DE69827231T2

DE69827231T2 - Optische Erregung und Signalerfassung von Resonanzmikrostrukturen auf verschiedenen Wellenlängen

Info

Publication number: DE69827231T2
Application number: DE69827231T
Authority: DE
Inventors: L. Mark WILSON
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1998-01-14
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2018-01-15
Also published as: CA2276143C; US5844236A; EP0953146A1; DE69827231D1; EP0953146B1; WO1998031996A1; CA2276143A1; JP2001510570A

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft das Gebiet der optischen Erregung und Signalerfassung von Resonanzmikrostrukturen. Insbesondere betrifft diese Erfindung das Gebiet der optischen Erregung und Signalerfassung von Resonanzmikrostrukturen mit verringertern Rauschen in dem erfassten Signal.
Allgemeiner Stand der Technik
Das Signalerfassungselement eines Resonanzsensors ist ein Mikrobalken aus polykristallinem Silicium, der an einem oder an beiden Enden befestigt ist. Eine detaillierte; Beschreibung des Resonanzsensors ist im US-Patent 5,559,358 an Burns und Mitarbeiter zu finden. Dieser Mikrobalken kann frei in seiner Ebene – und aus seiner Ebene heraus – schwingen und ist von einem Vakuumgehäuse umschlossen. Das Gehäuse ist monolithisch gefertigt und stellt für den Balken eine Vakuumumgebung bereit, in welcher der Mikrobalken mit seiner Eigenresonanzfrequenz (100 kHz bis 900 kHz) mit relativ geringen Verlusten und einem hohen Q-Wert schwingen kann.
Jeder Mikrobalken enthält eine eingebettete Fotodiode, die unterhalb des Balkens hergestellt ist. Ein zugeführter modulierter Laser dient dem Beleuchten dieser Fotodiode, die eine elektrostatische Kraft hervorruft, die den Mikrobalken anzieht und den Balken zur Resonanz anregt. Die Eigenfrequenz des Sensors ist so gewählt, dass sie durch einen externen Parameter (wie beispielsweise Druck oder Temperatur), den der Sensor überwachen soll, gesteuert werden kann. Licht, das von dem Resonanzsensor zurückgeworfen wird, wird mit der Eigenfrequenz moduliert und extern überwacht. Mit Multimoden-Lichtleitfasern werden die optischen Erregungs- und Signalerfassungssignale zum Sensor hin und vom Sensor fort geleitet.
Bei der bevorzugten Ausführungsform weisen die Strukturen des Resonanzmikrobalkens aus polykristallinem Silicium ein eingebautes Fabry-Perot-Interferometer auf, das gegenüber anderen in der Literatur beschriebenen Konfigurationen deutliche Vorteile besitzt. Weil das Interferometer ein integraler Bestandteil der Struktur ist, ist die Anordnung der Faser weniger kritisch, und die Verkapselungsproblematik wird spürbar vereinfacht. Die Beabstandung des Interferometers wird durch die Dünnfilmherstellungsprozesse bestimmt und kann daher außerordentlich gut gesteuert werden. Der integrale Vakuumhohlraum gewährleistet hohe Q-Werte. Der hohe Q-Wert bedeutet, dass nur sehr wenig Energie benötigt wird, um bei dem Balken eine Resonanz zu erzeugen.
Um diese Sensoren zu erregen, wird ein modulierter Laser durch ein Lichtleitkabel gesendet und bringt den Sensor zur Resonanz. Wenn das Licht von dem Erregungslaser durch das Lichtleitkabel passiert, wird es durch zahlreiche Störstellen im System zurückgeworfen. Dieses Rauschen erschwert seine Nutzung zum Erfassen der Resonanzfrequenz des Sensors. Des Weiteren erhöht sich bei Verwendung vernetzter Sensoren der Rauschfaktor drastisch. Die Erfindung des Anmelders hat gezeigt, dass sie das Grundrauschen von –60 dB senkt und den Störabstand um über 20 dB erhöht (100-fach). Mit der Erfindung des Anmelders sind große Sensornetzwerke möglich, ohne dass die schwerwiegenden Probleme in Verbindung mit dem Rauschen auftreten, wie sie der Stand der Technik aufweist.
