EP2345182A1 - Procede de transmission sans fils entre deux transducteurs electroacoustiques et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

Procede de transmission sans fils entre deux transducteurs electroacoustiques et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede

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Publication number
EP2345182A1
EP2345182A1 EP09775773A EP09775773A EP2345182A1 EP 2345182 A1 EP2345182 A1 EP 2345182A1 EP 09775773 A EP09775773 A EP 09775773A EP 09775773 A EP09775773 A EP 09775773A EP 2345182 A1 EP2345182 A1 EP 2345182A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transducer
acoustic waves
electrical energy
information
waves
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09775773A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Michel Declercq
Patrick Favre
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HEIG-VD
Original Assignee
HEIG-VD
Ecole Polytechnique Federale de Lausanne EPFL
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Filing date
Publication date
Application filed by HEIG-VD, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne EPFL filed Critical HEIG-VD
Publication of EP2345182A1 publication Critical patent/EP2345182A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B11/00—Transmission systems employing sonic, ultrasonic or infrasonic waves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
    • A61B5/0026—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by the transmission medium
    • A61B5/0028—Body tissue as transmission medium, i.e. transmission systems where the medium is the human body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
    • A61B5/0031—Implanted circuitry

Definitions

  • the present invention relates to a method of wireless transmission between at least a first transducer located in a first location and at least a second transducer located in a second location remote from said first location, said at least two transducers being of the electroacoustic type.
  • It also relates to a wireless transmission device between at least a first element comprising at least a first transducer, located in a first location, and at least a second element comprising at least a second transducer, located in a second location remote from said first location.
  • said at least two transducers being of the electroacoustic type, for the implementation of this method.
  • RFID radio frequency identification
  • TAG the element that communicates with it and provides it with its energy
  • the main applications of this type of wireless communication are very varied and include the identification of animals, the TAG being implanted under the skin of the animal, access monitoring, where the TAG replaces or complements a mechanical key , and the realization of antitheft systems.
  • An RFID radio frequency identification can first be done by magnetic coupling.
  • This embodiment is characterized by the fact that the energy and the information are transmitted from the interrogator to the TAG by a magnetic coupling of the transformer type. These systems use very low transmit frequencies, usually below 13 MHz, to ensure the purely magnetic nature of the transmitted waves.
  • the TAG transmits the information by short-circuiting the coil serving as "antenna" to the rhythm of the information to be transmitted, this modification of the impedance of said coil de facto modulating the impedance of the load "seen” by the interrogator.
  • the advantage of this embodiment is its low cost but, on the other hand, it has many drawbacks which are, among others, its low transmission range, the presence of an antenna of the interrogator commonly very large, and the very difficult, if not impossible, establishment of a communication when the TAG is close to a conductive structure (metal, ionic liquid, etc.).
  • RFID systems that use elements of the "SAW” type (Surface Acoustic Wave) in which energy and information are transmitted from the TAG to the interrogator by the modulation of reflected electromagnetic waves.
  • SAW Surface Acoustic Wave
  • the transmission frequencies must be significantly higher than for magnetic coupling. The frequencies usually used are greater than a few hundred megahertz.
  • One of the technologies used for the realization of such systems is the coupling of the TAG antenna to a SAW type component using acoustic surface waves to modify the properties of a reflected electromagnetic wave. The latter can then, by its structure and the different electrical or physical constraints that are applied to it, modify the nature of the reflected wave.
  • the international publication WO 2007/073473 relates to a transmission device using elements of the SAW type, in which the communication clearly uses radiofrequency-based information transmission.
  • this device comprises an antenna for the transfer of information and an electroacoustic element used as a sensor and directly modifying the radiofrequency characteristics of two SAW elements, thus modulating the radiofrequency characteristics of the device.
  • this device is intended for radio transmissions in a high frequency range.
  • This device uses an element allowing it to capture the energy found in the environment of its system, there is no external supply of energy.
  • the piezo-acoustic element is only used as a sensor. Local energy recovery is performed by an energy capture element. No component is dedicated to the recovery of energy transmitted by a third party.
  • the present invention proposes to provide a method and a wireless transmission device that overcomes all the disadvantages of the systems.
  • identification system without prior wires, in which the communication for carrying information is based solely on acoustic waves, without any magnetic, electrical or electromagnetic wave content.
  • the advantages of this method are numerous because it has a large transmission range due to excellent propagation in all environments, especially in the case where the other systems can not or poorly communicate, namely the propagation in the human body, through metal, in any solid medium, liquid or gel and even in the air.
  • this transmission method can not be disturbed by external sources of electromagnetic waves, as is often the case for traditional RFIDs and does not itself generate any electromagnetic disturbance, especially in the case where it is used. in the context of the transport of information in the human body because the waves generated remain contained within the body.
  • the size of the transducers of the TAG and the interrogator is relatively small, which significantly opens the scope of the device.
  • the aims of the invention are achieved by a method as defined in the preamble and characterized in that acoustic waves are generated in said at least first transducer, in that said acoustic waves are emitted in the direction of said at least one second transducer, in that said acoustic waves are picked up in said at least second transducer, in that at least some of the acoustic waves received in said at least second transducer are at least partly converted into electrical energy, and in that storing said electrical energy in said at least second transducer.
  • At least a portion of the electrical energy stored in said second transducer is used to process information.
  • the mechanical states of said at least first transducer are modulated to emit said acoustic waves.
  • At least a portion of the electrical energy stored in the second transducer is used to transmit information contained in said second transducer to said first transducer.
  • the waves reflected by said second transducer are modulated to transmit information to said first transducer.
  • the information contained in the reflected waves is centered around a subcarrier frequency of the frequency of said reflected waves.
  • a phase, frequency, amplitude modulation or any combination of these three modulations is advantageously carried out.
