KR100307995B1 - 이동물체로부터의무선전송장치 - Google Patents

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Abstract

본발명은 이동 물체로부터 적어도 하나의 측정값의 무선 전송을 위한 장치에 관한 것으로, 특히 자동차의 타이어 압력을 측정하기 위한 것이다. 상기 장치는 측정값 전송기(M), 특히 타이어의 압력 게이지 및 측정 시스템을 포함하는데, 측정 시스템은 측정값 전송기 근방에 적어도 하나의 안테나(A2, A3, ..) 및 적어도 하나의 전자 모듈을 포함한다. 측정 시스템에서 적어도 하나의 피드 주파수가 발생되고, 측정값 전송기로 전송되고, 그에 의해 수신된다. 본 발명에 따르면, 측정값 전송기(M)는 적어도 하나의 비선형, 전자 요소와 결합되는 적어도 하나의 공진기를 포함하고, 이 공진기는 측정되는 값에 의하여 영향을 받는다. 피드 주파수의 배수 또는 복수의 피드 주파수의 합이나 차이 주파수는 고조파의 혼합 또는 형성에 의하여 비선형으로 전자 요소를 형성한다. 측정값 전송기에 형성된 상기 주파수는 공진기를 여기시키고, 그 결과 피드 주파수와 다른 상기 공진기의 측정 주파수에서 공진기는 측정값 정보를 측정 시스템의 수신기에 보내고 이것은 더 이상의 평가를 위해 측정값 정보를 제공한다.

Description

이동 물체로부터의 무선 전송 장치
본 발명은 회전하는 타이어로부터 압력 및 다른 측정값을 결정하고 이들을 전기 신호로 변환하여 이들을 표시하거나 또는 예를 들어 압력 손실 경고 메시지를 위해 평가하는 문제에 근거하고 있다. 압력 자체의 결정 및 이것을 전자적 변수로서 변환시키는 것은 어떠한 선행 기술에 기초하더라도 아무 문제가 없고, 적절한 기계적 또는 용량 베이스의 센서 및 반도체에 기초한 통합적 해결방법이 널리 알려져 있다.
차량의 경우, 조향 및 새시 운동과 함께 심하게 유동하는 타이어의 회전 속도 및 심한 먼지 오염이 와이어를 통한 전송, 예를 들어 슬라이딩 접촉과 같은 것 뿐 아니라 광학적 또는 음향적 전송까지도 방해하기 때문에, 실제적 문제는 데이터 전송과 압력 센서의 동력 공급으로 나타난다.
따라서 유도 또는 전파에 근거하여 작동하는 시스템은 고급 자동차에 사용된다. 이 목적을 위해, 제네레이터는 코일 또는 안테나에 의하여 타이어 근방에서사용 가능하게 만들어지는 공급 주파수를 발생시킨다. 이러한 공급 주파수는 다음에 조정된 회로 또는 다른 공진기에 의해 흡수되거나 증폭될 수 있는데, 공진기는 압력 센서에 의해 영향을 받는다. 다음에 기본 주파수의 이러한 영향이 측정되고 평가된다. 이것은 예를 들어 유럽특허 EP-A-0 450 653에 개시되어 있는 것으로 유도 트레인 보호의 방법과 유사하다.
그러나 이러한 모든 방법에 있어서 결함에 대한 높은 감수성은 불리한 것으로, 특히 측정값 전송기를 공급하고 측정하기 위해 동일 주파수를 사용하는 것으로부터 기인한다. 결과적으로, 측정 주파수의 이러한 감쇠 또는 증폭은, 비록 이들이 측정값 전송기에 의하여 야기되지 않은 것이라 하더라도 측정값으로서 잘못 해석될 수 있다.
따라서, 공급 주파수에 의하여 공급되고 제 2 주파수에서 반응하는 측정값 전송기에서 활성 회로를 조정하는 것이 명백할 것이다. 유감스럽게도 바퀴의 빠른 회전 때문에, 측정값 전송기와 공급 코일 또는 안테나 사이의 거리가 미소한 정도로만 변동할 때 허용된 시간 동안 공급이 확보된다. 이것은 측정값 전송기를 축 근방에 위치시킬 필요가 있도록 만들고, 따라서 그 부품으로 특수한 림을 사용할 필요가 있게 되므로 비용이 높아지게 된다.
본 발명은 독립항의 전제부에서 청구하는 바와 같이, 이동 물체로부터 적어도 하나의 측정값을 무선 전송하기 위한 장치에 관한 것이다. 이러한 일반적 형태의 장치는 독일특허 DE-A-37 29 420 호에 개시되어 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 나타낸 도면,
도 2는 도 1의 실시예에서 측정값 전송기를 나타낸 도면,
도 3은 측정값의 연속적 전송을 위한 측정값 전송기 M의 선택적 디자인을 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 데 3 실시예를 나타낸 도면.
따라서, 본 발명은 전송 조건이 심하게 변동할 때에도, 측정값 전송기를 위한 특수한 동력 공급 없이, 측정값을 신뢰성 있게 전송하려는 목적에 근거한다.
이러한 목적은 각 경우 독립 청구항에서 특정된 장치에 의한 발명에 따라 달성되고 그 기능은 다음 내용 중에 설명될 것이다. 바람직한 태양은 종속 청구항에 기술된다.
본 발명의 제 1 선택에 따른 시스템은, 타이어에 위치하고 그 자신의 동력 공급을 갖지 않은 측정값 전송기, 및 차량의 고정된 위치에 장착되고 하나 이상의 안테나와 하나 이상의 전자 조립품을 포함하는 측정 시스템을 포함한다.