Netzwerke aus 16 Sensoren sind aus Wilson und Mitarbeiter, "An optical network of silicon micromachined Sensors", Miniaturised systems with micro-optics and micro-mechanics, San Jose, Vol. 2687; ISSN 0277-786X, Seiten 78–88, bekannt. Um Netzwerke dieser Größenordnung zu bauen, werden die Sensoren entweder durch eine Sternbus- oder eine schwach abgegriffene Linearbus-Topologie mit dem Prozessor verbunden.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die Erfindung benutzt einen schwach abgegriffenen Linearbus nach Anspruch 1. Dieses Design wird in der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform eingehender erläutert. Die Erfindung verringert Rauschen, das in dem erfassten Signal zu finden ist, deutlich durch die Verwendung separater optischer Erregungs- und Signalerfassungsquellen.
Der Vorteil eines abgegriffenen Linearbus' besteht darin, dass das gesamte Netzwerk mit einer einzigen Faser verbunden werden kann. Das kann aber auch ein Nachteil sein, wenn die Faser beschädigt wird oder bricht, da alle Sensoren, die stromabwärts von der Bruchstelle liegen, nicht mehr funktionieren würden.
Die reflektierte Leistung beim abgegriffenen Linearkonzept ist viel höher als die Signalleistung. Das liegt daran, dass das modulierte Licht, das zum Erregen eines bestimmten Sensors verwendet wird, von allen anderen Bauelementen zurückgeworfen wird und sich in der Faser bricht, wie beispielsweise an Verbindern. Dieses ganze zurückgeworfene Licht würde ein direktes Erkennen der geringen Signalleistung sehr erschweren. Die Erfindung des Anmelders beseitigt dieses Problem. Der modulierte Laser erregt einen bestimmten Sensor zur Resonanz, wenn seine Modulationsfrequenz durch die richtige Frequenz überstrichen wird. Der Resonanzsensor moduliert die Intensität eines zweiten CW-Lasers mit einer anderen Wellenlänge. Der modulierte Signalerfassungslaser wird dann zum Fotodetektor zurückgeleitet. Ein Filter vor dem Fotodetektor eliminiert alle Signale von dem Erregungslaser, so dass nur die Wellenlänge des Erregungslasers passieren kann. Alle Reflexionen von Verbindern und Nicht-Resonanzsensoren sind Gleichstrom ohne nennenswertes Wechselstromsignal. Nur das eine Bauelement, das sich tatsächlich bewegt, ruft ein Wechselstromsignal hervor. Das heißt, ein einfacher wechselstromgekoppelter Verstärker, der das gefilterte Fotodiodensignal verarbeitet, beseitigt die unerwünschten zurückgeworfenen Signale.
Die Integration der Erfindung in eine vernetzte Sensorengruppierung verbessert die Möglichkeit, eine höhere Anzahl von Sensoren in einem bestimmten Netzwerk zu verwenden. Da jeder Sensor eine separate, nichtüberlappende Frequenz aufweist, wird ein Rauschen von den mehreren Sensoren beseitigt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1a veranschaulicht die Schnittansicht eines Resonanzsensors, wobei ein Mikrobalken und ein Vakuumhohlraum gezeigt ist.
1b veranschaulicht die Seitenansicht eines Druckresonanzsensors.
1c veranschaulicht die Seitenansicht eines Temperaturresonanzsensors.
2 veranschaulicht den Lichtverlauf bei einem Mikrobalken-Resonanzsensor.
3 veranschaulicht das Signalspektrum für das erfasste Lasersignal mit einem System nach dem Stand der Technik.
4 veranschaulicht das Frequenzspektrum für das erfasste Signal mittels der Erfindung.
5a veranschaulicht das Blockschaubild für den Aufbau eines Sternbusnetzwerks.
5b veranschaulicht ein Verbindungsverfahren für das in 5a gezeigte System.
6a veranschaulicht das Blockschaubild für den Aufbau eines schwach abgegriffenen Linearbusnetzwerks.
6b veranschaulicht das Verbindungsverfahren für den Sensor des Systems, das wie in 6a gezeigt konfiguriert ist.
7 veranschaulicht das Blockschaubild für den Aufbau eines Multisensoren-Sternbusnetzwerks.
