KR20010089636A - 타이어 압력감지시스템의 신호전송장치 및 방법 - Google Patents

타이어 압력감지시스템의 신호전송장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선신호 전송에 한정되지 않은 신호전송장치 및 방법에 관한 것으로서, 적어도 하나의 성분을 갖는 공진수단을 포함하고, 이 성분의 유효값이 공진수단의 고유공진주파수에 영향을 주고 사용중에 변할 수 있는 송신회로, 고유공진주파수와 다른 소정의 여기주파수를 갖는 여기신호를 공진수단에 인가하기 위한 여기수단; 및 공진수단과 수신회로 사이를 결합하는 결합수단;을 포함하고, 수신회로는 상기 유효값의 변동을 상기 결합을 통해 검출할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

타이어 압력감지시스템의 신호전송장치 및 방법{Signal transmission in a tire pressure sensing system}
서로 상대운동 가능한 두개의 소자들과 함께 사용하기 위한 센서시스템에는 무선 신호전송이 필요한바, 두개의 소자들중 하나의 센서는 자체의 센서데이타를 나머지 소자의 수신기로 전송하고 이 수신기로부터 전력을 공급받는다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예는 타이어 압력을 측정하는데 차체의 압력감지시스템에 사용하도록 되어 있다.
차체 내장형 타이어 압력측정장치에 있어서 중요한 문제점은 차륜과 타이어가 차체에 대해 상대회전한다는 사실에서 비롯된다. 감지된 정보는 회전중인 차륜에서 전송되어야만 한다. 차륜과 타이어는 사용자에 의해 교체 가능해야만 하고, 어떤 고장에도 안전해야만 한다. 또, 타이어 압력은 정확하고 신뢰성 있게 감지되어야 하고, 감지된 정보는 각각의 차륜에 장치된 적절한 링크를 통해 전송되기에 적합한 신호형태로 변환되어야 한다. 이정보는 대시보드로 전송되어 표시하기에 적당한 형태로 변환되어야 한다. 전체 정확도는 ±2% 범위내에서 유지되어야 한다.또, 전자적으로나 환경적으로 자동차 주변을 해치지 않으면서 동작하도록 크기나 중량 제한조건 내에서 완벽한 시스템을 구현해야만 한다. 또, 대량생산에 적합하도록 가격이 저렴해야 한다.
타이어 압력은 주변 상태에 따라 상당히 많이 변한다. 이것은, 절대압력만을 측정해서는 타이어가 적절히 팽창되었는지를 정확히 확인하기 곤란하다는 것을 의미한다. 대기압의 상대압력의 측정도 타이어 공기가 사용중에 뜨거워지면 불충분하다. 따라서, 타이어내의 공기온도를 측정하고 타이어 팽창이 적절하도록 이에 대한 허용오차를 설정하는 것이 바람직하다.
시중에서 구입할 수 있는 타이어 압력측정시스템에서는, 차체의 각 타이어내에 배터리, 센서 및 무선송신기들을 장착하고, 데이타를 해석하고 표시하는 중앙 무선수신부를 차체에 설치한다. 차륜의 송신기들은 자동차 이동에 의해 가동되고, 각각의 송신기는 자체 데이타를 확인하고 해석 및 표시를 위해 중앙 수신부로 전송할 수 있도록 부호화된 신호를 갖는다. 이 시스템은 압력과 온도정보 둘다를 중계할 수 있다. 그러나, 이 시스템은 많은 단점을 갖는다. 복잡하고 고가이며, 차륜내의 배터리를 보수해야만 하고, 자동차가 밀집된 곳에서는 전자기결합(EMC; electro-magnetic coupling) 오염문제를 일으키는 무선통신을 이용하며, 차륜이 다른 위치로 이동하면 시스템을 재구성 및 재코딩해야 하고, 차륜이 회전할 때까지는 동작하지 않아 스페어 타이어나 정지차량에서는 동작하지 않는다는 문제가 있다.
기존의 다른 측정시스템으로는, 차축에 동심 폐결합 변압기를 설치하고 차륜의 센서와 회로에 전력을 전송하며 이 전력을 차륜에서 송신된 정보와 함께 멀티플렉싱(시분할)하는 것이 있다. 각각의 변압기는 시스템을 제어하고 정보를 디코드하여 표시하는 중앙 모듈에 케이블을 통해 연결된다. 이 시스템은 대형 상용차용으로 설계되었고 압력과 온도데이타 둘다를 중계한다.
이 시스템 역시 상당히 복잡하고, 결합 변압기들이 차축과 동축이어야한 하므로 설계단계에서 고려되어야만 하며, 시분할 방식이기 때문에 전자적으로 복잡하고, 차륜을 장착할 때 차륜에 다른 접속부들을 형성해야만 하며, 대형 상용차에는 적합하지만 승용차에는 문제가 있다.
또다른 시스템으로는, 상태변화를 표시하기 위해 자체의 특성 공진주파수를 변화시키는 단순한 이동/정지센서를 각각의 차륜에 장착한 것이 있다. 각각의 센서는 전자기 펄스에 의해 작동되고 그 반향을 모니터한다. 이 시스템은 간단하기는 하지만 성능이 제한된다. 이동/정지 임계치가 센서에 고유하므로, 차륜을 다른 차축으로 이동시키거나 높은 부하를 받는 등 다른 임계치가 필요할 때는 센서를 교체해야만 한다. 이 시스템은 과압력을 검출할 수 없음은 물론 멀티-휠 차축에는 쉽게 적용할 수 없다.
타이어 재팽창 메커니즘을 병합하기도 하는 기타 여러 다른 시스템이 존재한다. 이들 시스템은 기본적으로 비싸고 복잡하다. 차축 높이나 회전하는 타이어 원주 등의 다른 인자들을 측정하여 타이어 팽창을 표시하는 시스템들을 이용할 수도 있다. 이들 다른 인자들은 타이어 제조업체의 사양에 쉽게 결부되지 못한다.