공급 주파수는 하나 이상의 제네레이터에 의해 발생되고 타이어 근방에 있는 안테나를 통하여 방출된다. 이러한 공급 주파수는 이제 측정값 전송기에 의해, 예를 들어 조정된 회로를 통하여 수신되고, 비선형 요소, 예를 들어 버랙터 다이오드로 전달된다. 이제 고조파(harmonic)가 이 요소에 형성되거나, 또는 복수의 공급 주파수가 있으면 이들의 합 및 차이 주파수가 형성된다. 측정값 전송기는 또한 적절한 고조파 또는 합 또는 차이 주파수로 조정되는 공진기를 포함하는데, 이것은 측정값에 의하여 영향을 받을 수 있다. 이제는 용량 전송기에 의해 공진 주파수를 변경시키거나 스위치에 의해 공진기를 온(on) 또는 오프(off)로 맞추는 것에 의해 타이어 압력을 조절하는 것이 가능하다.
이와 같이 하여 측정값 전송기에서 발생되고 방출된 측정 주파수는 이제 공급 주파수로부터의 어떠한 방해도 없이 적절한 수신기를 사용하여 쉽게 수신될 수 있고, 평가되어 측정값을 결정할 수 있다. 다음에 이 측정값은 추후의 평가 및 표시를 위하여 수신기에 의해 사용가능하게 만들어진다.
수신기는 이제 더 이상 공급 주파수에 의하여 영향을 받지 않고 그 입력 단계를 위한 동적 요구도가 감소된다. 이것은 또한 더 높은 측정 및 공급 주파수가사용되도록 허용하고, 그 결과 높은 바퀴 회전 속도에서도 측정값 전송기가 고정된 안테나를 통과하여 이동하는 매회 측정 주파수의 주파수 결정 또는 신뢰성있는 확인을 위해 충분한 사이클 수가 전송된다. 더욱이, 전송 범위는 이제 가능한 더 높은 주파수에서 증가된다.
본 발명에 따른 제 1 선택에 있어서, 장치는 실시예를 사용하여 도 1 내지 3에서 설명된다. 도 1에 있어서, f1=2.41 GHz 및 f2=2.45 GHz의 공급 주파수가 제네레이터 G1 및 G2에 의하여 발생되고, 증폭기 V1 및 V2에 의하여 증폭되고, 안테나 A1을 통하여 타이어로 전달된다.
압력 스위치의 상태를 전송하기 위한 측정값 전송기 M은 타이어에 위치된다. 측정값 전송기 M은 도 2에 상세히 기술된다. 도 2에 있어서, 압력이 너무 낮기 때문에 스위치 S1이 닫히면 전송기는 단락되어 작동하지 않는다. 따라서 측정 주파수가 방출되지 않는다. 그렇지 않으면 주파수는 (스트립선)조정된 회로 L1/C1을갖는 안테나 A2에 의하여 수신되고 버랙터 다이오드 D1으로 공급된다. 차이 주파수 f3=f2-f1 (=40 MHz)가 그곳에 형성되어 크리스탈 Q1을 여기시키기 위하여 사용되고, 다음에 안테나 A3를 통하여 방출된다.
도 3은 측정값의 연속적 전송을 위한 측정값 전송기 M의 선택적 디자인을 보여준다. 크리스탈 Q1의 공진 주파수는 스위치 S1에 의한 단락 대신 용량 압력 센서 SC1에 의해 변화한다.
측정값 전송기 M에 의하여 방출된 측정 주파수 f3는 이제 안테나 A4에 의해 수신되고 측정 수신기 E1에 의하여 평가될 수 있다. 다음에 측정값은 신호 s1으로서 사용 가능하다.
공진기에서의 비선형 전자 요소로서 버랙터 다이오드(용량 다이오드)의 사용은 소위 말하는 인자적 증폭 효과에 의해 특히 실행될 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 태양에 있어서, 공급 주파수는 적절한 변조 시그널을 가지고 단일 기본 공급 주파수의 변조 또는 혼합에 의하여 모두 동시에 발생될 수 있다. 이와 관련하여, 시그널 프로세서에 의해 디지탈로 발생된 변조 시그널에 의한 I/Q 변조는 특히 바람직하다. 이러한 방식에 있어서, 원하는 어떠한 수의 공급 주파수라도 필요로 하는 해당 개수의 제네레이터 없이 동시에 생산될 수 있다. 따라서, 적절한 스펙트럼의 계산에 의해, 이러한 측정값과 관련된 측정 주파수에서의 공진 반응이, 각 측정값에 대하여 연속적인 측정값 전송과 함께 각 경우에 즉시 일어난다(도 3). 따라서, 공진점을 스캐닝하기 위하여 공급 주파수 또는 주파수들을 천천히 변화("sweep")시킬 필요가 없다. 또한 변조는 필터링된 모조-임의 시그널(노이즈 시그널)에 의하여 수행될 수도 있다.
수신된 측정 주파수 또는 수신기 중간 주파수의 아날로그/디지탈 변환 및 DDC(Digital Down Converter)와 시그널 프로세서(Fourier analysis)에 의한 디지탈 복조(demodulation)와 평가를 사용하는 것도 수신기에서 가능하다. 따라서 방출된 측정 주파수는 직접(어떠한 "sweep"도 없이) 결정될 수 있다.
일단 측정값이 결정되면, 측정 정확도를 증진시키기 위하여 스펙트럼내 에너지 역시 예를 들어 적절한 필터링에 의해 다음의 특정값을 위한 에상된 값으로 집중될 수 있다.
비용상의 이유로, 하이브리드 또는 집적 회로 상에서 측정값 전송기(비선형 전자 요소 및 공진 요소와 함께 (압력) 센서를 포함하는)를 통합하는 것도 매우 바람직한데, 이 경우 예를 들어 탄성표면파(SAW) 공진기도 조정된 회로 또는 크리스탈 대신에 사용될 수 있는데, 이러한 공진기는 측정값에 의하여 직접 조정되거나 스위치 조작된다.
본 발명의 다른 선택은 휠 박스에 맞추어진 안테나와 고정된 컨트롤러 사이에서 단 하나의 (동축) 케이블을 통하여 공급 주파수를 공급하고 측정 주파수를 수신하고, 고역(high-pass), 저역(low-pass) 또는 대역(bandpass) 필터에 의하여 주파수를 분리하는 것이다.