8 veranschaulicht das Blockschaubild für den Aufbau eines Sternbusnetzwerks mit mehreren schwach abgegriffenen Linearbusnetzwerken.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die 1a bis 1c veranschaulichen einen Mikrobalkensensor 1, der in Drucksensor- und Temperatursensoranwendungen eingesetzt wird. Jeder Mikrobalken enthält eine eingebettete Fotodiode 2, die unterhalb des Mikrobalkens 4 hergestellt ist. Ein zugeführter modulierter Laser dient dem Beleuchten der Fotodiode 2, die eine elektrostatische Kraft hervorruft, die den Mikrobalken 4 anzieht und den Balken 4 zur Resonanz anregt. Der Mikrobalkensensor 1, der in der bevorzugten Ausführungsform verwendet wird, weist des Weiteren ein Vakuumraumgehäuse 3 auf. Eine detaillierte Beschreibung der Funktion des Mikrobalkensensors 1 findet sich im US-Patent 5,559,358 an Burns und Mitarbeiter, das hiermit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
1b und 1c veranschaulichen, wo sich der Mikrobalken 1 bei einem Drucksensor (siehe 1b) und bei einem Temperatursensor (siehe 1c) befindet. Bei dem in 1b veranschaulichten Drucksensor befindet sich der Mikrobalken 1 auf einem Siliciumdiaphragma 5, wobei der Drucksensor Druckunterschiede erfassen kann, die auf das Siliciumdiaphragma einwirken. 1c veranschaulicht einen Temperatursensor, bei dem das Siliciumdiaphragma 5 freitragend ist und ein Material 7 mit einem anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten an der Unterseite des Siliciumdiaphragma 5 aufgetragen ist.
2 veranschaulicht, wie Licht von dem Resonanzmikrobalken und der umgebenden Struktur zurückgeworfen wird. Einfallendes Licht 11 wird zur Fotodiode 2 gelenkt und passiert den Mikrobalken 4. Das Licht wird von den fünf Oberflächen zurückgeworfen und kehrt als reflektiertes Licht 12 zurück. Die Bewegung des Mikrobalkens 4 verursacht eine Modulation des zurückgeworfenen Lichts, was die augenblickliche Resonanzfrequenz des Mikrobalkens 4 anzeigt. Reflexionen von der Oberfläche der Kapsel aus polykristallinem Silicium werden durch die Verwendung einer Antireflexionsbeschichtung auf ein vernachlässigbares Maß gesenkt. Die Dicke des Hohlraums oberhalb und unterhalb des Mikrobalkens 4 wird so gewählt, dass ihre Summe eine halbe Wellenlänge des einfallenden Lichts beträgt, und der Mikrobalken 4 wird so gewählt, dass er ein ungerades Vielfaches einer Viertelwelle dick ist. Wenn der untere Spalt gleich Null oder ein Vielfaches einer Halbwelle dick ist, so ist die Struktur antireflexiv. Wenn der untere Spalt ein ungerades Vielfaches einer Viertelwelle dick ist, so beträgt das Reflexionsvermögen das Doppelte des Reflexionsvermögens von blankem Silicium oder etwa 66 Prozent des senkrechten Einfalls. Mehrfachreflexionseffekte verleihen der Struktur Fabry-Perot-artige Eigenschaften mit einer effektiven Finesse von etwa 3,7.
Bei dem Versuch, die Resonanzfrequenz einer Resonanzmikrostruktur, wie sie beispielsweise in den 1 und 2 offenbart ist, optisch zu erfassen, ist es leicht möglich, dass schwache reflektierende Signale durch Hintergrundreflexionssignale überstrahlt werden. Das gilt besonders für große Sensornetzwerke. Das neue Erregungs- und Signalerfassungsverfahren verbessert die Gesamtleistung, verringert das Systemrauschen und hat es möglich gemacht, große Signalerfassungsnetzwerke zu entwickeln. 3 veranschaulicht das Signal von einem Erregungs- und Signalerfassungssystem ohne das neue Erregungs- und Signalerfassungsverfahren. Es ist zu beachten, dass das Signal +10 dB über dem Grundrauschen liegt und dass das Grundrauschen bei –29 dBm liegt. 4 zeigt das erfasste Signal desselben Bauelements, bei dem das neue Erregungs- und Signalerfassungsverfahren integriert ist. Das Grundrauschen liegt bei fast –90 dBm, und das Signal liegt mehr als 30 dB über dem Grundrauschen. Das heißt, das Grundrauschen ist um fast 60 dB gesunken, und das Signal ist mehr als 20 dB (100-fach) höher.