  • At least a portion of the electrical energy stored in said second transducer can be used to activate at least one actuator, to detect information derived and / or processed by at least one sensor and for transmitting to said first transducer the information acquired by said at least one sensor.
  • the wireless transmission device as defined in the preamble is characterized in that it comprises means arranged for generating acoustic waves in said first transducer and for emitting these acoustic waves towards said second transducer, arranged means for sensing said acoustic waves in said second transducer, means arranged to at least partially convert said acoustic waves into electrical energy in said second transducer, and means arranged to store said electrical energy in said second transducer.
  • said device may advantageously comprise means arranged for processing information. It may also include means arranged to transmit acoustic waves generated in the first transducer to a plurality of second transducers.
  • the device comprises means arranged to modulate the waves reflected by said second transducer to transmit to said first transducer information contained in said second transducer.
  • it also comprises means arranged to use the electrical energy stored in said second transducer to transmit this information.
  • the device may comprise means arranged to use the electrical energy stored in said second transducer to activate at least one actuator, to read information derived and / or processed by at least one sensor and to transmit said information to first transducer.
  • said second transducer is disposed in a transponder called TAG implanted in the human body.
  • FIG. 1 is a general schematic diagram of the method according to the invention
  • FIGS. 2A, 2B, 2C, 2D and 2E are schematic diagrams illustrating different configuration possibilities offered by the method according to the invention
  • FIGS. 3A, 3B and 3C show the evolution of the power of the electroacoustic signal in an optimized variant of the method according to the invention at low flow rates and low consumption
  • FIGS. 3A, 3B and 3C show the evolution of the power of the electroacoustic signal in an optimized variant of the method according to the invention at low flow rates and low consumption
  • FIGS. 4A and 4B are diagrams of the elements of an embodiment of the device according to the invention intended to be implanted in the human body.
  • the method of the invention consists in communicating acoustic and / or ultrasonic waves between at least two transducers T1 and T2, of the electroacoustic type, arranged at two different locations so that storing energy, processing information and capturing and / or actuating parameters recorded by a sensor and / or an actuator.
  • the first transducer T1 is used to generate acoustic, sonic or ultrasonic waves, by modulating its mechanical states and emitting them to the second transducer T2.
  • This second transducer T2 captures the acoustic waves emitted and at least partially converts them into electrical energy W which is stored in this second transducer.
  • Part of this stored electrical energy can be used to process information D and in particular to transmit to the first transducer T1 information contained and pre-processed in said second transducer T2.
  • This energy can also be used to activate at least one actuator A, to read information derived and / or processed by at least one sensor S and to transmit to the first transducer T1 the information acquired by the sensor S.
  • a modulation technique of the reflected acoustic wave is used to transmit the information, a technique in which the modulation of the reflected sound wave is modulated by the information to be transmitted.
  • the information D of the transducer T2 can be directly transmitted in the form of an alternation of high / low impedance presented to the accesses of this transducer.
  • the processing of the received signal will be difficult because of the very wide frequency spectrum occupied by the information.
  • the transducer T2 will transmit its data by applying any modulation to any central subcarrier. This central frequency will be that of the filters usually available commercially, for example 455kHz, 10.7MHz, etc.
  • a phase, frequency, amplitude modulation, or any combination of these three modulations is performed to modulate the reflected acoustic waves transmitted by the second transducer T2 to the first transducer T1.
  • the modulation applied may be of phase, of frequency, of amplitude, such as of the OOK, FSK, PSK, GFSK type, or any mixture of these three modulations.
  • the frequency during this excitation can be varied in the form of a rapid frequency variation of the "chirp" type.
  • This form of operation promotes significant data rates, to the detriment of the scope of the system and / or its energy consumption.
  • FIGS. 2A to 2E illustrate the various configuration possibilities that can be realized on the basis of the method of the invention as well as the power / frequency spectrum of the signal transmitted and reflected in each configuration.
  • FIG. 2A represents the basic configuration of the method according to the invention.
  • a first transducer T1 transmits acoustic waves W to a second transducer T2 provided with a detector D, which captures them, converts them into electrical energy and at least partially stores said energy in a storage element M of said second transducer T2.
  • FIG. 2B represents a second configuration in which the second transducer T2 is associated with a data processing device P.
  • the first transducer T1 transmits acoustic waves W to the second transducer T2 which captures them, converts them into electrical energy and partially stores said energy in a storage element M.
  • a portion of the stored energy is used to process information in the processing device P and store it in the transducer T2.
  • FIG. 2C represents a third configuration in which the transducer T2, associated with an information processing device P, emits reflected waves W R towards the transducer T2.
  • FIG 2D The configuration of FIG 2D is identical to that of Figure 2C but, in this case, the reflected waves W R onto the transducer T1 are modulated in phase or frequency or a combination of both.
  • FIG. 2E represents a fifth configuration in which the information processing device P is associated with a modulator M and a subcarrier oscillator O for modulating information to be transmitted to the transducer T1 around a subcarrier frequency of reflected waves W R.
  • FIGS. 3A to 3C illustrate the variation of the electroacoustic signal in an optimized variant of the method according to the invention.
  • the transducer T1 sends acoustic waves for a short period (BURST).
  • BURST a short period
  • the transducer is oscillated or not according to the information to be transmitted, the latter, in the case of a piezo-acoustic transducer, being transmitted by modifying the electrical impedance presented to it.
  • the transducer T1 stops transmitting the transducer T2 will or will not continue to oscillate and thus emit acoustic waves.
  • the transducer T2 will be able to store energy and thus release it in the form of acoustic waves once the excitation is ended. If during the excitation, the transducer ports are terminated with a weak impedance, the latter will not be able to store energy and once the excitation is over, it will not transmit any waves.