더욱이, 다른 참조 공진기가 또한 측정값 전송기에 설비될 수 있는데, 이것은 항상 시그널을 측정값에 무관하게 제 2 측정 주파수에서 연속적으로 뒤로 전송한다. 이것은 수신기 내에서, 예를 들어 도플러 효과로부터 유래되는 주파수 이동을 다시 한 번 보상하는 것을 가능하게 만든다. 다른 측정 주파수가 예를 들어 타이어 온도나 구조적 응력(힘)과 같은 다른 측정값을 전송하기 위하여 사용될 수도 있다.
필터링된 (모조-)임의 시그널로부터 유도된 변조 시그널을 위한 하나의 개발이 있는데, 이 경우 결과로서 야기되는 스펙트럼 내의 에너지는 측정 주파수의 예상값과 일치하는 공급 주파수에 집중된다. 두 개의 시그널 주파수 사이의 차이 주파수가 새로운 측정 주파수로서 비선형 전자 요소에 형성되는 것, 및 측정값 전송기 내의 공진기가 그 주파수가 용량적으로 변화하는 크리스탈인 것, 또는 측정값 전송기 내의 공진기가 탄성 표면파 필터인 설비가 또한 만들어진다.
본 발명의 제 2 선택에 따른 시스템은, 타이어에 위치하고 그 자신의 동력 공급을 갖지 않는 측정값 전송기, 및 차량의 고정된 위치에 장착되고 하나 이상의 안테나 및 전체적으로 다음 명세서에서 항목(term) 컨트롤러에 의하여 커버되는 하나 이상의 전자 조립품을 포함하는 측정 시스템을 포함한다. 본 장치의 이점은 이것이 하나의 주파수역으로 처리할 수 있다는 것이다. 본 발명에 따른 제 2 선택을 위한 장치는 실시예를 통하여 도 4에서 보여진다.
반송 시그널 f1을 위한 적어도 하나의 전파-주파수 제네레이터 G1이 컨트롤러에 위치하는데, 반송 시그널 f1은 바람직하게는 2.4 GHz 부근의 소위 마이크로파 주파수역에 위치하며, 바람직하게는 1 내지 30 MHz 주파수 영역에 있는 제네레이터 G2에 의하여 발생된 적어도 하나의 저주파 시그널 f2에 의하여 변조된다. f2의 주파수는 특히 변조(예를 들어 마이크로컴퓨터 명령에 의하여)될 수 있고, 또는 복수의 주파수 f2(f2.1 내지 f2.n)가 (예를 들어 역 푸리에 변조 또는 FFT에 의하여) 동시에 변조용으로 사용될 수 있다. 이 실시예에서 변조는 변조기 MO1에 의하여 수행되지만, 또는 전파-주파수 제네레이터(G1) 내에서 직접 수행될 수도 있다. 결과로서 생성된 시그널은 안테나 A1을 통하여 타이어 근방에서 증폭되고 방출된다.
변조는 바람직하게는 진폭 또는 I/Q 변조이다. 이러한 변조 형태에 적용되는 방정식에 따르면, 그 이상의 측대파가 스펙트럼 내에서 반송 주파수 좌측 및 우측을 따라, 특히 예를 들어 진폭 변조로 f1+f2 및 f1-f2에서 발생된다. 복수의 주파수 f2가 사용될 경우, 도면에 있는 실시예를 사용한 것과 유사하게 이들의 합은 예시된 측대파 스펙트럼이 된다.
측정값 전송기 MG1(트랜스폰더)는 타이어에 위치하는데, 적어도 하나의 안테나 A2, 적어도 하나의 다이오드 D1, 바람직하게는 쇼트키(Schottky) 또는 검출기 다이오드, 및 적어도 하나의 흡수체 요소를 포함하는데, 이 요소의 주파수는 시그널 f2의 영역에서 선택되고, 주파수 f3에서 흡수 최대치를 갖는데 이 흡수 최대치는 타이어 압력에 의하여 영향을 받는다. 이 요소는 예를 들어 크리스탈 또는 세라믹 필터일 수 있고, 그 영향은 바람직하게는 그의 공진 주파수 f3 또는 Q-인자를 변화시키고 따라서 흡수량을 변화시킨다. 세라믹 필터는 편의상 저항기에 의하여 종단되는데, 여기에서 흡수를 위해 수신된 에너지가 열로 전환된다. 도면의 실시예에 의하면, 흡수체 요소는 저항기 R1과 함께 필터 FI1으로부터 형성된다.
용량 압력 센서가 예를 들어 흡수체 요소에 영향을 주기 위하여 사용될 수도 있으나, 이것은 물론 낮은 전압의 경우 또는 전송되는 다른 사건에 있어서 스위치에 의하여 전체 측정값 전송기를 절연시키기 위해 사용될 수도 있다. 중요한 인자는 흡수체 요소가 제 3 주파수에서 높은 임피던스를 갖는다는 것이다. 도면에 나타낸 실시예에서 압력 센서는 필터 FI1과 함께 유니트를 형성한다.
크리스탈은 이러한 용량적 압력 센서에 의하여 장력을 받아 그의 공진 주파수에 영향을 준다.
세라믹 필터의 경우에는 측정값에 의하여 종단 저항 또는 다른 부하 저항이나 리액턴스를 변화시키는 것이 가능한데, 이러한 수단에 의하여 필터 특성이 측정 가능한 정도로 영향을 받는다.
물론, 흡수체에 예를 들어 L/C 조정 회로 또는 R/C 필터를 포함하는 하나 이상의 통상의 필터를 사용하는 것도 가능한데, 이것은 저항, 유도 또는 용량 센서에 의하여 영향을 받는다.
