for the ID tag. It should be noted that an SAW device and SAW resonators are only one example. Other types of resonators, for example ceramic high-frequency resonators or the like, can also be used.
Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, daß bei OFW-Bauelementen der in Rede stehenden Art eine akusti sche Laufzeit realisiert ist, die ein Vielfaches der Länge des (nicht dargestellten) piezoelektrischen Substrates ent spricht, auf dem die Interdigitalwandler 20 und die Reflekto ren 21 ausgebildet sind. Dabei ergibt sich eine Mehrfachaus nutzung der zur Verfügung stehenden Substratlänge. Die so erzielbaren langen Laufzeiten ermöglichen eine schmalbandige Übertragung der Information. Daher kann in einem relativ schmalbandigen Frequenzband eine große Anzahl von Informatio nen untergebracht werden.The present invention is based on the idea that an SA term is realized in SAW components of the type in question, which speaks ent a multiple of the length of the (not shown) piezoelectric substrate on which the interdigital transducer 20 and the reflectors ren 21 are formed. This results in multiple use of the available substrate length. The long run times that can be achieved in this way enable narrowband transmission of the information. Therefore, a large amount of information can be accommodated in a relatively narrow band frequency band.
Anstelle der bisher bei ID-Tags zur Anwendung kommenden Codierung im Zeitbereich erfolgt erfindungsgemäß eine Codie rung im Frequenzbereich. Durch einen Frequenzversatz der Resonatoren, was gemäß Fig. 2 durch unterschiedliche geome trische Ausbildung der Reflektoren, z. B. einen unterschied lichen Abstand von Elektrodenfingern in den Reflektoren für die jeweiligen Resonatoren realisiert werden kann, kommt die Codierung im Frequenzbereich zustande.Instead of the coding in the time domain previously used for ID tags, coding in the frequency domain takes place according to the invention. By a frequency offset of the resonators, which according to FIG. 2 by different geome cal training of the reflectors, for. B. can be realized a different union of electrode fingers in the reflectors for the respective resonators, the coding is achieved in the frequency domain.
Bei Abfrage eines derartigen ID-Tag mit einem Impuls 8 gemäß Fig. 1 ergibt sich ein auf das Empfangsgerät rückgesendetes Signal, dessen Amplitude s(t) als Funktion der Zeit t gemäß einer Kurve 10 zeitlich abklingt, wobei sich der Anzahl der Resonatoren 6 im ID-Tag 5 entsprechende Resonanzen ergeben. When querying such an ID tag with a pulse 8 according to FIG. 1, a signal is sent back to the receiving device, the amplitude s (t) of which decays over time as a function of time t according to a curve 10 , the number of resonators 6 in ID tag 5 results in corresponding resonances.
Im Empfangsgerät 3 des Sende-/Empfangsgerätes 1 ist eine an sich bekannte Fourier-Transformationsanordnung vorgesehen, welche die Zeitfunktion s(t) nach Fig. 1 in eine entspre chende Frequenzfunktion s(f) gemäß einer unteren Kurve 11 in Fig. 1 transformiert, in dem die Amplitude in Abhängigkeit von der Frequenz f aufgetragen ist. Die Spitzen in dieser Kurve 11 entsprechen den Resonanzfrequenzen der Resonatoren 6 im ID-Tag 5. Im unteren Diagramm nach Fig. 1 sind der Ein fachheit halber lediglich drei Frequenzspitzen dargestellt, wobei der mittlere Teil der Kurve 11 gestrichelt dargestellt ist, um anzudeuten, daß in dieser Kurve noch mehrere Fre quenzspitzen entsprechend der Anzahl der Resonatoren 6 im ID-Tag vorhanden sein können.In the receiving device 3 of the transmitting / receiving device 1 , a known Fourier transformation arrangement is provided which transforms the time function s (t) according to FIG. 1 into a corresponding frequency function s (f) according to a lower curve 11 in FIG. 1, in which the amplitude is plotted as a function of the frequency f. The peaks in this curve 11 correspond to the resonance frequencies of the resonators 6 in the ID tag 5 . In the lower diagram according to FIG. 1, only three frequency peaks are shown for the sake of simplicity, the middle part of curve 11 being shown in broken lines to indicate that in this curve there are still several frequency peaks corresponding to the number of resonators 6 in the ID tag could be.
