JP6270825B2 - 機械共振器に基づく相互変調センサ・プラットフォーム - Google Patents
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Description
センサアンテナは、リーダによって送信される2つの正弦波を受信する。接点端子間に発生する電圧は、
直接的な混合プロセスにおいて発生する相互変調電流は、式(1)を式(5)の三乗電圧項に代入することによって得られる。接点を通る電流は、ωIM=2ω1−ω2において、
式(1)を式(5)の二乗電圧項に代入し、差分周波数ωΔ=ω1−ω2における接点を通る電流について解くと
上記容量性の混合は2ω1において支配的である(即ち、
相互変調周波数における接点端子間の電圧はVj,ωIM=Zn(ωIM)Ij,ωIMとなり、ここに、Zn(ωIM)は相互変調周波数における等価なノートン電流源のインピーダンスであり、
センサの例
センサの例の回路図を図3に示し、この例の写真を図4に示す。
センサの相互変調応答を、外部信号発生器(アジレント(Agilent)社のE8257C)で動作するネットワーク・アナライザ(アジレント社のN5230A)で測定した。励起信号どうしを、電力結合器(ミニサーキット(Mini-Circuits)社の15542)で結合し、サーキュレータを通してセンサに供給した。相互変調周波数の反射信号を、サーキュレータを通してネットワーク・アナライザに供給した。
相互変調応答の測定値、計算値、及びシミュレーション結果を、周波数差の関数として図5に示す。1つの周波数における入力電力は−17.5dBmであり、搬送波周波数は1.25GHzである。計算曲線とシミュレーション曲線とは正確に合っている。14.751MHzにおけるピークでは、応答の測定値が他の値から少し外れているが、他では一致している。測定された相互変調変換損失は、14.751MHzで−30dBであり、この値は以前から知られている装置よりも10dB低い。結果として、20dBmの送信電力、10dBiのリーダ・アンテナゲイン、3dBiのセンサ・アンテナゲイン、及び−105dBmの受信機感度を仮定すれば、センサの読出し距離は12mになる。以前のセンサの読出し距離は、同じリンクの割当てパラメータで9mの範囲内である。
容量センサ素子は、水晶振動子と並列な電圧制御バラクタとして表される。各容量値で、相互変調応答を周波数範囲全体にわたって測定し、容量値は、
タグは、IDを符号化して相互変調応答にすることによって実現することができる。タグは、上記センサの例の水晶振動子を、複数の近い共振を示す他の水晶振動子に置き換えることによって実現することができる。図9に、相互変調読出し原理を用いて、及びインピーダンス・アナライザ(アジレント・テクノロジー社の4299A)で測定した水晶振動子のインピーダンスを示す。両方法で測定した共振どうしは、周波数が合っている。各応答周波数が、ビットまたは数値を符号化することができる。
Claims (17)
- アンテナと、
前記アンテナ、機械共振器、及びセンシング素子に電気接続された混合素子とを具えた無線センサであって、
前記混合素子が、受信した2つの異なる信号周波数の差で、前記機械共振器の励起を行うことができることを特徴とする無線センサ。 - 前記混合素子がショットキー・ダイオードであることを特徴とする請求項1に記載の無線センサ。
- 前記機械共振器が、水晶振動子またはMEMS共振器を具えていることを特徴とする請求項1または2に記載の無線センサ。
- 前記センシング素子が、容量センサ素子、抵抗センサ素子、または誘導センサ素子であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の無線センサ。
- 少なくとも1つの追加的な機械共振器とセンシング素子との対を、さらに具えていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の無線センサ。
- 前記対の各々の前記機械共振器が、一意的な周波数で共振することを特徴とする請求項5に記載の無線センサ。
- 前記無線センサが電池を含まないことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の無線センサ。
- 前記アンテナが、前記無線センサ用の唯一の電圧源として作動することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の無線センサ。
- 前記無線センサが受動型無線センサであることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の無線センサ。
- 前記混合素子が、前記機械共振器と前記センシング素子との対によって修正した電圧を、前記アンテナによって受信した少なくとも2つの信号のうちの1つと混合することができることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の無線センサ。
- 前記アンテナが、前記混合素子に結合され、少なくとも2つの異なる周波数の信号を同時に受信して、前記受信した信号の少なくとも1つを修正した形態で再送信することができることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の無線センサ。
- 前記混合素子と前記センシング素子とが別個の素子であることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の無線センサ。
- 前記アンテナが、第1の整合回路に結合されていることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の無線センサ。
- 前記混合素子が、第2の整合回路に結合されていることを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の無線センサ。
- 無線センサのセンシング素子を無線で読み取る方法であって、
2つの信号をリーダ装置から前記無線センサへ送信するステップであって、前記信号の各々を異なる周波数で送信するステップと、
前記無線センサからの相互変調応答を受信するステップと、
前記受信した相互変調応答に基づいて、前記センシング素子のインピーダンスを測定するステップと、
前記測定したインピーダンス、及び前記センシング素子に結合された前記機械共振器の既知の共振に基づいて、前記センシング素子の読出し値を提供するステップと
を含む方法において、
前記2つの信号の周波数間の差が、前記センシング素子に結合された機械共振器の励起を誘発することを特徴とする方法。 - 前記インピーダンスを測定するステップが、1つの周波数範囲全体にわたって、前記相互変調応答を測定することを含むことを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 前記送信される2つの信号の周波数間の差が、0.1〜100kHz、好適には1〜50kHzであることを特徴とする請求項15または16に記載の方法。
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