측정값 전송기는 이제 타이어 근방에 위치한 전자기장에 대하여 특수한 영향을 갖는다. 하나 또는 바람직하게는 이보다 많은 제네레이터에 의하여 발생된 변조된 공급 주파수는 타이어 근방에 있는 안테나를 통하여 방출된다. 이러한 공급 주파수는 이제 측정값 전송기에 의하여 수신되고 비선형 요소에 의하여, 예를 들어 다이오드 내에 있는 정류에 의하여 복조된다. 이것은 변조 주파수 f2가 측정값 전송기에서 회복되도록 허용한다. 이제 이것이 흡수 요소의 공진 주파수 f3와 일치한다면, 이것이 부하되고 그 에너지는 예를 들어 열로 전환된다.
그러나 이 방식에 있어서, 예를 들어 진폭 변조의 경우 특히 반송자로부터 주파수 분리가 약 f3에 있는 측대파 주파수에서, 에너지는 선택적으로 장으로부터제거되어 정확하게 된다. 변조 주파수 f2가 이제 주파수 f3에 가까워지면, 측대파 f1+f2 및 f1-f2는 크게 감쇠된다. 이러한 감쇠는 이제 컨트롤러에 의하여 측정될 수 있고, 따라서 타이어 압력과 다른 측정값이 이로부터 유도될 수 있다. 대조적으로, 다른 측대파 주파수 및 반송자는 이러한 감쇠에 크게 영향을 받지 않고 남아 있다.
예를 들어 물의 영향으로부터 유래된 광대역 감쇠와의 차이점은, 컨트롤러가 측정값 전송 시그널을 신뢰성있게 확인하고 방해를 보상하는 것을 가능하게 만드는 것으로, 이전 시스템에 대하여 본 발명의 가장 큰 이점을 나타낸다. 도면에서, 복수의 f2 주파수의 감쇠된 스펙트럼은 수신 안테나 A3를 사용하여 실시예에 표시된다.
전송 안테나가 이 목적을 위하여 사용될 수 있어도, 감쇠는 바람직하게는 타이어 근방에 있는 안테나 A3를 갖는 컨트롤러에서 수신기 E1에 의하여 측정된다. 예를 들어 복조에 의한 분석 및 수신기에서의 변환 이후, 압력 정보는 시그널 s1으로서 이용 가능하다. 수신기는 바람직하게는 수퍼헤테로다인 수신기(superhet)이고, 국소 오실레이터의 주파수를 변경시키는 것에 의해 복수의 주파수가 연속적으로 송신될 수 있다.
이 경우 제 1 입력 증폭기 단계 및/또는 혼합기 단계를 안테나 자체에서 소형화된 형태로 조정하는 것이 특히 유리하고, 이 경우 혼합기는 전송된 시그널 등으로부터 전파-주파수 항목(국소 오실레이터 시그널)에서 그이상의 주파수로, 그리고 DC 디커플리에 의하여 공통 안테나 케이블을 통하여 공급 전압으로 공급될 수있다. 이 경우의 주요 이점은 전송되고 수신된 시그널 사이의 주파수 분리, 및 전치 증폭기와 혼합기를 위한 동력 공급 및 양 시그널을 위한 단 하나의 (동축) 안테나 케이블을 사용하는 능력이다.
본 발명의 다른 태양은 안테나 피더(feeder)에서 지향성 커플러로 연결되는 수신기에 의해 장을 검출하는데, 이 경우 지향성 커플러는 전방 및 후방 전파에서 분리 과정을 수행하고, 흡수 레벨은 지향성 커플러로부터 2개의 신호를 평가하여 유도될 수 있다.
변조가 복수의 주파수로 동시에 수행되면, 이것이 역 푸리에 변환, 모조-임의 노이즈 및/또는 I/Q 변조인지의 여부에 관계 없이, 예를 들어 A/D 변환기에 의해 디지타이즈화하고, 이어서 디지탈 다운 변환기 및/또는 시그널 프로세서에 의해 복수의 측대역 주파수에서 동시에 처리하는 것에 의하여 변경된 전자기력 밀도 스펙트럼이 송신될 수 있다. 위상 정보는, 흡수 요소의 주파수가 인입되고, 따라서 본 목적을 위하여 바람직하게 사용되는 뉴톤의 근사 방법으로 흡수 요소의 중간-주파수(최대 흡수를 위한) f3를 신속하게 결정하는 방향을 평가하기 위하여 사용될 수 있다. 더욱이, 주파수 스펙트럼을 평가하기 위하여 중립 네트워크를 사용하는 것도 가능하다. 독일특허 DE 4105669에서 기술된 바와 같이 시간-제어된 가중 네트워크가 이 목적을 위하여 바람직하다.
반송 주파수 f1은 저위상 노이즈 레벨을 갖는 안정한 오실레이터에 의하여 발생된다. 주파수 f1의 PLL 컨트롤은 마이크로컴퓨터 명령에 의하여 발견되는 바와 같이 다른 사용자, 예를 들어 다른 차량에 의하여 점유된 주파수 및 방해를 손실된 측정값 전송기와 접촉하는 일 없이, 보상하는 것을 특히 가능하게 만드는데, 측정값 전송기에 대하여 과도하게 크지 않은 변화가 f1에 일어날 때, 중요한 것은 변조이기 때문이다. 수신기는 물론 적절히 되돌려져야 한다. 방해의 경우 주파수를 변화시키는 이러한 능력은 본 발명의 다른 중요한 이점을 나타낸다.
방해는 동일한 수신기 E1을 사용하여 감쇠 평가를 수행하는 것으로서 확인될 수 있다. 더욱이, 동일한 시스템은 주파수 점유에 대한 추가 정보를 가지고 서로 제공하고 다른 정보를 서로 교환하기 위하여 고의적 변조를 사용할 수 있다. 예를 들어, 차량 사이의 충돌의 상호 경고를 제공하기 위하여, 추가 안테나를 갖거나 갖지 않은 부품의 결합 사용이 가능할 것이다.
