JP2004510135A - 一定の振幅および周波数を有する高周波磁界の正確な測定用デバイス - Google Patents
一定の振幅および周波数を有する高周波磁界の正確な測定用デバイス Download PDFInfo
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Abstract
【選択図】図1
Description
本発明は、磁界の測定の分野に関する。
【0002】
より正確には、本発明は、一定の振幅(アンプリチュード、amplitude)および周波数を有する高周波磁界の正確(パンクチュアル)な測定用デバイスに関する。
【0003】
本発明は、非接触カードリーダー、特に、一体統合された(integrated)コイルを有するコンポーネント用のリーダーに、とりわけ適用可能であるが、それに限定されない。
【0004】
本発明の目的は、非接触カードリーダーのようなデバイスによって発生する磁界を測定することができるデバイス、特に約10−3テスラの磁界を有するシステム用のデバイスを提案することである。
【0005】
本発明者の知る限り、このタイプの適用に対して充分に満足できるデバイスは、今のところ計画されていない。
【0006】
上記目的は、本発明の範囲内において次のデバイスによって達成される。即ち、高周波磁界の測定用デバイスであって、その特徴は、共通の支持体(10)上に、
一次受信アンテナを形成するコイルと、
電圧制御発振器であって、その出力周波数が、一次アンテナを形成するコイルで受信される磁界の振幅に依存するように統制される、該電圧制御発振器と、
該発振器の出力に接続されている吸収変調負荷と、
二次アンテナ(22)であって、該電圧制御発振器による負荷への電力供給から生じる吸収変調に影響を受ける磁界に対して感度を持っている該二次アンテナと、
該二次アンテナ(22)の利用可能な信号を使用するための手段(30)と、を有することである。
【0007】
本発明の別の有利な特徴によれば、支持体は、非磁性材料から作られたカードからなる。
【0008】
本発明の別の有利な特徴によれば、当該デバイスは、支持体上に集積されたチップを有し、該チップは一次アンテナ、電圧制御発振器および吸収変調負荷を含んでいる。
【0009】
他の特徴、目的および利点は、非限定的な例として挙げた添付の図面を参照して、以下の詳細な説明を読めば明らかになるであろう。そして添付の図面では、図1は、本発明によるデバイスを概略的に示しており、図2は、一次アンテナ、電圧制御発振器および変調負荷によって形成されたアセンブリの詳細図を示している。
【0010】
添付の図1は、非接触カードリーダーの誘導コイル1と、支持体を形成するカード10とを概略的に示しており、該カードは、非磁性材料から作られており、本発明による測定デバイスに使用される全てのコンポーネントを担持している。
【0011】
代表的には、ただし限定はされないが、誘導コイル1は、周波数13.56MHzで約10−3テスラの振幅を有する高周波磁界を発するように適合させられている。
【0012】
代表的には、ただし限定はされないが、カード10を形成する支持体の寸法は、55×85mmである。
【0013】
本発明によるデバイスは、構造については後でより詳細に記載するが、第1に、小さなセンサ20(これは、誘導コイル1の磁界中に挿入され、捕捉されたエネルギーに関する情報を外部に伝達することができる)と、第2に、この情報を処理する手段30(これは、該センサ20が位置している正確な位置での磁界の値を増幅、計算し、かつ直接の読出しとしてディスプレイユニット36に表示するためのものである)とからなる。
【0014】
センサ20は、次に示すものによって構成される。
第1に、小さな電子チップ21(例えば、面寸法1.4mm)。該チップは、一次受信アンテナAPを形成する一体統合されたコイルと、VCOすなわち電圧制御発振器(この周波数は、チップ21が位置している磁界に依存する)と、該VCOからの周波数情報を外部に伝達するための吸収変調デバイスMAとを有する。
第2に、アンテナ22。該アンテナは、数回巻き(例えば、2回巻き)、かつ電子チップ21の周りにタイトに巻かれて二次アンテナを形成する電気的導体によって構成される。
【0015】
好ましくは、吸収変調デバイスMAは、電圧制御発振器からの出力に接続されている抵抗Rmodから形成されている。さらに、この電圧制御発振器は、好ましくは、約500と15000Hzとの間の周波数を有する信号を発するように適合させられている。
【0016】
電圧制御発振器の、磁界/周波数伝達関数は、好ましくは、実験室にて較正される。
【0017】
処理手段30は、二次アンテナ22からの出力に接続されている。よって、処理手段30は信号を受信し、その基礎周波数は、誘導コイルの発生周波数に相応し、またその振幅は、電圧制御発振器によって発生する周波数と同じレートで変調され、この周波数は、チップ21上で受信される磁界の振幅を表すものとなっている。
【0018】
二次アンテナ22に利用可能な信号を使用するための手段には、いくつかの可能な変形体がある。
【0019】
添付の図1に例示した、特定のしかし非限定的な実施態様によれば、これらの処理手段は、次のものを有する。
振幅復調器31。これは、センサ20からの出力に、より正確には二次コイル22からの出力に接続されており、該復調器31は、数ミリボルトのオーダーの低レベルで周波数情報を出力するものである。
復調器31からの出力に接続されているRC32フィルター。
増幅器アセンブリ33。これは、フィルター32からの出力に接続されており、始動させる(トリッガーを行う)のに十分なゲインを有するものである。
コンパチブルな論理レベル周波数出力信号を提供する比較器システム34。
処理手段35。これは、好ましくはスタンダードなマイクロコントローラ(例えば、モトローラのMC68HC11マイクロコントローラ)を用いている。