본 발명은 신호전송 장치 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 무선신호 전송에 한정되지 않은 신호전송장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명을 구현하는 타이어 압력측정장치의 블록도;
도 2는 도1의 장치의 동작을 설명하기 위한 그래프;
도 3, 4는 도 2의 그래프를 확대한 것으로 도 2의 관심 주파수범위의 동작을 설명하는 그래프들;
도 5는 도 1의 장치에서 기생 커패시턴스 효과를 설명하기 위한 회로도;
도 6은 본 발명의 일실시예인 도 1의 장치의 일부분의 물리적 배열을 설명하기 위한 차륜의 단면도;
도 7은 도 1의 장치에 포함된 센서모듈의 블록도;
도 8은 도 7에 대응하는 상세 회로도;
도 9는 본 발명의 일실시예인 센서모듈의 단면도;
도 10은 도 1의 장치에 포함된 릴레이모듈의 블록도;
도 11(A)-11(C)는 도 10에 대응하는 상세 회로도;
도 12(A)-12(H)는 도 1의 장치에서 생성되는 파형도;
도 13은 도 1의 장치에 포함된 표시모듈의 블록도;
도 14는 도 13의 표시모듈에 포함된 신호변환회로도;
도 15는 도 14의 신호변환회로의 다른 옵션부분을 설명하는 도면;
도 16은 본 발명의 다른 실시예로서, 도 1의 장치의 일부분의 물리적 배열을 설명하기 위한, 멀티-휠 차축배열의 단면도;
도 17은 도 1의 장치에 사용하기 위한 다른 센서모듈의 블록도;
도 18은 본 발명의 다른 특징에 따른 신호전송장치의 회로도;
도 19는 팽창식 선박의 단면도로서, 이 선박에 본 발명을 구현하는 압력측정장치를 적용한 경우를 설명하기 위한 도면.
본 발명의 제1 특징에 따르면, 적어도 하나의 성분을 갖는 공진수단을 포함하고, 상기 성분의 유효값은 공진수단의 고유공진주파수에 영향을 주고 사용중에 변할 수 있는 송신회로; 상기 고유공진주파수와 다른 소정의 여기주파수를 갖는 여기신호를 상기 공진수단에 인가하기 위한 여기수단; 및 상기 공진수단과 수신회로 사이를 결합하는 결합수단;을 포함하고, 상기 수신회로는 상기 유효값의 변동을 상기 결합을 통해 검출할 수 신호전송장치가 제공된다.
본 발명의 제2 특징에 따르면, 유전체를 사이에 두고 서로 마주보는 제1 및 제2 전극들을 포함하는 압력센서가 제공되는데, 이들 두개의 전극중 적어도 하나는 센서에 압력이 걸렸을 때 나머지 전극쪽으로 휘어져 전극 사이의 커패시턴스가 압력에 따라 변하도록 한다.
본 발명의 제3 특징에 따르면, 서로 상대이동할 수 있는 제1 소자로부터 제2 소자로 센서 데이타를 전송하고, 제1 특징을 구현하는 신호전송장치를 포함하는 감지장치가 제공되는바, 상기 송신회로는 상기 제1 소자에 지지되기에 적합하고 하나 이상의 소정 인자들을 감지하는 센서수단을 포함하며, 상기 유효값의 변화는 상기 소정 인자들중의 적어도 하나의 변화에 의해 발생하고, 상기 수신회로는 제2 제2 소자에 지지되기에 적합하다.
본 발명의 제4 특징에 따르면, 차체에 지지되기에 적합하고 본 발명의 제1 특징을 구현하는 신호전송장치를 포함하는 타이어 압력측정장치가 제공되는바, 상기 송신회로는 하나 이상의 인자들을 감지하기 위한 센서수단을 포함하고, 상기 유효값의 변화는 상기 인자들중 적어도 하나의 변화에 의해 일어난다.
본 발명의 제5 특징에 따르면, 고유공진주파수에 영향을 주는 유효값을 갖는적어도 하나의 성분을 구비한 공진수단을 포함하는 송신회로 및 사용중에 공진수단에 결합되는 수신회로와 함께 사용하기 위한 신호전송방법에 있어서: 상기 고유공진주파수와 다른 소정의 여기주파수를 갖는 여기신호를 상기 공진수단에 인가하는 단계; 송신회로의 상기 하나의 성분의 상기 유효값을 변화시키는 단계; 및 상기 유효값의 변화를 상기 결합부를 통해 상기 수신회로에서 감지하는 단계;를 포함하는 신호전송방법이 제공된다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
도 1에 블록도로 도시된 바와 같이, 본 발명을 구현하는 타이어 압력 측정장치는 5개의 주요 요소들인, 센서 모듈(1), 휠 안테나(2), 고정 안테나(3), 릴레이 모듈(4) 및 표시모듈(5)로 구성된다. 센서 모듈(1), 휠 안테나(2), 고정 안테나(3) 및 릴레이 모듈(4)은 각각의 차륜에 제공되고, 표시모듈(5)은 모든 차륜에 공통으로 제공된다. 센서모듈(1)과 휠 안테나(2)는 적절한 차륜에 부착되고, 고정 안테나(3), 릴레이 모듈(4) 및 표시모듈(5)은 차체에 부착된다.
센서모듈(1)은 특정 차륜에 장착된다. 이 모듈은 차륜 림의 공동에 배열되는 것이 바람직하지만, 타이어내 공기의 열과 압력에 연결되기만 하면 타이어 외부에 배열될 수도 있다.
센서모듈은 압력과 온도에 반응하는 센서는 물론 압력과 온도의 함수로서의 주파수를 갖는 하나 이상의 신호들을 생성하는 회로를 포함한다. 센서모듈은 또한 공진기 형태로서, 생성된 신호에 따라 임피던스가 변하는 부하회로, 및 부하로부터 전원을 유도하는 수단을 포함한다.
안테나(2,3)를 통해 센서모듈에 반응하도록 결합된 릴레이모듈(4)은 센서모듈내의 부하회로를 구동시키는 역할은 물론, 부하변동을 검출하고 이 부하변동을 표시모듈(5)에 사용하기에 적합한 신호로 변환하는 기능을 한다.
릴레이모듈은 차축에 장착되거나 안테나(3) 부근 또는 안테나 일부에 장착될 수도 있고, 대시보드에 장착될 수도 있다.
릴레이모듈(4)은 전원 임피던스를 통해 고정안테나(3)에 고주파 전압과 전류를 공급하기 위한 구동회로, 및 릴레이모듈의 부하변동을 검출하고 이 부하변동을 표시하는 신호를 표시모듈(5)에 공급하는 회로망을 포함한다.
표시모듈(5)은 각각의 차륜용의 릴레이모듈로부터의 신호를 처리하고, 필요한 모든 신호정정을 행하며 그 정보를 구동기에 표시한다. 표시모듈은 대시보드나 그 뒤에 또는 실제 표시장치 가까이나 표시장치 자체에 장착되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 표시모듈은 싱글칩 마이크로컨트롤러로서 구현되거나, 기타 구동정보 기능들을 실현하는 기존의 마이크로컨트롤러의 일부로서 구현될 수 있다.
이제, 도 1의 장치에 대해 자세히 설명한다.