변조 주파수 또는 주파수들 f2는 편의상 D/A 변환기에 의해 직접적 디지탈 합성에 의해 발생된다. 하향 사인/코사인 테이블을 갖는 소위 말하는 위상 어큐뮬레이터에 의해 매우 순수한 주파수가 발생된다. 이 경우, 스펙트럼에서 시그널 폭은 필요에 따라, 마이크로컴퓨터 명령에 의해서도, 필터링된 모조-임의 위상 변화에 의해서도 역시 변화될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 태양에 있어서, 측대파 흡수 최대치의 확인은 디지탈 필터를 갖는 디지탈 위상 잠금 루프에 의하여 수행되는데, 이 필터의 사용은 직접적 디지탈 합성을 위한 위상 어큐뮬레이터의 위상 증분을 변화시킨다.
이론적으로는, 각도 변조(위상 또는 주파수 변조)를 사용하여 시그널 f1 상에서 f2를 변조시키는 것도 가능한데, 이는 다시 한 번 측대파 주파수가 n×(f1+f2) 및 n×(f1-f2)에서 일어나도 이들의 강도는 그 중에서도 복잡한 베젤방정식에 의하여 통제되고 따라서 흡수의 영향이 더 결정하기 어렵기 때문이다. 대조적으로, 측정값 전송기에 수동 FM 검출기, 예를 들어 전파 검출기를 사용하는 것에 의하여 측정 불확실성은 더욱 증가된다.
측정값 전송기에 다른 활성 요소를 공급하기 위하여, 반송 시그널의 일부가 정류에 의해 DC 전압으로 변환될 수도 있고, 유사하게 감쇠도 역시 반송자를 부하시키는 것에 의하여 평가될 수 있다.
전반적으로 시스템은 마이크로컴퓨터 또는 시그널 프로세서를 통하여 바람직하게 제어되는데, 이는 측정값의 그 이상의 처리, 전환 및 평가도 수행할 수 있다.
비용상의 이유로, 하이브리드 또는 집적 회로 상에서 측정값 전송기(비선형 전자 요소 및 공진 요소와 함께 (압력) 센서를 포함하는)를 통합하는 것도 매우 바람직한데, 이 경우 예를 들어 탄성표면파(SAW) 공진기 또는 집적 L/C 조정 회로도 세라믹 필터 또는 크리스탈 대신에 사용될 수 있고 측정값에 의하여 직접 조정되거나 스위치 조작될 수 있다.
또한, 다른 참조 흡수 요소도 측정값 전송기에 설비될 수 있는데, 이것은 측정값과는 별개로 측정 주파수 f3와 무관한 측대파 주파수에서 시그널을 끊임없이 항상 흡수한다. 이것은 예를 들어 수신기 내의 도플러 효과 등에 의해 야기된 주파수 이동을 다시 한 번 보상하는 것을 가능하게 만든다. 에를 들어 타이어 온도나 구조적 응력(힘)과 같은 다른 측정값을 전송하기 위하여 다른 측정 주파수 f2가 사용될 수 있다.
측정값 전송기에서 흡수자의 흡수 최대치가, (바람직하게는 디지탈) 위상 비교회로, (바람직하게는 디지탈) 필터 및 가변-주파수 오실레이터(VCO)를 포함하는 (바람직하게는 디지탈) 위상 잠금 루프에 의해, 바람직하게는 디지탈 위상 어큐뮬레이터의 형태로 결정되는 것에 하나의 개발이 존재하는데, 그 증분은 필터 출력값에 의하여 제어된다.
측정값 전송기에서 흡수자의 흡수 최대치가 개별 변조 시그널(필요에 따라, 특히 모조-임의 노이즈에 의하여 합성적으로 전파되는)에 의하여, 연속적 근사 방법, 특히 뉴톤의 근사 방법에 의하여 결정되는 것이 유리하다.
측정값 전송기에서 비선형 전자 요소가 쇼트키 다이오드 또는 검출기 다이오드인 것이 또한 관찰된다.
측정값 전송기에서 흡수자가 종단 저항을 갖는 크리스탈, 세라믹 필터 또는 조정-회로 필터인 것이 또한 바람직한데, 이 경우 필터 주파수는 유도적으로, 용량적으로 또는 부하에 의해 변화되고, 각 경우 측정값에 무관하게, 전자기장의 측정으로부터 유래되는 측정 시그널의 제 1 증폭 단계 및/또는 주파수 변환이 안테나 부품 자체에서 수행되어, 그 결과 측정 시그널을 위한 제 2 케이블을 절약하는 것이 가능하다.
본 발명의 제 3 선택에 따른 장치는, 특히 수신기의 특성에 의해서, 그리고 수신기의 입력 단계에서 공급 시그널의 실드(달성이 어렵다)에 의하여 혼합 생성물이 형성될 수 있는 문제를 설명하는데, 이러한 혼합 생성물은 측정 시그널의 수용을 방해할 수 있고 분리가 어렵다.
본 발명의 제 3 선택에 따른 시스템은, 타이어에 위치하고 그 자신의 동력공급을 갖지 않은 측정값 전송기, 및 차량의 고정된 위치에 장착되고 하나 이상의 안테나 및 전체적으로 다음 명세서에서 항목 컨트롤러에 의하여 커버되는 하나 이상의 전자 조립품을 포함하는 측정 시스템을 포함한다. 이 시스템은 도 5를 참고하여 실시예에서 설명된다.
이 컨트롤러는 바람직하게는 2.4 GHz 주변의 소위 말하는 마이크로파 주파수역 반송 시그널 f1을 위한 적어도 하나의 전파-주파수 제네레이터 G1을 포함하는데, 이것은 제네레이터 G2에 의하여 바람직하게는 1 내지 30 MHz 역의 주파수로 발생되는 적어도 하나의 저주파수 시그널 f2에 의하여 변조된다. 이러한 변조는 원하는 공급 주파수가 발생되도록 한다. 얻어진 시그널은 증폭되고 타이어 근방에 있는 안테나 A1을 통해 방출된다.