  • FIG. 3A represents the power / frequency acoustic signal emitted by the transducer T1. This signal is in the form of acoustic waves of low BURST oscillation times.
  • FIG. 3B represents the acoustic signal present on the electrical ports of the transducer T2 during transmission of a bit 1.
  • This transducer T2 oscillates due to the acoustic stimulation provided by the transducer T1 and thus continues to oscillate after the end of the BURST. This remanent oscillation is detected and makes it possible to note that the bit 1 is transmitted.
  • FIG. 3C represents the acoustic signal present on the electrical ports of the transducer T2 during the transmission of a bit 0.
  • This transducer T2 is strongly damped, for example in the case of a piezoelectric transducer, by shorting its accesses. electric. The very low remanent oscillation is then representative of the transmission of a bit 0.
  • Figures 4A and 4B illustrate an embodiment of a device operating on the method of the invention.
  • This device 10 intended to be implanted in the human body, consists of two elements which are, on the one hand, a first element called the interrogator 10a comprising a first electroacoustic transducer and shown schematically in FIG.
  • the device is arranged to allow bidirectional wireless communication, based on the acoustic wave exchange between the interrogator 10a and the "TAG" 10b.
  • the essential feature of this device is to allow the power supply of the "TAG” by means of these same acoustic waves.
  • the interrogator 10a plays the role of “master” and manages the communications, while the "TAG” 10b responds to the requests of the interrogator 10a.
  • the "tag” 10b is, in this case, associated with at least one sensor and / or actuator 11, whose data it transmits and / or directs the actions.
  • the interrogator 10a is preferably located on the periphery of an aqueous medium 30 in which the "TAG" is implanted to be powered and interrogated.
  • the interrogator 10a could however be located in the aqueous medium 30 itself.
  • the interrogator 10a consists of a power source 100, a control information transmission device 101, a reception unit 102 of the demodulated information received by the interrogator 10a in response to the request.
  • the "TAG" 10b illustrated in greater detail in FIG. 4B, is a device that can be passive, that is to say without a source of clean energy.
  • the "TAG” 10b is located in the aqueous medium 30 and is for example a device implanted in the human body.
  • the use of “TAG” 10b is however not limited to this application and the “TAG” could be implanted, for example, in a chemical reactor.
  • the "TAG" 10b can be composed of a variable number of components among which are advantageously an electroacoustic transducer 15 arranged to receive the electroacoustic waves 13 generated by the transducer 12 of the interrogator 10a and retransmit the modulated reflected waves 14 to said interrogator, a power supply and energy management module 16, means arranged to capture said acoustic waves 13 in said second transducer in the form of an information demodulator 17, means arranged to modulate the reflected waves 14 by the second transducer 15 in the form of an information modulator 18, signal processing means 19, and storage means in the form of a memory unit 20, all of these components being associated with a sensor 11 or a set of sensors and / or actuators 11, according to the intended applications.
  • an electroacoustic transducer 15 arranged to receive the electroacoustic waves 13 generated by the transducer 12 of the interrogator 10a and retransmit the modulated reflected waves 14 to said interrogator
  • a power supply and energy management module 16 means
  • the "TAG” 10b may comprise a greater or lesser number of components depending on the intended application. Thus, one could use a “TAG” 10b whose only function is to signal an identity and therefore to validate a presence when interrogated by the interrogator 10a.
  • the "TAG” 10b When the "TAG” 10b receives on its electroacoustic transducer waves emitted by the interrogator 10a, it uses it for two purposes, namely a portion of the energy associated with these waves is used to generate its power and the other is returned modulated to the interrogator 10a to transmit information, including information that corresponds to data provided by the sensor or the actuator 11.
  • One of the features of the method and device is the use of a single transducer 15 on the side of the "TAG" 10b to perform all the power supply operations of "TAG” 10b and bidirectional communication.
  • Another particularity of the method and the device consists in using the modulation of the reflection of the incident acoustic waves 13 generating reflected waves 14 carrying information from the "TAG" 10b, called acoustic "backscattering".
  • a mode of operation more adapted to low information rates and having low power consumption is based on the modulation of the damping coefficient of "TAG" 10b.
  • the high energy efficiency of the device is based on a match between the transmission frequency and the resonant frequency of the transducers 12 and 15.
  • the method of the present invention is not limited to the embodiment described by way of example but allows to consider multiple applications in different fields when a wireless transmission is used.

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Abstract

L'invention concerne un procédé et un dispositif de. transmission sans fils n'utilisant pas d'ondes radio entre au moins un premier transducteur (T1) localisé dans un premier emplacement et au moins un deuxième transducteur (T2) localisé dans un deuxième emplacement distant du premier emplacement. Les deux transducteurs (T1, T2) étant du type électroacoustique, l'on génère des ondes acoustiques (W) dans le premier transducteur (T1), l'on émet ces ondes acoustiques en direction du deuxième transducteur (T2), l'on capte les ondes acoustiques dans le deuxième transducteur (T2), et l'on convertit au moins partiellement en énergie électrique les ondes acoustiques reçues dans le deuxième transducteur (T2). Cette énergie électrique est stockée dans un élément de stockage (M) du transducteur (T2) et peut être utilisée pour traiter des informations, par l'intermédiaire d'un dispositif de traitement (P), et les transmettre au premier transducteur (T1) par des ondes acoustiques réfléchies modulées (WR).

Description

PROCEDE DE TRANSMISSION SANS FILS
ENTRE DEUX TRANSDUCTEURS ELECTROACOUSTIQUES
ET DISPOSITIF POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE
Domaine technique La présente invention concerne un procédé de transmission sans fils entre au moins un premier transducteur localisé dans un premier emplacement et au moins un deuxième transducteur localisé dans un deuxième emplacement distant dudit premier emplacement, lesdits au moins deux transducteurs étant du type électroacoustique.