도입부에 언급한 바와 같이, 타이어 압력의 정확한 측정을 위해서는 압력만을 측정하는 것은 바람직하지 않다. 온대지방에서는 타이어 온도가 30℃까지 변할수 있고, 사용으로 인한 타이어 열로 인해 타이어 온도가 비슷한 정도로까지 상승될 수 있다. 타이어 절대압력에 미치는 영향은 20% 변할 수 있고, 게이지 타이어 압력은 30% 이상 변할 수 있다. 이는, 가능한한 정밀도를 높이려면 각각의 타이어의 압력과 온도 둘다 측정해야 한다는 것을 의미한다.
대기압과 대기온도가 알려져 있으면, 표준 기체법칙인 수학식 1을 이용해 대기온도에서의 게이지 압력값을 계사할 수 있다.
Pgaa
여기서, Pg는 필요한 게이지 압력, P는 측정된 절대압력, T는 측정된 절대온도, Pa, Ta는 대기압력과 대기온도이다.
절대압력 P와 절대온도 T는 측정할 수 있는 값이고, 그 측정값을 나타내는 두개의 신호들을 각각 차량에 전송할 수 있다. 그러나, 본 발명을 구현하는 타이어 압력측정시스템의 바람직한 특징은 수학식 2와 같이 압력과 온도 측정값을 하나의 인자인 몫 ρ로 결합하는 것이다.
ρ= P/T
센서모듈에 필요한 화로를 단순화하려면, ρ의 함수로 표시되는 신호가 생성되도록 압력 및 온도 감지요소들을 설계 및 연결하는 것이 바람직하다.
RC 발진기의 기본 시간주기는 수학식 3으로 표시된다.
t = κ0
여기서 κ0는 상수, R은 저항 C는 커패시턴스이다.
마찬가지로, LC 발진기의 기본 시간주기는 수학식 4로 표시된다.
t = κ0
여기서, L은 인덕턴스이고 C는 커패시턴스이다.
이로부터 알 수 있듯이, 압력이 주파수 제어인자(예, C) 및 온도제어인자(R)에 영향을 주면, 각각의 감지인자들의 특성이 적절한 형태로 있기만 하면 두개의 측정값들은 기본적으로 합칠 수 있다.
예컨대, 압력 감지인자의 커패시턴스가 절대압력의 선형함수이면, 트리밍 커패시터가 커패시턴스-압력 특성을 측정하여 제곱함수와 일치시킬 수 있다. 따라서, 총 커패시턴스(트리밍 커패시터와 결합된 암력감지성분)는 수학식 5로 주어진다.
Cppφ
여기서, Cp는 총 커패시턴스, Kp와 φ는 상수, P는 절대압력임.
이 경우, 온도감지성분은 압력감지성분의 커패시턴스-압력 특성의 제곱함수에 대한 역함수인 저항-온도 특성을 가져 필요한 온도범위에 걸쳐 근사하도록 해야 한다. 요컨대,
Rt t-φ
Rt는 저항, κt는 상수, φ는 수학식 5와 마찬가지의 상수이고 T는 절대온도이다.
압력과 온도특성을 발진기의 시간-주기 함수와 결합하면 다음과 같다.
t= κoptφ
수학식 7로부터, 발진기의 주파수에서 몫 ρ의 값을 대입할 수 있다. 이런식으로, 압력과 온도 데이터를 별도로 전송하는 두개의 별도의 데이터 채널을 이용하지 않고도 측정된 압력의 온도보상이 이루어진다.
한편, 압력 감지 성분특성이 선형이면 수학식 5의 Φ값은 1로 된다. 그러나, 압력감지성분의 특성이 선형이 아니거나 완전진공상태에서의 커패시턴스의 외삽값이 0이나 음수가 아니면, 트리밍 커패시턴스를 더해 수학식 5의 커패시턴스-압력 특성을 비례 제곱곡선에 일치시킬 수 없다. 그럼에도 불구하고, 커패시턴스-압력 특성과 저항-압력 특성에서의 관심 영역들이 원점에서 멀어질수록, 압력 감지성분용의 트리밍 커패시터 및 온도감지성분용의 직렬 저항의 적절한 값들을 이용해서 Φ값이 1이 아닌 제곱곡선들을 밀접하게 매치할 수 있다.
압력과 온도 감지성분들의 바람직한 설계에 대해서는 뒤에 자세히 설명한다.
다음, 각각의 휠의 센서모듈(1)과 차체의 관련 릴레이 모듈(4) 사이의 결합부에 대해 설명한다. 이 결합부는 센서모듈(1)로부터 릴레이모듈(4)로 적어도 하나의 신호를 전송하는 역할을 해야만 하고, 이 신호로부터 릴레이모듈(4)은 센서모듈(1)에 의해 생성된 관련 측정인자(들)(예; 몫 ρ)을 유도할 수 있다.
또, 바람직한 실시예에서, 상기 결합부는 차체로부터 센서모듈(1)로 전력을 전송하는 기능을 한다.
자동차가 사용될 때 차륜이 차축에 대해 회전함에 따라, 센서와 릴레이모듈 사이의 결합은 마모를 없애는 비접촉 수단으로 이루어지는 것이 바람직하다. 일방향으로 전력을 전송하고 타방향으로 신호를 수신하는데는 용량결합이나 자기결합 등의 비접촉 결합법을 이용할 수 있다. 종래의 타이어 압력측정시스템에 사용되는 무선은 신호를 전송하는데 효과적일 수는 있지만 차륜에 대한 국부적 전력원(배터리)가 필요하다. 또, 무선은 그 특정상 널리 사용되는 매체이고 다른 문제점을 일으킨다.
용량결합이 본 발명에서 사용하기에 바람직한 결합법이다. 이 방법은 공기 간극에 의해 이격된 도체판 안테나들을 이용해 간단히 이루어질 수 있다. 한쪽판의 전위는 다른쪽 판의 전위를 유도하는 국부적 전기장을 생성한다. 이들 판 자체는 절연재로 피복하여 보호할 수 있다. 이들 판은 평판형이나 동일한 크기가 아니어도 된다.
단순히 도체판 형태의 안테나는 코일 형태보다 전자기 간섭을 줄일 수 있다.
한쪽은 차축에 장착되고 다른쪽은 차륜에 장착되는 두 개의 근접 이격된 동심 코일들 사이의 자기유도를 이용할 수도 있다. 이 방법으로는 차륜의 센서모듈(1)과 차축의 릴레이모듈(4)이 한쪽 코일로부터의 자기장이 다른쪽 코일에링크될 때 결합된다. 실제로는, 차륜에 브레이크 부품들이 배치되어 있는 위치 때문에 자기결합을 배열하기가 곤란할 수도 있다. 브레이크 부품들을 피하려면 대직경 코일을 사용할 수 있지만, 이 경우 전자기 간섭에 특히 민감하다.