5 veranschaulicht die Verwendung eines Sternnetzwerks. Es bildet keinen Bestandteil der vorliegenden Erfindung und ist hier nur zu veranschaulichenden Zwecken gezeigt. Eine Gleichstromquelle 20 versorgt einen Erregungslaser 22, der durch eine Wechselstromquelle 24 moduliert wird, mit Strom. Der Laser 22 erregt die Sensoren S₁ bis S_N. Die Gleichstromquelle 25 erregt den Laser 27, der mit einer anderen Wellenlänge arbeitet als der Laser 22. Die Laser 27 und 22 sind über den Sternkoppler 30 mit den Sensoren S₁ bis S_N verbunden. Bei dem Sternkoppler 30 handelt es sich um einen N × N-Sternkoppler. Der Sternkoppler 30 leitet außerdem das zurückgeworfene Licht von den Sensoren S₁ bis S_N zum Detektor 34. Das vom Sternkoppler 30 reflektierte zurückgeworfene Licht wird dergestalt durch das Bandpassfilter 35 gefiltert, dass der Detektor 34 nur Licht mit der Frequenz des Erfassungslasers 27 empfängt. Der Detektor 34 erfasst die modulierte Frequenz und leitet sie an den Wechselstromverstärker 37 weiter. Der Wechselstromverstärker 37 verstärkt nur das Wechselstromsignal, das an ihn weitergeleitet wurde und bei dem es sich aufgrund des Bandpassfilters 35 lediglich um die modulierte Frequenz des Erfassungslasers 27 handelt. Da der Wechselstromverstärker nicht die Gleichstromkomponenten des Erfassungslasers 27 verstärkt, wird das reflektierte Rauschen am Laser 27 beseitigt. Der Wechselstromverstärker 37 leitet dann das verstärkte Signal an einen Signalprozessor weiter, der dazu dient, die augenblickliche Resonanzfrequenz der Sensoren S₁ bis S_N zu berechnen. In dieser Ausführungsform wird ein Sternkoppler verwendet, weil der Sternkoppler den Laser gleichmäßig an die Sensoren verteilt und außerdem fehlertoleranter ist als andere Verfahren.
Bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik und dem Erregungs- und Signalerfassungsverfahren von 5 wird Licht vom Laser 22, das moduliert wird, um die Fotodiode 2 zu erregen, vom Sternkoppler, von schlechten Verbindern, offenen Verbindungen und anderen Sensoren zurückgeworfen. Bei dem Erregungs- und Signalerfassungsverfahren von 5 wird Licht vom Laser 27 erst moduliert, wenn es die Sensoren S₁ bis S_N erreicht, wobei die Resonanzfrequenz des Mikrobalkens das zurückgeworfene Licht vom Laser 27 moduliert. Reflexionen von Nicht-Resonanzsensoren, Faserverbindern und anderen Quellen rufen an der Fotodiode 34 ein Gleichstromsignal hervor, das durch Wechselstromankopplung an einen Verstärker beseitigt werden kann. Nur das Wechselstromsignal von dem Resonanzsensor wird verstärkt und verarbeitet, wodurch das Rauschen im System verringert wird.
5b veranschaulicht das Verbindungsverfahren zum Verbinden der Sensoren in dem System von 5. Die Faser wird mittels der Hülse 38 in der Flucht mit dem Mikrobalken 1 gehalten. Dieses Verfahren ist einschlägig bekannt.
6 veranschaulicht das neue Erregungs- und Signalerfassungsverfahren an einem schwach abgegriffenen linearen Netzwerk. Der Vorteil eines schwach abgegriffenen linearen Netzwerks liegt darin, dass nur eine einzige faseroptische Leitung verlegt werden muss und mehrere Sensoren im Netzwerk abgegriffen werden können. Die Funktionsweise des schwach abgegriffenen linearen Netzwerks ähnelt der des Sternkopplers insofern, als es die Gleichstromansteuerungseinheit 20, 25 und den Verstärker 37 sowie den Detektor 34 und das Bandpassfilter 35 aufweist. Der Laser 22 dient auch hier dem Erregen der Sensoren S₁ bis S_N, und ein zweiter Laser 27 dient dem Erfassen der Resonanzfrequenz der Sensoren S₁ bis S_N. Alle Laser 22, 27 und der Fotodetektor 34 sind über den Ausgangsport 46 eines N × N-Kopplers 30 mit dem Linearnetzwerk verbunden. Die Mindestgröße des N × N-Kopplers 30 wäre 3 × 3. Jeder der Sensoren S₁ bis S_N muss bei separaten nicht-überlappenden Resonanzfrequenzen Resonanz aufweisen, um Probleme beim Erkennen, welcher Sensor gerade ein Signal abgibt, zu vermeiden.