Elle concerne également un dispositif de transmission sans fils entre au moins un premier élément comportant au moins un premier transducteur, localisé dans un premier emplacement, et au moins un deuxième élément comportant au moins un deuxième transducteur, localisé dans un deuxième emplacement distant dudit premier emplacement, lesdits au moins deux transducteurs étant du type électroacoustique, pour la mise en œuvre de ce procédé.
Technique antérieure
De nombreuses applications faisant appel à une communication sans fils sous la forme d'une identification par radiofréquence couramment appelée "RFID" sont caractérisées par le fait que l'un des éléments du système ne possède pas de source d'énergie propre. De manière communément admise, cet élément est habituellement nommé "TAG" et l'élément qui communique avec lui et qui lui fournit son énergie est communément appelé "interrogateur".
Les avantages d'une telle technologie sont évidents étant donné que l'élément dépourvu de source d'énergie peut, théoriquement, jouir d'une durée de vie infinie. Les différentes technologies utilisées pour réaliser ce type de systèmes font toutes appel à un même principe, à savoir le fait que la communication du TAG vers l'interrogateur se fait par modulation des ondes réfléchies par le TAG et que ledit TAG ne générant pas lui-même d'ondes, il peut donc se montrer particulièrement peu "gourmant" en besoins énergétiques.
Les principales applications de ce type de communications sans fils sont très variées et permettent notamment l'identification d'animaux, le TAG étant implanté sous la peau de l'animal, la surveillance d'accès, où le TAG remplace ou complémente une clef mécanique, et la réalisation de systèmes antivol.
Différentes technologies sont actuellement utilisées pour réaliser de maniète pratique ces applications.
Une identification par radiofréquence RFID peut tout d'abord se faire par couplage magnétique. Cette réalisation se caractérise par le fait que l'énergie et l'information sont transmises de l'interrogateur au TAG par un couplage magnétique du type transformateur. Ces systèmes utilisent des fréquences d'émission très basses, habituellement inférieures à 13 MHz, afin de garantir la nature purement magnétique des ondes transmises. Le TAG transmet l'information en court-circuitant la bobine lui servant "d'antenne" au rythme de l'information à transmettre, cette modification de l'impédance de ladite bobine modulant de facto l'impédance de la charge "vue" par l'interrogateur. L'avantage de cette forme de réalisation est son faible coût mais, par contre, elle présente de nombreux inconvénients qui sont, entre autres, sa faible portée de transmission, la présence d'une antenne de l'interrogateur communément de très grande taille, et l'établissement très difficile, voire impossible, d'une communication lorsque le TAG est proche d'une structure conductrice (métal, liquide ionique, etc.).
On peut également utiliser des systèmes RFID faisant appel à des éléments du type "SAW" (Surface Acoustic Wave) dans lesquels l'énergie et l'information sont transmises du TAG vers l'interrogateur par la modulation d'ondes électromagnétiques réfléchies. Pour garantir la présence de véritables ondes électromagnétiques définies par la double présence d'un champ magnétique et d'un champ électrique, les fréquences de transmissions doivent être nettement plus élevées que pour le couplage magnétique. Les fréquences habituellement utilisées sont supérieures à quelques centaines de mégahertz. L'une des technologies utilisées pour Ia réalisation de pareils systèmes fait appel au couplage de l'antenne du TAG à un composant du type SAW utilisant des ondes de surface acoustiques pour modifier les propriétés d'une onde électromagnétique réfléchie. Ce dernier peut alors, de par sa structure et de par les différentes contraintes électriques ou physiques qui lui sont appliquées, modifier la nature de l'onde réfléchie.
La publication internationale WO 2007/073473 a pour objet un dispositif de transmission utilisant des éléments du type SAW, dans lequel la communication fait clairement appel à une transmission d'informations basée sur des radiofréquences. A cet effet, ce dispositif comporte une antenne destinée au transfert d'informations et un élément électroacoustique utilisé comme senseur et modifiant directement les caractéristiques radiofréquence de deux éléments SAW, modulant ainsi les caractéristiques radiofréquence du dispositif. En outre, ce dispositif est prévu pour des transmissions radios dans une plage de fréquences élevées.
Ce dispositif utilise un élément lui permettant de capter l'énergie se trouvant dans l'environnement de son système, il n'y a aucun apport externe d'énergie. L'élément piézo-acoustique n'est utilisé que comme senseur. La récupération d'énergie locale est effectuée par un élément de capture d'énergie. Aucun composant n'est dédié à la récupération d'énergie transmise par un élément tiers.
Exposé de l'invention La présente invention se propose de fournir un procédé et un dispositif de transmission sans fils palliant tous les inconvénients des systèmes d'identification sans fils antérieurs, dans lesquels la communication pour transporter des informations est basée uniquement sur des ondes acoustiques, sans le moindre contenu d'ondes magnétiques, électriques ou électromagnétiques. Les avantages de ce procédé sont nombreux car il a une grande portée de transmission due à une excellente propagation dans tous les milieux, notamment dans le cas où les autres systèmes ne peuvent pas ou mal communiquer, à savoir la propagation dans le corps humain, à travers du métal, dans tout milieu solide, liquide ou gel et même dans l'air. De plus, ce procédé de transmission ne peut pas être perturbé par des sources externes d'ondes électromagnétiques, comme c'est souvent le cas pour les RFID traditionnels et ne génère lui-même aucune perturbation électromagnétique, notamment dans le cas où il est utilisé dans le cadre du transport d'information dans le corps humain car les ondes générées restent contenues à l'intérieur du corps.
En outre, dans le dispositif pour la mise en œuvre de ce procédé, la taille des transducteurs du TAG et de l'interrogateur est relativement réduite ce qui ouvre de manière notable le champ d'application du dispositif.