변조는 바람직하게는 진폭 또는 I/Q 변조이다.
이러한 변조 형태에 적용되는 방정식에 따르면, 그 이상의 측대파가 스펙트럼 내에서 반송 주파수 좌측 및 우측을 따라, 특히 예를 들어 진폭 변조로 f1+f2 및 f1-f2에서 발생된다. 복수의 주파수 f2가 사용될 경우, 도면에 있는 실시예를 사용한 것과 유사하게 이들의 합은 예시된 측대파 스펙트럼이 된다.
변조는 전자 스위치 S1에 의하여 오프되는데, 이 스위치는 타이머 T1에 의하여 주기적으로 제어된다.
타이어는 적어도 하나의 측정값 전송기 MG1(트랜스폰더)을 포함하는데, 이것은 적어도 하나의 안테나 A2, 적어도 하나의 다이오드 D1, 바람직하게는 쇼트키 또는 검출기 다이오드를 갖는 수신기, 및 수신된 변조 시그널에 의하여 여기되는 크리스탈 공진기 Q1을 포함한다. 이 크리스탈 공진기는 인자의 이득이 사용되도록 허용하기 위하여, 자신이 다시 한 번 변조 다이오드 또는 혼합기 다이오드 D2, 바람직하게는 버랙터 다이오드와 결합한다. 더욱이, 그 주파수는 측정값에 의하여 변화한다(인입된다).
변조는 이제 시간 t1에서 스위치 S1에 의하여 오프되고, 수신기 E1은 잠시후 시간 t2에서(EN 입력) 활성화되는데, t2는 t1의 약 1 ㎲(microsecond) 이후이다.
이제 공급 주파수의 변조가 스위치 오프되면 크리스탈 Q1은 아직 약 1 ms 동안 진동을 계속하고, 반송이 아직 존재하기 때문에 이 공급 주파수는 변조기 다이오드 D2를 통하여 변조된다. 그러나, 이것은 일단 변조 주파수 f2가 이미 크리스탈 Q1을 여기시킨 때, 즉 변조 주파수가 가능한 측정값과 대강 일치할 때만 일어난다. 수신기는 방해를 야기할 수 있는 A1에 의하여 변조되는 공급 시그널 없이 그의 안테나 A4에서 A3의 변조된 시그널을 보고, 따라서 변조로부터 측정값을 끌어낼 수 있다. 변조가 없거나 변조가 너무 약하면 더 이상의 가능한 측정값이 반복적으로 샘플링될 수 있고(예를 들어 연속적 근사 방법 또는 뉴톤의 반복), 변조가 조금도 없으면 이것은 측정값 전송기에서의 결함을 의미하여 사용자에게 신호를 보낼 수 있다.
예를 들어 SAW, 압전(Piezo)- 또는 소리굽쇠 공진기와 같이 장시간 울리는 다른 공진기도 물론 크리스탈 대신 사용될 수 있다. 이론적으로, 약화되지 않은 조정된 회로도 생각될 수 있으나, 실제로 이것은 피할 수 없는 약화로 인해 실제적이지 못하다.
더욱이, 변조에 의한 송신 대신에, 측정값 전송기에서 변조 및 복조 없이 베이스밴드에서의 송신도 가능한데, 그러나 이 경우에는 일반적으로 가능한 주파수 베이스에서 마이크로파 주파수가 변조와 함께 사용될 수 있다.
이 경우, 제 1 입력 증폭기 단계 및/또는 혼합기 단계를 안테나 자체에서 소형화된 형태로 조정하는 것이 특히 유리하다. 이 경우 혼합기는 t1 이후 등에 남은 비변조된 전송 시그널(베이스밴드로의 직접 변환)로부터, 전파 주파수 대역(국소적 오실레이터 시그널)에서의 그 이상의 주파수 및 공통의 안테나 케이블을 통해 DC 커플링에 의해 공급 전압을 공급받는다. 이 경우의 주된 이점은 전송된 시그널과 수신된 시그널 사이의 주파수 분리이고, 따라서 전치 증폭기 및 혼합기를 위한 동력 공급 및 시그널 양자를 위하여 단 하나의 (동축) 안테나 케이블을 사용할 능력이 있다.
이러한 배열은 지향성 평면 안테나와 관련하여 특히 유리한데, 이런 방식에 있어서 측정값 전송으로의 지향성 전송 및 이로부터의 수신이 두 개의 시그널 경로를 분리하는 일없이 가능하다.
변조가 복수의 주파수에서 동시에 수행된다면, 이것이 역 푸리에 변환, 모조-임의 노이즈 및/또는 I/Q 변조인가의 여부에 관계없이, 크리스탈 또는 다른 공진기가 측정 시그널에 관계없이 항상 여기된다.
게다가, 울림 반응 시그널은, 예를 들어 A/D 변환기에 의한 디지탈화 및 디지탈 다운 변환기 및/또는 시그널 프로세서에 의한 처리에 의하여, 복수의 주파수에서 동시에 송신될 수 있다. t1 이후 울림 위상에서 주파수는 공급 주파수 변조로부터의 여기에 의하여 영향을 받지 않기 때문에 측정값은 정밀하게 결정될 수 있다. 기간 지연의 결정이나 신속한 푸리에 변환에 의한 필터링 및 주파수 측정의 조합은 여기에서 유리하다. 다음 측정을 위한 공급 시그널(트렌드 확인을 변경시키기 위한)에서 에너지 최대치를 정의하기 위해, 주파수 정보에 더하여 이 경우에 이용할 수 있는 위상 정보를 평가하는 것도 유리할 수 있다.
반송 주파수 f1은 저위상 노이즈 레벨을 갖는 안정한 오실레이터에 의해 발생된다. 주파수 f1의 PLL 컨트롤은 마이크로컴퓨터 명령에 의하여 발견되는 바와 같이 다른 사용자, 예를 들어 다른 차량에 의하여 점유된 주파수 및 방해를 손실된 측정값 전송기와 접촉하는 일 없이, 보상하는 것을 특히 가능하게 만드는데, 측정값 전송기에 대하여 과도하게 크지 않은 변화가 f1에 발생될 때 중요한 것은 변조이기 때문이다. 물론 수신기는 적절히 되돌려져야 한다. 방해의 경우 주파수를 변화시키는 이러한 능력은 본 발명의 다른 주요한 이점을 나타낸다.