용량결합과 자기결합 모두, AC 전류만을 전송할 수 있다. 이 결합을 통한 전력의 전송은 이 결합부에 교류전압을 인가하는 릴레이모듈(전원)에 의해, 그리고 이 결합부로부터 전류를 취하는 센서모듈(부하)에 의해 이루어진다.
부하로부터 전원으로의 정보의 전송은 부하를 가변시켜 이루어진다. 부하에서 취한 전류가 전원에서 생성되어야 한다면, 전원에서의 전류 측정값은 부하에서는 변동될 것이다. 이것이 대부분의 수동 센서들이 동작하는 원리인바, 센서 임피던스는 측정되는 인자들에 따라 변하고 센서에 의해 나타나는 전기부하가 측정된다.
부하에 대한 전류 공급원이 오직 전원뿐이라는 것을 확실히 하기 위해, 부하 주파수를 선택적으로 할 수 있다. 이렇게 하면, 선택된 주파수 대역 외측의 잡음이 제거되고 신호에 악영향을 미칠 수 있는 부하전류를 생성하지 않는다.
전원과 부하 사이의 결합 임피던스는 무시할만 하지 않으며 가변적이므로, 많은 경우(항상은 아님) 부하를 직접 측정하여 정확한 임피던스를 얻는 것이 힘들 수 있다.
이런 문제를 극복하기 위해, 본 발명의 바람직한 특징은 센서 정보를 주파수로 인코드하고 이 주파수를 이용해 부하를 변조하는 것이다. 원하는 센서 정보를 회복하기 위해 디코드할 것은 부하의 변동주파수이다. 이렇게 하면, 결합 임피던스의 값에서의 드리프트(drift)는 전송되는 정보에 영향을 주지 않는다.
릴레이모듈(전원)은 복소 임피던스(ZS)를 갖고, 결합부는 복소 임피던스(ZC)를 가지며, 센서모듈(부하)는 복소 임피던스(ZL)를 갖는다고 할 수 있다. 최대전력전송을 위해, 부하에 나타나는 임피던스는 부하임피던스와 일치해야만 한다. 마찬가지로, 부하 변동의 최적 수용을 위해서는, 전원에 의해 나타나는 임피던스가 전원 임피던스에 일치해야만 한다. 따라서, 최적의 성능을 위해, ZL은 ZC+ZS와 일치해야 하고, 동시에 ZS는 ZC+ZL에 일치해야 한다.
ZC와 ZL이 모두 순수 저항이고 ZC가 아주 작지 않음에도 아주 비슷하지 않으면 상기 상태는 이룰 수 없다. 한편, (용량결합의 경우처럼 그리고 유도결합을 이용해 배열될 수 있듯이) ZL이나 ZS의 어느 일방이나 둘다 복소수이고 ZC가 실수성분을 갖지 않으면, 원하는 매칭을 얻을 수 있다.
복소 임피던스의 경우, 매칭이란 실수(저항성) 성분들이 동일하고 허수(반응성) 성분들이 상보적임, 즉 진폭은 동일하고 부호는 반대(공액복소수)이어야만 함을 의미한다.
부하주파수를 선택적으로 하려면, 고도로 선택적인 결합 동조회로를 이용할 것을 고려할 수 있다. 이것은 전원과 부하의 임피던스가 결합 임피던스를 흡수하여 매칭 기준에 접근할 수 있도록 하는데 효과적이다.
부하는 진폭이나 위상 또는 그 둘다 변하면서 신호를 생성한다. 그러나, 동조가 유지된다면, 부하의 저항부(진폭변동부)에서만 부하변동이 있어야 하고, 또는 부하변동이 반응부(위상변동부)에 있다면, 부하변동이 매우 낮은 레벨로 유지되어야 한다. 이런 조건은 실제로는 문제가 있다. 첫째, 진폭 변동의 크기에 따라 전송 전력에 영향을 미친다. 또, 신호가 작으면, 크게 증폭해야 한다. 이렇게 되면 선택도에 대한 요구도 증가되는데, 그렇지 않을 경우 필요한 신호와 함께 잡음도 증폭되기 때문이다.
동조회로와 관련된 이런 문제들을 해결하기 위해, 만족할 정도의 주파수 선택도를 달성함과 동시에, 본 발명의 바람직한 실시예는 "이조(detuned) 공진기"를 채택하여 부하 임피던스(ZL)을 제공하는바, 이조 공진기란 공진기에 인가된 여기신호의 주파수로부터 고유공진주파수가 이조(detuned)되는 공진기이다. 이 방법에서는, 동조를 위한 엄격한 허용오차가 불필요하다. 또, 전력전송을 방해하지 않고 비교적 큰 신호들을 이용할 수 있어, 매우 높은 정도의 증폭이 불필요하고 선택도 요구도 낮출 수 있다. 또, 동조 드리프트에 대한 민감도가 상당히 낮아진다.
부하 ZL을 제공하는데 사용되는 이조 공진기는 인덕터, 및 커패시터와 병렬인 관련 직렬 저항을 포함한다. 이들 인덕터, 저항 및 커패시터들에 등가인 능등소자들을 사용할 수는 있지만 이들 소자들은 전력을 필요로 한다. 이렇게 하면, 결합 임피던스가 전원과 부하 임피던스와 호환될 수 있을 때에도 임피던스 매칭을 달성할 수 있다.
결합임피던스가 용량성이면, 공진기의 공진주파수보다 낮은 여기주파수가 사용된다. 한편, 결합 임피던스가 유도성이면, 공진기의 공진주파수보다 높은 여기주파수가 사용된다.
공진기를 구성하는 반응성 성분들을 변화시켜 부하를 쉽게 가변시킬 수 있고, 덜 바람직하지만 저항성 성분들을 변화시켜 부하를 가변시켜도 된다. 공진기의 주파수에 대한 임피던스의 특성곡선 때문에, 반응성 성분들중의 하나의 값이 약간만 변해도 임피던스에 큰 변화가 생길 수 있다.
Q가 비교적 낮은(10-30) 이조공진기를 사용하면, 성분 허용오차가 넓게 허용되고, 회로들을 개별적으로 동조할 필요성을 없앨 수 있다.
또, 공진기가 여전히 주파수-선택성이기 때문에, 대역폭 외부의 주파수에서의 여기와 잡음이 제거된다. 이런 대역폭은 크게 동조된 회로의 대역폭보다 넓지만, 신호증폭을 그만큼 크게 할 필요는 없다.
이런 선택성은, 하나 이상의 센서 모듈이 서로 다른 공진주파수를 갖고 릴레이모듈이 서로 다른 여기주파수들 사이를 스위칭할 경우 여러개의 센서모듈들이 동일한 결합용 안테나들을 이용해 하나의 릴레이모듈에 의해 구동될 수 있음을 의미한다.