Les buts de l'invention sont atteints par un procédé tel que défini en préambule et caractérisé en ce que l'on génère des ondes acoustiques dans ledit au moins premier transducteur, en ce que l'on émet ces ondes acoustiques en direction dudit au moins deuxième transducteur, en ce que l'on capte lesdites ondes acoustiques dans ledit au moins deuxième transducteur, en ce que l'on convertit au moins partiellement en énergie électrique lesdites ondes acoustiques reçues dans ledit au moins deuxième transducteur, et en ce que l'on stocke ladite énergie électrique dans ledit au moins deuxième transducteur.
De façon avantageuse, l'on utilise au moins une partie de l'énergie électrique stockée dans ledit deuxième transducteur pour traiter des informations. Dans les formes de réalisation préférées du procédé, l'on effectue une modulation des états mécaniques dudit au moins premier transducteur pour émettre lesdites ondes acoustiques.
De préférence, l'on utilise au moins une partie de l'énergie électrique stockée dans le deuxième transducteur pour transmettre audit premier transducteur des informations contenues dans ledit deuxième transducteur.
Pour permettre cette utilisation, l'on effectue une modulation des ondes réfléchies par ledit deuxième transducteur pour transmettre audit premier transducteur des informations.
De façon avantageuse, les informations contenues dans les ondes réfléchies sont centrées autour d'une fréquence sous-porteuse de la fréquence desdites ondes réfléchies.
Pour moduler les ondes acoustiques réfléchies l'on effectue avantageusement une modulation de phase, de fréquence, d'amplitude ou un quelconque mélange de ces trois modulations.
Selon la variante de réalisation du procédé, l'on peut utiliser au moins une partie de l'énergie électrique stockée dans ledit deuxième transducteur pour activer au moins un actionneur, pour relever des informations issues et/ou traitées par au moins un capteur et pour transmettre audit premier transducteur les informations acquises par ledit au moins un capteur.
Il est également possible d'utiliser au moins une partie de l'énergie électrique stockée dans ledit deuxième transducteur pour transmettre des ondes acoustiques générées dans le premier transducteur à plusieurs deuxièmes transducteurs. Pour moduler les ondes réfléchies, l'on peut effectuer une modulation du facteur d'amortissement dudit second transducteur, ledit premier transducteur excitant ledit deuxième transducteur durant de faibles durées d'oscillation du type BURST et la fréquence pendant l'excitation du type BURST pouvant être variée sous la forme d'une variation rapide de ladite fréquence du type "chirp".
De façon avantageuse, l'on peut également effectuer la modulation de la réflexion des ondes acoustiques transmises par le deuxième transducteur au premier transducteur en modifiant l'impédance acoustique dudit deuxième transducteur ou, lorsque au moins un des transducteurs est du type piézoélectrique, l'on peut effectuer la modulation de la réflexion des ondes acoustiques transmises par le deuxième transducteur au premier transducteur en modifiant l'impédance électrique présentée aux accès dudit deuxième transducteur.
Le dispositif de transmission sans fils selon l'invention tel que défini en préambule est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens agencés pour générer des ondes acoustiques dans ledit premier transducteur et pour émettre ces ondes acoustiques en direction dudit deuxième transducteur, des moyens agencés pour capter lesdites ondes acoustiques dans ledit deuxième transducteur, des moyens agencés pour convertir au moins partiellement lesdites ondes acoustiques en énergie électrique dans ce deuxième transducteur, et des moyens agencés pour stocker ladite énergie électrique dans ledit deuxième transducteur.
Dans un mode de réalisation préféré, ledit dispositif peut avantageusement comporter des moyens agencés pour traiter des informations. 11 peut également comporter des moyens agencés pour transmettre des ondes acoustiques générées dans le premier transducteur à plusieurs deuxièmes transducteurs.
De façon avantageuse le dispositif comporte des moyens agencés pour moduler les ondes réfléchies par ledit deuxième transducteur pour transmettre audit premier transducteur des informations contenues dans ledit deuxième transducteur. De préférence, il comporte également des moyens agencés pour utiliser l'énergie électrique stockée dans ledit deuxième transducteur pour transmettre ces informations.
Selon Ia variante de réalisation, le dispositif peut comporter des moyens agencés pour utiliser l'énergie électrique stockée dans ledit deuxième transducteur pour activer au moins un actionneur, pour relever des informations issues et/ou traitées par au moins un capteur et transmettre lesdites informations au premier transducteur.
Dans une des formes de réalisation préférées du dispositif, ledit deuxième transducteur est disposé dans un transpondeur appelé TAG implanté dans le corps humain.
Description sommaire des dessins
La présente invention et ses avantages seront mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'une forme de réalisation préférée du dispositif de l'invention, en référence aux dessins annexés, donnés à titre indicatif et non limitatif, dans lesquels:
la figure 1 est un schéma général de principe du procédé selon l'invention,
les figures 2A, 2B, 2C, 2D et 2E sont des schémas de principe illustrant différentes possibilités de configuration offertes par le procédé selon l'invention, les figures 3A, 3B et 3C représentent l'évolution de la puissance du signal électroacoustique dans une variante optimisée du procédé selon l'invention lors de faibles débits et de faibles consommations, et
les figures 4A et 4B sont des schémas de principe des éléments d'une forme de réalisation du dispositif selon l'invention destiné à être implanté dans le corps humain.