변조 주파수 또는 주파수들 f2는 편의상 D/A 변환기에서 직접적 디지탈 합성으로 발생된다. 하향 사인/코사인 테이블을 갖는 소위 말하는 위상 어큐뮬레이터에 의하여 매우 순수한 주파수가 발생될 수 있다. 이 경우, 스펙트럼에서 시그널 폭은 필요에 따라, 마이크로컴퓨터 명령에 의해서도, 필터링된 모조-임의 위상 변화에 의해서도 역시 변화될 수 있다. 시간 t1 및 t2는 소프트웨어에 의하거나 하드웨어 타이머로서, 프로세서-제어된 타이머에 의하여 편의상 결정된다. 새로운 여기를 위하여 다시 스위치 온하는 시간에 타이어 회전을 동기화하는 것이 이 경우에 특히 유리하다. 이러한 방식으로, 측정값 전송기는 측정 시스템의 안테나에 특히 가깝게 위치한 시간에 여기된다.
이 시스템은 마이컴 또는 시그널 프로세서를 통하여 전체적으로 제어되는 것이 바람직한데, 이것은 또한 측정값의 그 이상의 처리, 전환 및 평가를 수행할 수 있다.
많은 공진기 및/또는 측정값 전송기가 있다면 마이크로컴퓨터는 또한 여기상태의 적절한 스태거링을 수행할 수도 있는데, 최적 타이밍은 이전 공진기의 t2 이후 또는 t1 이라도 측정 시간 동안 후속 공진기의 여기를 다른 여기 주파수에서 시작하는 것에 의하여 달성된다.
비용상의 이유로, 측정값 전송기(비선형 전자 요소 및 공진 요소와 함께 (압력) 센서를 포함하는)를 하이브리드 또는 집적 회로 상에서 통합하는 것이 매우 유리하다.
더욱이, 다른 참조 크리스탈 또는 다른 공진기도 측정값 전송기에 설비될 수 있고, 이것은 측정 주파수에 관계없이 항상 다른 주파수에 일정한 방식으로 측정값에 관계없이 반응한다. 이것은 수신기에서 예를 들어 도플러 효과 등에 의하여 야기된 주파수 이동을 다시 한 번 보상하는 것을 가능하게 만든다. 예를 들어 타이어 온도나 구조적 응력(힘)과 같은 다른 측정값을 전송하기 위하여 다른 측정 주파수 f2가 사용될 수 있다.
전자적 유니트에 연결된 복수의 안테나 사이에서 스위치 조절하기 위한 릴레이 또는 전자공학을 사용하는 것에 의하여, 동일한 전자적 유니트가 다른 타이어에서의, 또는 스페어 바퀴에서라도의 측정을 위한 다중화 방법과 연관되어 물론 사용될 수 있다.
본 발명은 물론 타이어 압력의 측정에 한정되지 않고, 빠르게 이동하는 물체의 영역에서 측정값을 신뢰성있게 결정하기 위한 일반적인 형태에 사용될 수 있다.
공진기가, 주파수가 용량 또는 유도 센서에 의하여, 또는 부하나 온도 변화에 의하여 기계적으로 변화(인입)하는 크리스탈인 것이 본 발명의 바람직한 태양이다. 또한, 일단 여기상태가 스위치 오프되면 필터링 및 주기 지속 측정에 의하여 울림 주파수가 결정되는 것과, 필요한 복조 후에 요구에 따라, 측정값이 변환에 의하여 이로부터 유도되는 것이 관찰된다.
본 발명은, 일단 측정값 전송기가 여기되면 공급 측정 시스템으로부터의 변조가 스위치 오프되고 남은 비변조된 공급 주파수의 그 이상의 변조가 측정값 전송기에 의해서 독점적으로 야기되고, 이에 따라 이 주파수는 공급 변조로부터 어떠한 방해도 없이 측정될 수 있다는 점에서 개발된다.
본 발명의 다른 태양은, 여기 이후 및 공급 주파수가 자신이 스위치 오프된 이후에 남은 공급 주파수가 동시에 측정 시스템의 수용기에서 혼합을 위하여 사용되는데, 이 제 1 단계는 바람직하게는 안테나를 갖는 물리적 유니트를 형성하는 것에 존재한다.
추가적으로, 측정값 전송기를 스트라이크하는 방사선 및 그것으로부터 되돌려지는 방사선이 지향성 안테나, 특히 평면 안테나를 사용하는 것에 의하여 지향성으로 되는 것, 그리고 측정값 전송기의 여기가 바퀴 회전과 동기화된 타이머에 의하여 제어되어 주기적으로 스위치 온 및 오프되는 것이 바람직하다.

Claims (12)

  1. 이동 물체로부터 적어도 하나의 측정값의 무선 전송을 위한, 특히 자동차에서 타이어 압력을 측정하기 위한 장치로서,
    - 측정값 전송기, 특히 타이어에서의 압력 메터, 및
    - 적어도 하나의 전자 조립품 및 측정값 전송기 근방에 적어도 하나의 안테나를 부품으로서 포함하는 측정 시스템을 포함하고,
    - 이 경우 적어도 하나의 공급 주파수가 측정 시스템에서 발생되고 측정값 전송기로 방출되고 그로부터 수신되고,
    - 측정값 전송기는 적어도 하나의 비선형 전자 요소와 연결되는 적어도 하나의 공진기를 포함하고, 공진기는 측정되는 값에 의하여 영향을 받고,
    - 공급 주파수의 배수 또는 복수의 공급 주파수의 합이나 차이 주파수가 고조파(harmonics)의 혼합 또는 형성에 의하여 비선형 전자 요소에서 형성되고,
    - 측정값 전송기에서 형성된 이들 주파수가 공진기를 여기시키고, 측정값 정보를 그의 측정 주파수에서 측정 시스템의 수신기에 보내는데, 측정 주파수는 공급 주파수와 다르고, 수신기는 그 물체를 위하여 측정값 정보를 그 이상의 평가에 활용할 수 있도록 만드는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    복수의 공급 주파수가 적절한 변조 시그널을 갖는 공통의 기본 공급 주파수의 변조에 의하여 발생되는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    복수의 측정 주파수가 아날로그/디지탈 변환 및 후속되는 디지탈 시그널 처리에 의하여 동시에 수신 및 평가되는 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항의 어느 한 항에 있어서,
    복수의 측정 주파수가 더 이상의 측정값 또는 참조값을 전송하기 위하여 사용되는 장치.