Eine Codierung eines ID-Tags der in Fig. 2 dargestellten Art kann gemäß Fig. 3 beispielsweise dadurch erfolgen, daß eine vorgegebene feste Anzahl von Resonatoren vorgesehen ist, wobei bestimmte Resonatoren über Schalter 22 elektrisch in den Kreis der Antenne 7 ein- und ausgeschaltet werden können. Im übrigen sind in Fig. 3 gleiche Elemente wie in Fig. 2 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Diese Art der Codierung stellt eine Amplitudenmodulation dar.A coding of an ID tag of the type shown in FIG. 2 can take place according to FIG. 3, for example, by providing a predetermined fixed number of resonators, certain resonators being switched on and off electrically in the circuit of the antenna 7 via switches 22 can. Otherwise, the same elements as in FIG. 2 are provided with the same reference symbols in FIG. 3. This type of coding represents amplitude modulation.
In Weiterbildung der Erfindung kann auch eine Quadratur-Am plitudenmodulation zur Anwendung kommen, bei der zusätzliche Information durch die Phase bzw. die relative Phasenlage von frequenzversetzten Resonatoren zueinander übertragen wird. Eine derartige Ausführungsform ist schematisch in Fig. 4 dargestellt, welche lediglich Reflektoren 30 bis 32 von OFW- Resonatoren zeigt. Dabei kommt die Phaseninformation durch unterschiedliche geometrische Anordnung von Elektrodenfingern in den einzelnen Reflektoren 30, 31 und 32 zustande.In a further development of the invention, a quadrature amplitude modulation can also be used, in which additional information is transmitted to one another by the phase or the relative phase position of frequency-shifted resonators. Such an embodiment is shown schematically in FIG. 4, which only shows reflectors 30 to 32 of SAW resonators. The phase information comes about through different geometrical arrangement of electrode fingers in the individual reflectors 30 , 31 and 32 .
In einem erfindungsgemäßen System ist die Bandbreite durch die Zahl der voneinander unabhängigen Informationszustände und die Güte der Resonatoren, die den frequenzmäßigen Abstand der Informationszustände bestimmt, festgelegt. Wie bereits ausgeführt, wird ein Abfrageimpuls in Form des Impulses 8 mit relativ schmalbandigem Frequenzspektrum, das die benötigte Systembandbreite überdeckt, verwendet. Gemäß den Diagrammen nach Fig. 1 werden die überlagerten Impulsantworten aller Resonatoren empfangen, wobei durch Fourier-Transformation aus dem ursprünglich im Zeitbereich vorliegenden rückgesendeten Signal die Information im Frequenzbereich gewonnen wird.In a system according to the invention, the bandwidth is determined by the number of mutually independent information states and the quality of the resonators, which determines the frequency spacing of the information states. As already stated, an interrogation pulse in the form of pulse 8 with a relatively narrow-band frequency spectrum, which covers the required system bandwidth, is used. According to the diagrams according to FIG. 1, the superimposed impulse responses of all resonators are received, the information in the frequency domain being obtained from the returned signal originally present in the time domain by Fourier transformation.
Ein erfindungsgemäßes System eignet sich nicht nur für eine Abfrage von ID-Tags im oben beschriebenen Sinne, sondern auch für sensorische Zwecke, wobei ein abzufragender Parameter in Form einer äußeren physikalischen Größe die OFW- Geschwindigkeit beeinflußt. Dadurch ändert sich die Mitten frequenz und die relative Phase der Resonatoren.A system according to the invention is not only suitable for one Query of ID tags in the sense described above, but also for sensory purposes, a parameter to be queried in Form of an external physical quantity the SAW Speed is affected. This changes the mids frequency and the relative phase of the resonators.
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