【0020】
このマイクロコントローラ35は、周波数情報からスタートしかつ上記の伝達関数を用いて、チップ21上に有効な準パンクチュアルな磁界の値を計算するようにプログラムされている。
【0021】
マイクロコントローラプログラム35はまた、磁界の値(好ましくは、ガウスにして計算されたもの)を、リアルタイムでディスプレイ36に表示することをマネージする。このディスプレイは、好ましくは、液晶ディスプレイであり、カード支持体10上に一体化されている。しかし、必要であれば、ディスプレイは、カード支持体10の外部にあるモジュール上の他の場所に配置してもよい。
【0022】
本発明は、一定の振幅および周波数を有する高周波磁界を測定する分野における用途、特に、非常に近接した非接触カードリーダーにおいて使用される誘導コイル1の調整に使用してもよい。
【0023】
添付の図2は、一次アンテナAP、電圧制御発振器VCOおよび変調負荷MAを含むチップ21の実施態様を例示している。
【0024】
この例では、一次アンテナAPからの出力において利用可能な交流電圧は、整流器Rによって整流され、そしてキャパシタCによってフィルターがかけられ、DC電圧VDDが出力される。この電圧は、電圧制御発振器VCOへ入力され、かつ、VDDによって電力供給された抵抗分割ブリッジR1/R2を通してVCOを制御する。変調抵抗Rmodは、供給電力VDDのターミナルにおいて、スイッチングトランジスタTの主伝導路と直列に配置されている。該トランジスタTは、VCOからの出力を通して制御される。
【0025】
変調抵抗Rmodを通過するDC電流は、VCOと同じ周波数で切断(chop)され、該周波数は一次アンテナAPで受信される磁界の振幅によって決まる。一次アンテナAPを通過する13.56MHzの交流電流は、それで変調される。
【0026】
一次アンテナAPと二次アンテナ22とは、近接して連結されており、この電流は二次アンテナ22において起電力(EMF)を誘起する。このEMFは、リーダーの誘導コイル1によって誘起されるEMFに付加される。
【0027】
従って、得られるEMFは、VCOの周波数で振幅がわずかに変調された13.56MHzの交流電圧である。
【0028】
変調抵抗Rmodは、検出可能なEMFを提供する電流を発生させるために十分に低くなければならないが、あまりに低すぎて、VCOへパワーを供給する補償されたDC電圧が低下するのを防止できないというのであってはならない。例えば、それは20kΩであり得る。
【0029】
明らかに、本発明は、記載した特定の実施態様に限定されるものではないが、その精神と一致するいかなる変形も含む。
【0030】
電力を消費することができるいかなるデバイスも、変調に使用することができる。例えば、抵抗は電流発生器によって置き換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】
図1は、本発明によるデバイスを概略的に示す。
【図2】
図2は、一次アンテナ、電圧制御発振器および変調負荷によって形成されたアセンブリの詳細図を示す。
Claims (12)
- 高周波磁界の測定用デバイスであって、その特徴が、共通の支持体(10)上に、
一次受信アンテナを形成するコイルと、
電圧制御発振器であって、その出力周波数が一次アンテナを形成するコイルで受信される磁界の振幅に依存するように統制される該電圧制御発振器と、
該発振器の出力に接続されている吸収変調負荷と、
二次アンテナ(22)であって、該電圧制御発振器による負荷への電力供給から生じる吸収変調に影響を受ける磁界に対して感度を持っている該二次アンテナと、
該二次アンテナ(22)の利用可能な信号を使用するための手段(30)と、を有することである、前記デバイス。 - 支持体(10)が非磁性材料から作られたカードからなることを特徴とする、請求項1記載のデバイス。
- 支持体上に一体統合されたチップを有し、該チップが一次アンテナ、電圧制御発振器および吸収変調負荷を含むことを特徴とする、請求項1または2のいずれかに記載のデバイス。
- ディスプレイユニット(36)をも有することを特徴とする、請求項1〜3の1項に記載のデバイス。
- 吸収変調負荷が抵抗から形成されていることを特徴とする、請求項1〜4の1項に記載のデバイス。
- 吸収変調負荷が電流発生器を有することを特徴とする、請求項1〜4の1項に記載のデバイス。
- 二次アンテナが、一次コイル、電圧制御発振器および吸収変調負荷によって形成されたアセンブリの周りにタイトに巻かれた数巻の電気的導体からなることを特徴とする、請求項1〜6の1項に記載のデバイス。
- 処理手段が、二次アンテナ(22)からの出力に接続されている復調器(31)を有することを特徴とする、請求項1〜7の1項に記載のデバイス。
- 復調器からの出力においてフィルター(32)を有することを特徴とする、請求項8に記載のデバイス。
- 処理手段が、論理レベルの周波数出力信号を出力する比較器システム(34)を始動させるための高ゲイン増幅器(33)を有することを特徴とする、請求項1〜9の1項に記載のデバイス。
- 処理手段がマイクロコントローラを有し、該マイクロコントローラが、二次アンテナ(22)からの出力において利用可能な情報からスタートし、磁界の値を表す情報を計算するようプログラムされていることを特徴とする、請求項1〜10の1項に記載のデバイス。
- 一次アンテナを形成するコイル(AP)が、DC電圧(VDD)を供給する整流器(R)への入力であり、該DC電圧は、電圧制御発振器(VCO)に電力を供給し、それを制御し、かつ、該電圧制御発振器(VCO)からの出力を通して制御されるスイッチングトランジスタ(T)と直列に接続された変調負荷(MA)へ供給することを特徴とする、請求項1〜11の1項に記載のデバイス。
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