도 2는 용량적으로 결합된 이조공진기의 특성을 보여주기 위한 그래프이다. 도 2에서, 굵은 곡선은 여기주파수(ω)에서 저항원 임피던스에 걸리는 전압(Vrs)의 변동을 나타낸다. 이 소스전압(Vrs)은 부하에 흐르는 전류를 나타낸다. 가는 곡선은 여기주파수에서 부하에 걸리는 전압(VL)의 변동을 보여준다. 파단선은 여기주파수에서의 위상 변동을 보여준다. 3개의 곡선 모두 1의 공진주파수로 표준화되었다. 공진기의반응성 성분들중의 하나의 변화로 인해 공진주파수가 변하기 때문에, 이는 여기주파수(ω)의 동일한 변화로 간주될 수 있다.
도 2에서 관심 영역은 VL이 부하를 가동시키기에 충분히 높은 상태에서 Vrs의 최대 및 최소값 사이의 주파수 범위를 포함한다. 또, 이 관심 영역은 최대-최소 주파수 범위를 약간 넘어 위로는 상부 반전주파수 밑으로는 하부 반전주파수까지 확장된다. 이들 반전주파수 각각에서, 공진기 리액턴스의 변화가 부하전류에 미치는 영향이 반전된다. 예컨대, 이 영역은 공진주파수의 0.85배보다 낮은 값(가능하면 0.8배보다 낮은 값)으로부터 공진주파수의 0.97배보다 높은 값의 범위이다. 이 영역을 벗어나면, 부하에 대한 전력전송이 불충분해 다른 주파수들은 거부될 것이다. 이 영역에서, Vrs의 기울기가 급히 변하므로, 공진주파수(ω)가 변화(즉, 반응성분들중 하나의 변화)하면 Vrs도 마찬가지로 크게 변한다.
도 2에서 ω에 대한 Vrs곡선의 최대/최소값 사이의 영역으로 정의된 가용 대역폭은 주로 결합커패시턴스에 대한 부하공진기 특성의 비율에 따라 변한다. 이 비율이 높을수록 대역은 좁아지고, 비율이 낮을수록 대역은 넓어진다. 특히, 관련 곡선을 정의하는 수학식은 다음과 같다.
Vrsss c L c
여기서, V는 여기전압, Rs는 소스 임피던스, ω는 여기주파수, Cc는 결합커패시턴스, RL은 등가부하저항, R은 저항기 감쇠저항, L은 저항기 인덕턴스, C는 저항기 커패시턴스이다.
도 3은 1% 만큼 서로 다른 두 개의 저항기 커패시턴스 값에 대한 두 개의 소스전압(Vrs) 곡선들로 확장된 관심 영역을 보여준다. 도 3은, 관심영역내의 주어진 여기주파수에서 부하 커패시턴스의 1% 변화로 예측될 수 있는 Vrs의 변화를 보여준다. 또, 소스전압(Vrs)은 부하를 흐르는 전류의 측정값이다.
도 4는 부하 커패시턴스가 마찬가지로 1% 변할 경우 부하전압(VL)의 특성을 보여준다. 주지하다시피, 두 개의 곡선들은 큰 영역에서 겹친다. 공진주파수의 약 0.95의 주파수에서, 두 개의 곡선들은 크로스되고, 공진기 커패시턴스의 변화에 대한 부하전압의 변화를 검출할 수 없다. 이는, 도 18을 참조하여 후술될 몇몇 중요한 응용례에 유용하다.
회로 구성의 분석에 의하면, 전력전송에 대한 1차 제한조건은 결합임피던스이다. 부하에서 이용할 수 있는 전력(PL)은 다음과 같다.
PLscL c22L
용량결합을 이용할 때 필요한 안테나(2,3)의 크기는 센서모듈의 전력조건에 따라 주로 변한다. 성분 허용오차를 참작하면, 최대 전송전력의 비율만을 신뢰할 수 있다. 가용전력량은 다음 근사값으로 주어진다.
PL 2c
여기서, Ω는 공진주파수이다.
본 명세서에서 후술될 센서모듈은 2.5V에서 100㎼보다 작은 값을 필요로 한다. 이 전력이 1.75V의 여기전력(피크 전압은 5V임)과 (여기주파수가 약 10㎒일 경우의) 11㎒의 공진주파수로 제공되면, 최소 4㎊의 결합커패시턴스가 필요하다.
그러나, 실제로는, 결합 커패시터의 한쪽이나 양쪽에 기생커패시턴스가 나타날 수도 있다. 이렇게 되면 전력전송과 신호전송 모두에 영향이 미친다.
릴레이모듈측에서 전력의 영향은 출력버퍼의 구동성능을 증가시켜 쉽게 보상될 수 있는한 심각하지는 않다. 센서모듈로부터 수신된 신호는 감쇠되지만, 검출된 신호의 더 큰 증폭은 쉽게 보상될 수 있다.
센서모듈측에 대한 기생커패시턴스의 영향은 심각하다. 센서 회로의 경우, 전력은 수요가 많고 기생커패시턴스는 회로의 주파수에 영향을 준다. 기생커패시턴스를 예상할 수 있고 고정할 수 있으면, 기생커패시턴스가 회로의 메인 커패시턴스 소자에 포함될 수 있다. 그렇지 않으면, 회로동조에 악영향을 받는다.
이런 문제를 극복하면서도 센서 회로에 전력공급을 양호하게 유지하기 위해, 공진기의 메인 용량소자들의 일부를 형성하는 커패시터의 일부로서 기생커패시턴스를 포함할 수 있다.
도 5는 릴레이 모듈과 센서모듈 사이의 결합관계를 나타내는 회로도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 센서-모듈 공진기(10)는 메인 용량성분(Cm), 가변용량성분(CV), 인덕턴스(L) 및 저항성분(R)을 포함한다고 볼 수 있다. 뒤에 자세히 설명하겠지만, 가변 용량성분(CV)의 커패시턴스는 측정인자인 몫 ρ에 따라 변한다.
메인 용량성분(Cm)은, 전술한 바와 같이, 제2(또는 기생) 커패시턴스(Cst)와 직렬관계인 제1(또는 네트웍) 커패시터(Cn)로 구성된 탭 커패시터이다.
결합 커패시턴스(Cc)는 릴레이모듈의 출력-버퍼측에 (블로킹 커패시터와 인덕턴스는 물론 소스 저항을 포함한) 출력 소스 임피던스(Zs)를 네트웍과 기생 커패시턴스(Cn,Cst) 사이의 탭 노드와 연결하는데 효과적이라고 간주된다. 이것은 기생 커패시턴스 변화의 영향을 제한함과 동시에 공진기의 전압을 상승시킨다.