6b veranschaulicht, wie Sensoren 1 mit der schwach abgegriffenen linearen Anordnung verbunden sind. Zwei optische Fasern 42 und 43 sind dergestalt an jeden Sensor angeschlossen, dass die optische Energie, die nicht von dem nächstliegenden Sensor verwendet wird, entlang der Leitung zum nächsten Sensor geleitet werden kann. Jede dieser beiden Fasern 42 und 43 wird mittels einer Hülse 38 in exakter Flucht gehalten. Eine Linse 39 kollimiert die von der Faser 42 einfallende optische Energie und richtet den kollimierten Strahl optischer Energie zu einem teildurchlässigen Spiegel 40, der 95 bis 98% der einfallenden Energie zu der zweiten Faser 43 reflektiert, welche dann die optische Energie entlang der Leitung zum nächsten Sensor oder zum Netzwerkterminator 44, der alle ungenutzte optische Energie aus dem System austrägt, leitet. Die 2 bis 5 der optischen Energie, die den teildurchlässigen Spiegel 40 passieren, werden mittels einer zweiten Linse 41 auf den mikromaschinell hergestellten Siliciumsensorchip 1 fokussiert.
Modulierte optische Signale werden vom Sensorchip 1 zurückgeworfen, passieren 41, 40 und 39 und werden dann in die Faser 42 zurückgekoppelt. Diese Signale pflanzen sich durch das Netzwerk zurück fort, bis sie in den N × N-Sternkoppler 30 eintreten, der einen Teil der optischen Energie zum Bandpassfilter 35 und zum Fotodetektor 34 zur Signalverarbeitung leitet.
Eine Weiterentwicklung des Erregungs- und Signalerfassungsverfahrens von 5 ist in 7 enthalten. In 7 wird ein Laser 22 zur Resonanzerregung der Sensoren S₁ bis S_N verwendet. In dieser Anordnung werden mehrere Erfassungslaser L₁ bis L_N verwendet. In dieser Anordnung sind in die Sensoren S₁ bis S_N Dualbandpassfilter F₁ bis F_N integriert, bei denen es sich um Dualbandpassfilter handelt, die das Licht des Erregungslasers 22 und der entsprechenden Erregungslaser L₁ bis L_N passieren lassen. Diese zusätzliche Fähigkeit wird in das Sensornetzwerk mittels Wellenlängenmultiplexing-Techniken (WLM) eingebaut. Mittels WLM-Techniken ist es möglich, einen einzigen Erregungslaser 22, aber mehrere Erfassungslaser L₁ bis L_N zu haben. Somit kann der gleiche Sensorchip 1 mit der gleichen Resonanzfrequenz mehrere Male verwendet werden, wodurch die Zahl der Sensoren im Netzwerk erhöht werden kann. Als ein Beispiel dieser Implementierung wird ein WLM-Filter F₁ zwischen den Ausgangsport 46 des N × N-Sternkopplers 30 eingefügt. Dieses WLM-Filter F₁ ist so konfiguriert, dass es 100% der optischen Leistung mit der Wellenlänge des Erregungslasers 22 und 100% der optischen Leistung der Wellenlänge eines einzelnen Erfassungslasers L₁ zum Sensor S₁ passieren lässt. Das WLM-Filter F₁ sperrt die gesamte optische Leistung von anderen Erfassungslasern. In ähnlicher Form ist ein zweites WLM-Filter F₂ an den Ausgangsport 47 des N × N-Sternkopplers 30 angeschlossen. Dieses WLM-Filter ist so konfiguriert, dass es 100% der optischen Leistung mit der Wellenlänge des Erregungslasers 22 und 100 der optischen Leistung eines zweiten Erfassungslasers L₂ zu einem zweiten Sensor S₂ passieren lässt. Das WLM-Filter F₂ sperrt die gesamte optische Leistung von anderen Erfassungslasern. Das Resonanzsignal von dem zweiten Sensor S₂ passiert den N × N-Sternkoppler 30 und wird dann durch ein zweites Bandpassfilter BP₂ an einen zweiten Fotodetektor D₂ zur Signalverarbeitung angekoppelt. Das reflektierte Licht wird zu den Detektoren D₁ bis D_N zurückübertragen, wobei D₁ bis D_N Bandpassfilter BP₁ bis BP_N aufweisen, die nur Licht mit der entsprechenden Erfassungslaserfrequenz passieren lassen. Durch Einbauen von Bandpass- und Dualbandpassfiltern ist ein großes Sensornetzwerk mit individueller Erkennung der Resonanzfrequenz eines jeden einzelnen Mikrobalkens ohne Rauschverluste, wie sie in Systemen nach dem Stand der Technik vorkommen, möglich. Es ist zu beachten, dass man keinen separaten Laser für jeden Sensor braucht. Es ist des Weiteren zu beachten, dass es bei Verwendung von abstimmbaren Bandpassfiltern möglich ist, lediglich einen einzigen Detektor zu verwenden, indem man das Bandpassfilter so abstimmt, dass jede der Erfassungslaserfrequenzen individuell zum Detektor durchgelassen wird.