  5. 이동 물체로부터 적어도 하나의 측정값의 무선 전송을 위한, 특히 자동차에서 타이어 압력을 측정하기 위한 장치로서,
    - 측정값 전송기, 특히 타이어에서의 압력 메터, 및
    - 적어도 하나의 전자 조립품 및 측정값 전송기 근방에 적어도 하나의 안테나를 부품으로서 포함하는 측정 시스템을 포함하고,
    - 이 경우 적어도 하나의 공급 주파수가 측정 시스템에서 발생되고 측정값 전송기로 방출되고 그로부터 수신되고,
    - 측정값 전송기는 주파수의 함수로서 작동하고 적어도 하나의 비선형 전자 요소와 연결되는 적어도 하나의 흡수자를 포함하고, 흡수자의 주파수 특성 또는 흡수 특성이 측정되는 값에 의하여 영향을 받고,
    - 측정값 전송기의 비선형 전자 요소에서 복조 또는 혼합에 의해 변조가 다시 형성(회복)되고,
    - 이러한 회복된 변조가 흡수자에 의해 수신되고, 반송자의 측대파에 포함되고 이 경우 반송자가 감쇠되거나 또는 완전히 억제될 수도 있는 회복된 변조가 측정값의 함수로서 특징적 방식으로 감쇠되고,
    - 수신기에 의하여 또는 측정 시스템의 적어도 하나의 전송 안테나의 공급 라인에서 전방 및 후방 또는 정재파를 모니터링하는 것에 의하여 이러한 감쇠가 평가되고, 이러한 결정된 감쇠가 추후의 사용을 위하여 측정값 정보로서 활용가능한 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    사용되는 변조가 진폭 변조, 또는 위상 변조와 주파수 변조와 혼합된 진폭 변조로서 I/Q 변조라고도 불리우는 변조인 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    전자기장의 측정으로부터 유래된 아날로그 시그널의 복수의 주파수가 아날로그/디지탈 변환 및 후속되는 디지탈 시그널 처리, 특히 푸리에(Fourier) 분석 또는 디지탈 혼합 및 후속되는 저역 필터링(디지탈 다운 변환기)에 의한 처리에 의하여 동시에 수신 및 평가되는 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    하나 이상의 동시 변조 주파수가 디지탈 데이터 스트림의 디지탈/아날로그 변환에 의하여 발생 및 방출되는데, 이는 특히 위상 어큐물레이터에 의한 직접 디지탈 합성 또는 역 푸리에 변환에 의하여 형성되는 장치.
  9. 이동 물체로부터 적어도 하나의 측정값의 무선 전송을 위한, 특히 자동차에서 타이어 압력을 측정하기 위한 장치로서,
    - 측정값 전송기, 특히 타이어에서의 압력 메터, 및
    - 적어도 하나의 전자 조립품 및 측정값 전송기 근방에 적어도 하나의 안테나를 부품으로서 포함하는 측정 시스템을 포함하고,
    - 이 경우 적어도 하나의 공급 주파수가 측정 시스템에서 발생되고 측정값 전송기로 방출되고 그것에 의하여 수신되고,
    - 측정값 전송기는 적어도 하나의 링 공진기를 갖고, 공진기의 주파수 특성 또는 흡수 특성이 측정되는 값에 의하여 영향을 받고,
    - 하나 이상의 공급 주파수가 측정 시스템에서 발생되고 측정값 전송기로 방출되고 그것에 의하여 수신되고,
    - 공급 주파수가 공진기 주파수와 일치하거나(직접적 베이스밴드 여기) 또는 공급 주파수의 변조 주파수가 공진기 주파수와 일치하면(간접 변조 여기) 공진기가 공급 주파수의 수신에 의하여 여기되고,
    - 일단 여기가 일어나면 공급 주파수가 규칙적으로 스위치 오프되거나 여기가 더 이상 일어나지 않도록 변화되고,
    - 공진기가 이 이후에 울리고, 동시에 이러한 울림이 변조에 의해 직접 또는 간접적으로 방출되고,
    - 측정 시스템에 존재하는 수신기가 이러한 울림을 검출하고 주파수 분석 및 변환에 의하여 측정값을 유도하기 위하여 그것을 이용하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    공급 시그널이 간접 변조 여기를 위하여 변조, 특히 진폭-변조 되고, 이러한 변조가 측정값 전송기의 비선형 요소, 특히 검출기 다이오드에 의하여 복조되고, 공진기의 여기를 위하여 사용되는 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    공진기의 울림이 측정값 전송기의 비선형 요소, 특히 인자 이득을 갖는 버랙터 다이오드에서 여기가 스위치 오프된 후 남아있는 공급 주파수와 혼합되고, 측정값 전송기에 의하여 측정 주파수로서 변조된 공급 주파수의 방출을 시키는 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    청구된 기능, 특히 해당 측정 시스템의 전자 조립품의 기능이, 전자 요소에 의하여 제공되지 않고 컴퓨터 프로그램(소프트웨어)에 의하여 전체적으로 또는 부분적으로 제공되는 장치.
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