Meilleures manières de réaliser l'invention
Le procédé de l'invention, illustré par les schémas de principe des figures 1, 2A à 2E, consiste à communiquer par ondes acoustiques et/ou ultrasoniques entre au moins deux transducteurs T1 et T2, du type électroacoustique, disposés à deux emplacements différents afin de stocker de l'énergie, de traiter des informations et de capter et/ou d'actionner des paramètres relevés par un capteur et/ou un actionneur. Le premier transducteur T1 est utilisé pour générer des ondes acoustiques, sonores ou ultrasoniques, par modulation de ses états mécanique et les émettre vers le deuxième transducteur T2. Ce deuxième transducteur T2 capte les ondes acoustiques émises et les convertit au moins partiellement en énergie électrique W qui est stockée dans ce deuxième transducteur. Une partie de cette énergie électrique stockée peut être utilisée pour traiter des informations D et notamment pour transmettre au premier transducteur T1 des informations contenues et pré-traitées dans ledit deuxième transducteur T2. Cette énergie peut également être utilisée pour activer au moins un actionneur A, pour relever des informations issues et/ou traitées par au moins un capteur S et transmettre au premier transducteur T1 les informations acquises par le capteur S.
A cet effet, dans un premier mode de fonctionnement, l'on utilise une technique de modulation de l'onde acoustique réfléchie pour transmettre les informations, technique dans laquelle la modulation de l'onde sonore réfléchie est modulée par les informations à transmettre. Les informations D du transducteur T2 peuvent être directement transmises sous la forme d'une alternance de haute/basse impédance présentée aux accès de ce transducteur. Toutefois, le traitement du signal reçu sera alors délicat du fait du très large spectre de fréquence occupé par l'information. Cependant, afin de faciliter le filtrage du signal reçu et donc d'optimiser les performances du système, le transducteur T2 va transmettre ses données en appliquant une modulation quelconque à une sous-porteuse centrale quelconque. Cette fréquence centrale sera celle des filtres usuellement disponibles dans le commerce, par exemple 455kHz, 10.7MHz, etc.
De préférence, l'on effectue une modulation de phase, de fréquence, d'amplitude, ou un quelconque mélange de ces trois modulations, pour moduler les ondes acoustiques réfléchies transmises par le second transducteur T2 vers le premier transducteur T1. La modulation appliquée peut être de phase, de fréquence, d'amplitude, telle que du type OOK, FSK, PSK, GFSK, ou un quelconque mélange de ces trois modulations. L'on peut également utiliser une technique de modulation du facteur d'amortissement du transducteur et, dans ce cas, le transducteur est excité par des faibles durées d'oscillation usuellement nommées BURST. La fréquence pendant cette excitation peut être variée sous la forme d'une variation rapide de fréquence du type "chirp".
Cette forme de fonctionnement favorise des débits de données importants, au détriment de la portée du système et/ou de sa consommation d'énergie.
Les figures 2A à 2E illustrent les différentes possibilités de configuration pouvant être réalisées sur la base du procédé de l'invention ainsi que le spectre puissance/fréquence du signal transmis et réfléchi dans chaque configuration. La figure 2A représente la configuration de base du procédé selon l'invention, Dans ce cas, un premier transducteur T1 transmet des ondes acoustiques W à un deuxième transducteur T2 pourvu d'un détecteur D, qui les capte, les convertit en énergie électrique et stocke au moins partiellement ladite énergie dans un élément de stockage M dudit deuxième transducteur T2.
La figure 2B représente une deuxième configuration dans laquelle Ie deuxième transducteur T2 est associé à un dispositif de traitement des informations P. Comme dans le cas de la figure 2A, le premier transducteur T1 transmet des ondes acoustiques W au deuxième transducteur T2 qui les capte, les convertit en énergie électrique et stocke partiellement ladite énergie dans un élément de stockage M. En plus, une partie de l'énergie stockée est utilisée pour traiter des informations dans le dispositif de traitement P et les stocker dans le transducteur T2.
La figure 2C représente une troisième configuration dans laquelle le transducteur T2, associé à un dispositif de traitement des informations P, émet des ondes réfléchies WR vers le transducteur T2.
La configuration de la figure 2D est identique à celle de la figure 2C mais, dans ce cas, les ondes réfléchies WR vers le transducteur T1 sont modulées en phase ou en fréquence ou un mélange des deux.
La figure 2E représente une cinquième configuration dans laquelle le dispositif de traitement des informations P est associé à un modulateur M et à un oscillateur de sous-porteuse O pour moduler des informations à transmettre vers le transducteur T1 autour d'une fréquence sous-porteuse des ondes réfléchies WR.
Les figures 3A à 3C illustrent la variation du signal électroacoustique dans une variante optimisée du procédé selon l'invention. Dans ce mode de fonctionnement, qui ne permet pas de grands débits de données mais qui est optimal en termes de faible consommation et/ou de portée, le transducteur T1 envoie des ondes acoustiques pendant une période courte (BURST). Durant cette période, le transducteur est mis en oscillation ou non selon l'information à transmettre, cette dernière, dans le cas d'un transducteur piézo-acoustique, étant transmise en modifiant l'impédance électrique lui étant présentée. Lorsque le transducteur T1 cesse d'émettre, le transducteur T2 va ou ne va pas continuer à osciller et donc émettre des ondes acoustiques. Si, durant l'excitation, l'impédance électrique présentée à son accès est élevée, le transducteur T2 pourra emmagasiner de l'énergie et donc la relâcher sous la forme d'ondes acoustiques une fois l'excitation terminée. Si durant l'excitation, les accès du transducteur sont terminés sur une impédance faible, ce dernier ne pourra pas emmagasiner de l'énergie et une fois l'excitation terminée, il ne transmettra aucune onde.
La figure 3A représente Ie signal acoustique puissance/ fréquence émis par le transducteur T1. Ce signal se présente sous la forme d'ondes acoustiques de faibles durées d'oscillation du type BURST.
La figure 3B représente le signal acoustique présent sur les accès électriques du transducteur T2 pendant la transmission d'un bit 1. Ce transducteur T2 entre en oscillation du fait de la stimulation acoustique fournie par le transducteur T1 et ainsi continue à osciller après la fin du BURST. Cette oscillation rémanente est détectée et permet de relever que le bit 1 est transmis.