Da Lichtleitkabel in der Lage sind, eine unbegrenzte Zahl von Lasersignalen mit verschiedenen Frequenzen ohne gegenseitiges Stören zu übertragen, kann dieses neue Erregungs- und Signalerfassungsverfahren für den Aufbau großer Sensornetzwerke verwendet werden. Das aufgezeigte Absenken des Grundrauschens und das Ansteigen des Störabstandes stellt eine enorme Verbesserung gegenüber den Verfahren des Standes der Technik dar.
In einer etwas weiterentwickelten Implementierung veranschaulicht 8 mehrere lineare Netzwerke, die über einige der ungenutzten Ausgangsports – wie in 8 zu sehen – mit dem N × N-Sternkoppler 30 verbunden sind. In der Besprechung von 6 war ein lineares Netzwerk an den Ausgangsport 46 des N × N-Sternkopplers 30 angeschlossen. Über einen weiteren Ausgangsport 47 sowie über weitere Ausgangsports, die an dem Koppler 30 zur Verfügung stehen, kann ein zweites lineares Netzwerk an den N × N-Sternkoppler 30 angeschlossen werden. Alle Sensoren, die mittels dieses Verfahrens angeschlossen sind, brauchen nach wie vor separate nicht-überlappende Resonanzfrequenzen, um Probleme beim Erkennen, welcher Sensor gerade ein Signal abgibt, zu vermeiden.
Die Ausführungsform von 8 integriert die Techniken sowohl von 6 als auch von 7. Jedes der schwach abgegriffenen Netzwerke ist wie oben beschrieben mit einem WLM-Filter verbunden. Beispielsweise wird der WLM-Filter F₁ zwischen den Ausgangsport 46 und das schwach abgegriffene Netzwerk, das sie Sensoren S₁₁ bis S_1X umfasst, eingefügt. In ähnlicher Form wird der WLM-Filter F₂ zwischen den Ausgang 47 und das schwach abgegriffene Netzwerk, das sie Sensoren S₂₁ bis S_2Y umfasst, eingefügt. Unter Berücksichtigung der Prinzipien dieser Ausführungsform können große Sensornetzwerke aufgebaut werden.
Dieses Verfahren ermöglicht es, dass Sensorchips mit der gleichen Resonanzfrequenz mehrere Male in dem Netzwerk verwendet werden können, was die Anzahl der herzustellenden Sensorchips verringert und die Anzahl der Sensoren erhöht, die an das Netzwerk angeschlossen werden können. Jeder WLM-Erfassungskanal würde einen entsprechenden Erfassungslaser, ein Bandpassfilter und einen Fotodetektor erfordern.

Claims

Erregungs- und Signalerfassungsnetzwerk, das Folgendes aufweist: einen Erregungslaser; eine Mehrzahl von Signalerfassungslasern; eine Mehrzahl von schwach abgegriffenen linearen Netzwerken, die mit dem Erregungslaser und der Mehrzahl von Signalerfassungslasern gekoppelt sind, wobei jedes dieser schwach abgegriffenen linearen Netzwerke eine Mehrzahl von Resonanzsensoren aufweist; und einen Detektor, der mit der Mehrzahl von schwach abgegriffenen linearen Netzwerken gekoppelt ist, wobei die Mehrzahl von Resonanzsensoren einen zuvor festgelegten Signalerfassungslaser moduliert, wobei dieser modulierte Signalerfassungslaser für das Erkennungsmittel bereitgestellt ist, wobei das Erkennungsmittel die Resonanzfrequenz des Resonanzsensors anhand des modulierten Signalerfassungslasers erkennt.