각종 회로성분들에 대한 대표 값이 표 1에 나타나있다.
성분 값
Cc 15㎊
Cn 56㎊
Cst 100-200㎊
CV 10-11㎊
L 4.7μH
R 33R
R1 50K
Zs 330R
공진기의 메인 용량성분에 네트웍 커패시턴스가 포함되면 기생 커패시턴스 변화의 영향을 제한하는데 도움을 주지만, 기생 커패시턴스를 수용할 수 있는 양이 제한된다. (표준 커패시터 분주기 네트웍에서와 마찬가지로) 기생 커패시턴스(Cst)는 커패시턴스(Cc)의 비율에 상대적인 커패시턴스 비율로 센서모듈에 인가된 전압을 낮춘다. 15㎊의 결합 커패시턴스(Cc)와 135㎊의 기생 커패시턴스(Cst)용 모듈에 인가된 전압은 1/10로 감축된다.
네트웍 커패시턴스(Cn)이 작으면 기생 커패시턴스의 변화의 영향 역시 완화되지만, 이 경우 공진기에서 이용할 수 있는 전력 역시 작아진다. 네트웍 커패시턴스(Cn)가 증가할수록, 많은 전력을 이용할 수 있지만 공진기 동조에 미치는 기생 커패시턴스의 변화의 영향이 커진다. Q가 10-15인 이조공진기(10)는 10-15%의 넓은 주파수 허용오차를 갖는다. LC 공진기에서는, 이 허용오차가 20-30%의 반응성 성분들에서의 총 허용오차에 해당한다.
특정 성분들에서 허용오차가 엄격히 유지되면, 기생 커패시턴스의 넓은 변동이 허용될 수 있다. 10㎊의 가변 커패시턴스(Cv) 및 56㎊의 네트웍 커패시터를 갖는 4.7μH의 인덕터를 이용하는 Q=10의 회로는 100㎊-200㎊의 기생 커패시턴스 범위에 걸쳐 동작할 수 있고 특정 성분 허용오차가 3%를 초과하지 않으면 양호한 시그널링 전력을 유지할 수 있다. 9V 구동전압으로 구동될 경우, 센서모듈이 최하 150㎼이고 신호레벨이 최하 20㎂인 전력원이 유지된다.
평행 판들의 커패시턴스는 다음과 같이 주어진다.
C = e0
C는 커패시턴스, A는 판의 면적, d는 판 간격, e0(=8.854㎊/m)는 공기의 유전율이다.
가능한한 최소의 판 간격은 유지될 수 있는 간극 허용오차에 따라 변한다. (절연을 포함해) 최소 1㎜ 간극을 유지해야만 하고 ±1㎜의 허용오차를 유지할 수 있다면, 최대 판 간격은 3㎜일 것이다. 이 간격에 대해 10㎊의 최소 커패시턴스 조건을 충족하기 위해, 유효하게 제로 임피던스를 갖는 (도 6을 참조하여 후술될) 베어링-결합 리턴이 사용되면 판의 면적은 적어도 3388㎣는 되어야 한다. 제2판이 리턴 경로로 사용되면, 각각의 면적이 이 면적의 두배인 두개의 판을 사용해야만 한다.
도 6은 차륜(20)에 관련된 센서모듈(1), 휠 안테나(2), 고정 안테나(3) 및 릴레이모듈(4)의 물리적 배열을 보여주는 단면도이다. 차륜(20)에는 플랜지(22), 외측 림(24), 내측 림(26) 및 내외측 림(24,26) 사이의 공동(28)이 있다.
버섯모양의 센서모듈(1)은 공동(28)을 통해 돌출하는 숫나사형 기부를 구비하고 리테이닝 너트(30)에 의해 제위치로 유지된다. 센서모듈 헤드의 기부와 공동(28) 사이에 시일(32)을 설치하여 센서모듈과 차륜 사이에 기밀을 유지한다.
도 6의 센서모듈은 공동(28)에 직결된 접지부를 제공하는 금속케이싱을 갖는 것이 바람직하다.
한편, 도 6의 배열에서 센서모듈(1)의 접지연결(리턴 경로)은 차륜 베어링을 통해 구현됨을 알 수 있다. 이런 접지연결은 저항접속만으로는 신뢰할 수 없지만, 제시된 주파수에서 저항접속과 병렬인 용량접속이라면 만족하게 동작된다.
휠 안테나(2)는 절두원추형으로서 차륜의 내측 림(26)에 삽입된다. 휠 안테나(2)는 최근의 차륜에 사용되는 비이드 보유 험프로 형성된 림(26) 밑면의 요홈에 걸리도록 되어 있다. 휠 안테나(2)의 폭은 20㎜이다. 휠 안테나(2)를 원추형으로 만들어 차륜에 끼우도록 하는 것은 간단하고, 고정 안테나에 결합하면 평면 안테나를 사용할 경우보다 휠 림의 축선방향 마모를 줄일 수 있다. 또, 안테나 표면은 정지상태나 회전상태에서 자체적으로 배수될 수 있으며, 휠의 평형을 유지하는데 문제가 없다.
휠 안테나(2)는 내측 림(26)과 휠 안테나 뒷면 사이의 폴리머 받침재(34)에 의해 지지된다. 센서모듈(1)의 기부와 휠 안테나(2) 뒷면 사이에 연장된 전기접속선(36)(예; 싱글 와이어)에 의해 휠 안테나(2)가 센서모듈 내부의 회로에 연결된다.
고정안테나(3)는 장착 브래킷(40)의 폴리머 받침재(38)에 의해 지지된다. 이 실시예에서, 필요한 면적을 제공하려면 고정 안테나의 길이를 170㎜로 해야 한다. 표준 13인치 휠 림에서 고정안테나의 대각변은 약 60°의 각도를 갖는다. 고정 안테나의 장착지점 이외에는 차축을 변형할 필요가 없다. 이는 브레이크 장착부에도 마찬가지다. 도 6에 도시된 바와 같이, 릴레이모듈(4)는 부분적으로 차축에 배열(즉, 고정안테나(3)와 일체)되는 것이 바람직하지만, 고정안테나(3)에서 떨어져 표시모듈과 일체로 형성될 수도 있으며, 이 경우에는 고정 안테나의 연결부가 동축케이블을 관통하거나 한쌍의 꼬임선으로 될 것이다.
다음, 도 1의 장치의 구성에 대해 센서모듈(1)부터 시작하여 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시에의 센서모듈(1)의 주요 요소들의 블록도이다.