La figure 3C représente le signal acoustique présent sur les accès électriques du transducteur T2 pendant la transmission d'un bit 0. Ce transducteur T2 est fortement amorti, pas exemple dans le cas d'un transducteur piézo-électrique, en court-circuitant ses accès électriques. La très faible oscillation rémanente est alors représentative de la transmission d'un bit 0. Les figures 4A et 4B illustrent une forme de réalisation d'un dispositif fonctionnant sur le procédé de l'invention. Ce dispositif 10, destiné à être implanté dans le corps humain, se compose de deux éléments qui sont, d'une part, un premier élément appelé l'interrogateur 10a comportant un premier transducteur électroacoustique et représenté schématiquement par la figure 3A, et un second élément qui est constitué par un transpondeur 10b couramment appelé "TAG" formant la partie intérieure ou implantée du dispositif, représenté schématiquement par la figure 3B. Le dispositif est agencé pour permettre une communication bidirectionnelle sans fils, basée sur l'échange d'ondes acoustiques entre l'interrogateur 10a et le "TAG" 10b. La particularité essentielle de ce dispositif est de permettre l'alimentation en énergie du "TAG" au moyen de ces mêmes ondes acoustiques. L'interrogateur 10a joue le rôle de "maître" et gère les communications, tandis que le "TAG" 10b répond aux sollicitations de l'interrogateur 10a. Le "TAG" 10b est, dans ce cas, associé à au moins un capteur et/ou actionneur 11 , dont il transmet les données et/ou dirige les actions.
Comme le montre la figure 4A, l'interrogateur 10a se situe de préférence à la périphérie d'un milieu aqueux 30 dans lequel est implanté le "TAG" à alimenter et à interroger. L'interrogateur 10a pourrait toutefois être situé dans le milieu aqueux 30 lui-même. L'interrogateur 10a est constitué d'une source d'alimentation électrique 100, d'un dispositif de transmission d'informations de contrôle 101 , d'une unité de réception 102 des informations démodulées reçues par l'interrogateur 10a en réponse à l'envoi de signaux au "TAG" et d'un dispositif de traitement des informations de gestion du système 103 d'une part et, d'autre part, à au moins d'un premier transducteur ultrasonique 12 qui permet à l'interrogateur 10a d'émettre des ondes électroacoustiques, de préférence ultrasoniques 13 modulées ou non à destination du "TAG" 10b. A l'aide de ce même transducteur ultrasonique 12, l'interrogateur 10a peut également recevoir et décoder des ondes acoustiques 14 réfléchies par le "TAG" 10b et qui, de ce fait, deviennent porteuses d'informations. Le "TAG" 10b, illustré plus en détail par Ia figure 4B, est un dispositif pouvant être passif, c'est-à-dire dépourvu de source d'énergie propre. Dans les applications visées, le "TAG" 10b est situé dans le milieu aqueux 30 et constitue par exemple un dispositif implanté dans le corps humain. L'utilisation du "TAG" 10b n'est toutefois pas limitée à cette application et le "TAG" pourrait être implanté, par exemple, dans un réacteur chimique. Le "TAG" 10b peut être composé d'un nombre variable de composants parmi lesquels se trouvent avantageusement un transducteur électroacoustique 15 agencé pour recevoir les ondes électroacoustiques 13 générées par le transducteur 12 de l'interrogateur 10a et retransmettre les ondes réfléchies modulées 14 vers ledit interrogateur, un module d'alimentation et de gestion de l'énergie 16, des moyens agencés pour capter lesdites ondes acoustiques 13 dans ledit deuxième transducteur sous la forme d'un démodulateur d'informations 17, des moyens agencés pour moduler les ondes réfléchies 14 par le deuxième transducteur 15 sous la forme d'un modulateur d'informations 18, des moyens de traitement du signal 19, et des moyens de stockage sous la forme d'une unité de mémoire 20, l'ensemble de ces composants étant associé à un capteur 11 ou à un ensemble de capteurs et/ou d'actionneurs 11 , selon les applications prévues.
On notera que le "TAG" 10b peut comporter un nombre plus ou moins important de composants en fonction de l'application prévue. Ainsi, on pourrait utiliser un "TAG" 10b n'ayant pour seule fonction que de signaler une identité et par conséquent de valider une présence lorsqu'il est interrogé par l'interrogateur 10a.
Lorsque le "TAG" 10b reçoit sur son transducteur électroacoustique des ondes émises par l'interrogateur 10a, il l'utilise à deux fins, à savoir une partie de l'énergie associée à ces ondes est utilisée pour générer son alimentation et l'autre est renvoyée modulée vers l'interrogateur 10a pour lui transmettre une information, notamment une information qui correspond à des données communiquées par le capteur ou l'actionneur 11. Une des particularités du procédé et du dispositif est l'emploi d'un seul transducteur 15 du côté du "TAG" 10b pour réaliser l'ensemble des opérations d'alimentation en énergie du "TAG" 10b et la communication bidirectionnelle. Une autre des particularités du procédé et du dispositif consiste à utiliser la modulation de la réflexion des ondes acoustiques incidentes 13 générant des ondes réfléchies 14 porteuses de l'information issue du "TAG" 10b, appelée "backscattering" acoustique.
Un mode de fonctionnement plus adapté aux faibles débits d'information et présentant de faibles consommations de courant est basé sur la modulation du coefficient d'amortissement du "TAG" 10b. Le haut rendement énergétique du dispositif s'appuie sur une adéquation entre la fréquence de transmission et la fréquence de résonance des transducteurs 12 et 15.