Erregungs- und Signalerfassungsnetzwerk nach Anspruch 1, wobei jedes der Mehrzahl von linearen Netzwerken des Weiteren ein Dualbandpassfilter aufweist, wobei diese Dualbandpassfilter bei jedem der schwach abgegriffenen Netzwerke zwischen dem Erregungslaser, den Signalerfassungslasern und der Mehrzahl von Resonanzsensoren gekoppelt sind, wobei die Dualbandpassfilter den Erregungslaser und einen zuvor festgelegten Signalerfassungslaser passieren lassen.
Erregungs- und Signalerfassungsnetzwerk nach Anspruch 2, wobei die Signalerfassungslaser alle mit einer anderen Wellenlänge arbeiten als der Erregungslaser und mit nicht-überlappenden Wellenlängen arbeiten.
Erregungs- und Signalerfassungsnetzwerk nach Anspruch 1, wobei eine Mehrzahl der Resonanzsensoren durch ein Dualbandpassfilter mit ihren jeweiligen schwach abgegriffenen Netzwerken gekoppelt sind, wobei das Dualbandpassfilter den Erregungslaser und einen zuvor festgelegten Signalerfassungslaser passieren lässt.
Erregungs- und Signalerfassungsnetzwerk nach Anspruch 4, wobei die Signalerfassungslaser alle mit einer anderen Wellenlänge arbeiten als der Erregungslaser und mit nicht-überlappenden Wellenlängen arbeiten.
Erregungs- und Signalerfassungsnetzwerk nach Anspruch 3, wobei der Detektor ein abstimmbares Bandpassfilter aufweist, wobei das abstimmbare Bandpassfilter mit der Mehrzahl von schwach abgegriffenen Netzwerken gekoppelt ist, wobei das abstimmbare Bandpassfilter so abgestimmt werden kann, dass es jeden der Mehrzahl von Signalerfassungslasern individuell passieren lässt.
Erregungs- und Signalerfassungsnetzwerk nach Anspruch 6, wobei der Detektor des Weiteren einen Photodetektor und einen Wechselspannungsverstärker aufweist.
Erregungs- und Signalerfassungsnetzwerk nach Anspruch 5, wobei der Detektor ein abstimmbares Bandpassfilter aufweist, wobei das abstimmbare Bandpassfilter mit der Mehrzahl von schwach abgegriffenen Netzwerken gekoppelt ist, wobei das abstimmbare Bandpassfilter so abgestimmt werden kann, dass es jeden der Mehrzahl von Signalerfassungslasern individuell passieren lässt.
Erregungs- und Signalerfassungsnetzwerk nach Anspruch 8, wobei der Detektor des Weiteren einen Photodetektor und einen Wechselspannungsverstärker aufweist.
Erregungs- und Signalerfassungsnetzwerk nach Anspruch 3, wobei der Detektor eine Mehrzahl von Bandpassfiltern, eine Mehrzahl von Photodetektoren und eine Mehrzahl von Wechselspannungsverstärkern aufweist, wobei jedes der Bandpassfilter mit der Mehrzahl von schwach abgegriffenen linearen Netzwerken gekoppelt ist, wobei jedes der Bandpassfilter einen zuvor festgelegten Signalerfassungslaser zu einem entsprechenden Photodetektor passieren lässt, wobei der Photodetektor ein Signal, das dem erfassten Laser entspricht, zu einem Wechselspannungsverstärker sendet.
Erregungs- und Signalerfassungsnetzwerk nach Anspruch 5, wobei der Detektor eine Mehrzahl von Bandpassfiltern, eine Mehrzahl von Photodetektoren und eine Mehrzahl von Wechselspannungsverstärkern aufweist, wobei jedes der Bandpassfilter mit der Mehrzahl von schwach abgegriffenen linearen Netzwerken gekoppelt ist, wobei jedes der Bandpassfilter einen zuvor festgelegten Signalerfassungslaser zu einem entsprechenden Photodetektor passieren lässt, wobei der Photodetektor ein Signal, das dem erfassten Laser entspricht, zu einem Wechselspannungsverstärker sendet.