센서모듈(1)은 휠 안테나(2)에 연결된 공진기(52), 공진기에 연결된 정류기(54), 정류기에 연결된 전압제어부(56), 전압제어부에 연결된 센서 발진기(58), 및 센서 발진기에 직접 연결되거나 옵션품목인 중간발진기(60)를 통해 연결된 변조기(62)를 포함한다. 변조기(62)는 공진기(52)에도 연결된다. 도 8에는 센서모듈(1)의 완벽한 회로도가 도시되어 있다. 예컨대, 도 8에서 사용하기에 적당한 부품들의 두가지 리스트가 표 2에 주어진다.
소자 리스트 1 리스트 2
C101 56㎊ 56㎊
C102 2㎊ 4.7㎊
C103 18㎊ 18㎊
C104 100㎊ 100㎊
C105 100㎊ 100㎊
C106 47㎊ 22㎊+5-22㎊
C107 56㎊ 10㎊
C108 33㎊ 5.6㎊
C109 1㎌ 1㎌
C110 1㎋ 1㎋
D101 BAT17 BAT17
D102 BAT17 BAT17
IC101 74HC00 74HC00
L101 3.9μH 3.9μH
Q101 BST82 BST82
Q102 FDV301N FDV301N
Q103 FDV301N FDV301N
R101 30R 30R
R102 1M 1M
R103 24K 24K
R104 91K 240K
R105 330K 560K
R106 560K 1M
R107 1M 1M
R108 560K 560K
R109 680K 680K
R110 220K 220K
R111 12K 12K
S101 50-100㎊ 50-100㎊
T101 15K 15K
Z101 BZX84C6V2 BZX84C6V2
도 8에 도시된 바와 같이, 공진기(52)는 커패시턴스(C)와 병렬인 일련의 감쇠저항기(R101)와 인덕터(L101)를 포함한다. 커패시턴스(C)는 메인 커패시턴스 Cm(표류커패시턴스 Cst와 직렬로 공진기 네트웍에 의도적으로 제공된 네트웍 커패시터 C101; 도 5 참조), 및 변조기(62)의 트랜지스터(Q101)의 게이트 커패시턴스와 커패시터들(C102,C103)로 제공되는 가변 커패시턴스(도 5의 커패시턴스 CV에 대응됨)를 포함한다. C102는 공진기(52)의 내부 표류커패시턴스를 포함한다.
따라서, 공진기(52)의 전체 커패시턴스(C)는 분산되고, 네트웍커패시터(C101) 이외에도 변조기-결합 커패시턴스(Q101), 표류커패시턴스(Cst)는 물론 정류기(54)내의 다이오드(D101,D102)와 관련된 모든 다이오드 커패시턴스를 포함한다. 공진 각주파수(Ω)는 커패시턴스(C)와 인덕터(L101)의 인덕턴스(L)에 의해 아래와 같이 정의된다.
Ω= 1/√(L·C)
무부하 공진기의 임피던스(ZL)은 다음 식에 의해 구해진다.
ZL2
여기서, R은 공진기(52)의 저항(R101)의 저항값이다.
릴레이모듈(4)의 여기주파수(ω)가 공진주파수의 분수(α)로 다음과 같이 표현되고,
ω= α·Ω
품질인자 Q가 아래와 같이 정의되면,
Q = 1/R·√(L/C)
임피던스는 아래와 같이 주어진다.
ZL2
수학식 16은 공진기가 부하상태일 경우 바뀐다.
도 8의 정류기는 다이오드(D101,D102) 및 커패시터(C104,C105)로 이루어진 용량성 필터로 구성된다. 두개의 다이오드는 분할-위상 정류작용을 하여, 두개의 다이오드 전압 강하보다 작은 공진기(52)의 피크-피크 AC 전압에 등가적인 DC 전압을 제공한다.
전압제어부(56)는 제너 다이오드(Z101), NAND 게이트(IC101d), n-채널 전계효과 트랜지스터(FET; Q102,Q103), 저항(R107-R111) 및 커패시터(C110)로 구성된다. 제너 다이오드(Z101)는 분류기 기능을 하여 과전압(본 실시예에서는 6.2V 보다 큰 전압)을 방지한다. 전류제어부(56)의 나머지 성분들은 정류기(54)에 의해 생성된 공급전압이 센서 발진기(58)의 적절한 동작에 필요한 최소전압 이상일 때 하이 논리레벨(H)을 갖는 ENABLE 신호를 생성하는 기능을 한다. 본 실시에에서, 최소전압은 약 2.4V이다.
이들의 동작은 다음과 같다. 먼저 센서모듈이 동작하면, FET(Q102,Q103)의 게이트-소스 전압들이 최초 0으로 되어, FET(Q102,Q103)가 오프되고 Q102에 연결된 NAND 게이트(IC101d)의 입력은 H 레벨을 갖는다. 따라서, ENABLE 신호는 로우 논리레벨(L)을 갖는다. 정류기(54)에 의해 생성된 공급전압이 높아지면, Q(103)이 부분적으로 온되고 R109와 R108에 전류가 흘러, R8의 전압은 Q102를 온하기에 충분해진다. 이어, IC101d는 ENABLE 신호를 H 레벨로 스위칭한다. ENABLE 신호가 H에서 L로 스위칭될 때의 공급전압(공급전압 턴오프 임계치)이 ENABLE 신호가 L에서 H로 스위칭될 때의 공급전압(공급전압 턴온 임계치)보다 낮도록 이력현상을 제공하는 R110과 함께 커패시터(C110)는 급속 정궤환 루프를 제공한다. (이력현상을 무시한) 공급전압 임계치는 Q102, Q103의 임계전압(서로 거의 동일함)과 R108, R109의 비율에 의해 결정된다. ENABLE 신호가 L 레벨을 가지면, 궤환 루프에 흐르는 전류가 R110에 의해 설정되고, R110은 ENABLE 신호가 H 레벨로 변할 때 비전도상태로 스위칭된다. 이 이력현상은 R110에 대한 R111의 비율에 의해 결정된다.
Q102, Q103의 임계전압들은 온도의존성이어서 온도에 따라 강하한다. 이는, 공급전압 임계치가 자동적으로 주변온도에 적응하여 온도가 높을수록 공급전압 임계치가 낮아짐을 의미한다. 이런 현상은, 센서모듈내의 다른 회로, 특히 Q102, Q103의 임계전압과 동일하게 온도의존성 임계전압을 갖는 FET를 포함할 수 있는 센서 발진기(58)내의 NAND 게이트의 최소 동작전압 역시 주변 온도 상승에 따라 낮아지기때문에 바람직하다.