Le procédé de la présente invention n'est pas limité à la forme de réalisation décrite à titre d'exemple mais permet d'envisager de multiples applications dans différents domaines lorsqu'une transmission sans fils est utilisée.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de transmission sans fils entre au moins un premier transducteur (T1) localisé dans un premier emplacement et au moins ι<,n deuxième transducteur (T2) localisé dans un deuxième emplacement distant dudit premier emplacement, lesdits au moins deux transducteurs (T1 , T2) étant du type électroacoustique, caractérisé en ce que l'on génère des ondes acoustiques dans ledit au moins premier transducteur (T1), en ce que l'on émet ces ondes acoustiques en direction dudit au moins deuxième transducteur (T2), en ce que l'on capte lesdites ondes acoustiques dans ledit au moins deuxième transducteur (T2), en ce que l'on convertit au moins partiellement en énergie électrique lesdites ondes acoustiques reçues dans ledit au moins deuxième transducteur (T2), et en ce que l'on stocke ladite énergie électrique dans ledit au moins deuxième transducteur (T2).
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'on utilise au moins une partie de l'énergie électrique stockée dans ledit deuxième transducteur (T2) pour traiter des informations.
3. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'on effectue une modulation des états mécaniques dudit au moins premier transducteur (T1) pour émettre lesdites ondes acoustiques.
4. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'on utilise au moins une partie de l'énergie électrique stockée dans le deuxième transducteur (T2) pour transmettre audit premier transducteur (T1) des informations contenues dans ledit deuxième transducteur (T2).
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on effectue une modulation des ondes réfléchies par ledit deuxième transducteur (T2) pour transmettre audit premier transducteur des informations.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les informations contenues dans les ondes réfléchies sont centrées autour d'une fréquence sous-porteuse de la fréquence desdites ondes réfléchies.
7. Procédé selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'on effectue une modulation de phase, de fréquence, d'amplitude ou un quelconque mélange de ces trois modulations pour moduler les ondes acoustiques réfléchies transmises par ledit second transducteur (T2) vers ledit premier transducteur (T1 ).
8. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'on utilise au moins une partie de l'énergie électrique stockée dans ledit deuxième transducteur (T2) pour activer au moins un actionneur (A).
9. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'on utilise au moins une partie de l'énergie électrique stockée dans ledit deuxième transducteur (T2) pour relever des informations issues et/ou traitées par au moins un capteur (S).
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on utilise au moins une partie de l'énergie électrique stockée dans le deuxième transducteur (12) pour transmettre audit premier transducteur (T1) les informations acquises par ledit au moins un capteur (S).
11. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'on utilise au moins une partie de l'énergie électrique stockée dans ledit deuxième transducteur (T2) pour transmettre des ondes acoustiques générées dans le premier transducteur (T1)à plusieurs deuxièmes transducteurs (T'2, T"2).
12. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on effectue une modulation du facteur d'amortissement dudit second transducteur (T2), et en ce que ledit premier transducteur (T1) excite ledit deuxième transducteur (T2) durant de faibles durées d'oscillation du type BURST.
13. Procédé selon la revendication 11 , caractérisé en ce que la fréquence pendant l'excitation durant de faibles durées d'oscillation du type BURST est variée sous la forme d'une variation rapide de ladite fréquence du type "chirp".
14. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on effectue la modulation de la réflexion des ondes acoustiques transmise par le deuxième transducteur (T2) au premier transducteur (T2) en modifiant l'impédance acoustique dudit deuxième transducteur (T2).
15. Procédé selon la revendication 5 dans lequel au moins un des transducteurs est du type piézoélectrique, caractérisé en ce que l'on effectue la modulation de la réflexion des ondes acoustiques transmises par le deuxième transducteur (T2) au premier transducteur (T1) en modifiant l'impédance électrique présentée aux accès dudit deuxième transducteur (T2).
16. Dispositif de transmission sans fils entre au moins un premier élément (10a) comportant au moins un premier transducteur (12), localisé dans un premier emplacement, et au moins un deuxième élément (10b) comportant au moins un deuxième transducteur (15), localisé dans un deuxième emplacement distant dudit premier emplacement, lesdits au moins deux transducteurs (12, 15) étant du type électroacoustique, pour la mise en œuvre du procédé selon les revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens agencés pour générer des ondes acoustiques dans ledit premier transducteur (12) du premier élément (10a) et pour émettre ces ondes acoustiques (13) en direction dudit deuxième transducteur (15) du second élément (10b), des moyens (17) agencés pour capter lesdites ondes acoustiques dans ledit deuxième transducteur (15), des moyens (19) agencés pour convertir au moins partiellement lesdites ondes acoustiques en énergie électrique dans ce deuxième transducteur, et des moyens (20) agencés pour stocker ladite énergie électrique dans ledit deuxième transducteur (15).
17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (19, 20) agencés pour traiter des informations.
18. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (18) agencés pour moduler les ondes réfléchies (14) par le deuxième transducteur (15) pour transmettre audit premier transducteur (12) des informations contenues dans ledit deuxième transducteur.
19. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (19, 20) agencés pour utiliser l'énergie électrique stockée dans ledit deuxième transducteur (15) pour transmettre audit premier transducteur (12) des informations contenues dans ledit deuxième transducteur.
20. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (19, 20) agencés pour utiliser l'énergie électrique stockée dans ledit deuxième transducteur (15) pour activer au moins un actionneur.
21. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (19, 20) agencés pour utiliser l'énergie électrique stockée dans ledit deuxième transducteur pour relever des informations issues et/ou traitées par au moins un capteur (11) et transmettre lesdites informations au premier transducteur (12).
22. Dispositif selon Ia revendication 16, caractérisé en ce que ledit deuxième transducteur (15) est disposé dans un transpondeur (10b) appelé TAG implanté dans le corps humain.
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