한편, 센서모듈 회로에 의해 소모된 전류는 어느정도는 온도와 함께 자가조절된다. 이 회로에 의해 인출된 전류는 (트랜지스터 임계전압 강하때문에) 온도와 함께 상승하는 경향이 있지만, 이 회로에 의해 인출된 전압이 증가할수록, 공급전압은 강하하여 전류소모가 낮아진다.
센서발진기(58)는 압력센서(S1)와 부-온도-계수(NTC; negative-temperature-coefficient) 서미스터(T101)를 포함한다. 압력센서(S1)는 병렬 트리밍 커패시터(C106)를 구비하고 서미스터(T101)는 다른 저항(R103,R104)와 함께 저항 네트웍의 일부를 형성한다.
센서발진기는 저항(R105,R106), 커패시터(C107,C108) 및 제1, 제2, 제3 NAND 게이트들(IC101a-IC101c)을 더 포함한다. 부궤환루프를 제공하는 저항소자와 함께 정궤환 루프를 제공하도록 용량소자를 스위칭하는 종래의 2-게이트나 3-게이트 RC 논리발진기와 달리, 도 8의 발진기(58)는 전원직렬 용량소자를 이용하도록 설계된다.
동작시, 압력센서(S101)와 트리밍 커패시터(C106)는 T101, R103, R104로 구성된 저항 네트웍을 통해, 그리고 NAND 게이트(IC101a)의 출력에 의해 교대로 충방전된다. 한쪽의 커패시터들(S101,C106)의 상판들과 다른 한편의 NAND 게이트(IC101a)의 출력 사이의 전위차(충전일 때는 L, 방전일 때는 H)는 R105와 R106으로 구성된 전위분할네트웍에 의해 분할되고 IC101c의 입력으로 피드백된다. 이 피드백 전압이 IC101c의 스위칭 임계치에 도달하면, NAND 게이트들(IC101a-c)이 스위칭되고, R105, R106으로 구성된 분할네트웍에 연결된 IC101b의 출력이 정반대의 논리레벨로 바뀐다. 이렇게 되면, S101/C106이 충방전될 때 스위칭을 위한 별도의 임계전압들이 발진기에 제공된다.
커패시터(C108)는 R106에 병렬연결되어 급속 정궤환루프 및 정확한 스위칭 동작을 제공한다. C107은 R105에 병렬연결되어 C108을 보상한다. C107에 대한 C108의 비율이 R106에 대한 R105의 비율과 일치하도록 선택함으로써, 동일한 비율의 분할기가 커패시터와 저항기 모두에 의해 구성되도록 한다.
발진기(58)는, IC101a 주변의 궤환루프에 항상 저항성분들이 있다는 사실에도 불구하고 전류소모가 매우 낮다. 소모된 전류의 대부분은 커패시터의 충방전에소요된다. 그러나, 커패시턴스의 대부분은 스위칭되지 않고, 직렬접속된 C107과 C108만이 스위칭된다. 따라서, 종래의 발진기에 비해 전력소모가 낮다.
R105, R106은 T101, R103, R104의 저항 네트웍에 대해 반대로 작용하고, C107, C108은 S101, C106에 병렬인 커패시터를 형성하므로, 충방전 네트웍은 실제로는 모든 저항성분과 두개의 다른 출력을 포함하고, 타이밍 커패시턴스(S101,C106)는 다른 용량소자들(C107,C108)에 의해 보충된다.
센서발진기의 기본 시간주기는 다음 수학식 17로 구해진다.
T={2·(RfssfsfsfsfsfSsfsf
여기서, R은 T101, R103, R104를 포함한 네트웍의 유효 저항, Rf는 분할네트웍의 제1 부분(R106)의 저항, Rs는 분할 네트웍의 제2 부분(R105)의 저항, C는 타이밍 커패시턴스(즉, C106과 병렬인 S101), Cs는 서로 직렬인 C107, C108의 유효 커패시턴스이다.
두개의 변수항 R, C는 식 (17)의 로그항 안에 있지만, R, C를 포함한 로그항의 변화는 수학식 17의 다른 항의 R, C의 변화에 비해 상대적으로 작다. C와 Cs를 합하고 저항항이 직렬 Rf, Rs로 구성된 저항기와 병렬인 R과 등가이면, 상기 다른 항은 유효하게 RC 곱이다. 따라서, 성분값들이 적당하면, NTC 단자(T101)를 포함한 저항소자들은 역절대온도의 제곱함수에 상당히 근사한 (최소한 원점에서 떨어져 있는) 유효 저항값을 제공할 수 있다.
따라서, 센서발진기(58)의 용량성 소자는 수학식 5에 적합한 반면, 저항성소자는 수학식 6에 적합하다. 그러므로, 발진기의 시간주기는 수학식 7에 일치하는바, 발진기 주파수는 몫 ρ(=P/T)의 역 제곱함수이다.
센서발진기의 주파수는 예컨대 ρ와 함께 10㎑-20㎑의 범위에서 변한다.
센서발진기(58)의 출력은 변조기(62)에 인가된다. 이 변조기는 n-채널 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)(Q101), 저항(R102) 및 커패시터(C103)를 포함한다. MOSFET(Q101)의 드레인은 센서발진기의 출력에 연결되고, Q101의 소스는 부공급레일(negative supply rail)에 연결되며, Q101의 게이트는 커패시터(C103)를 통해 공진기(52)에 연결된다. Q101의 게이트 커패시턴스는 특히 저전압에서 드레인-소스 전압(Vds)과 함께 상당히 변한다. 따라서, 센서발진기의 출력전압은 Q101의 게이트 커패시턴스를 변조한다. 이런 게이트 커패시턴스는 다른 내부 스트레이 커패시턴스(C102)와 함께 결합 커패시턴스(C103)의 커패시턴스와 직렬로 연결되고, 공진기(52)의 메인 커패시턴스(Cm)와 병렬로 연결된다.
MOSFET(Q101)의 게이트 커패시턴스는 예컨대 Vds=0V에서의 30㎊로부터 Vds=2.5V에서의 20㎊까지 변한다.
결합 커패시턴스(C103)는 두가지 기능을 한다. 첫째, 변조기(62)에 의해 생긴 커패시턴스 변동을 상당히 감쇠시킨다(예컨대, 게이트 커패시턴스 변동을 30㎊에서 20㎊으로 감쇠시키고, 변조기(62)에서의 커패시턴스 변동을 11.3㎊에서 9.5㎊로 약 16%의 감쇠시킨다. 이는 Q101용으로 사용되는 각각의 트랜지스터들 사이의변동의 영향을 감소시키는 이점이 있다. 둘째, 커패시터(C103)는 MOSFET(Q101)의 게이트에 인가된 게이트전압을 공진기 전압의 약 37%까지 감소시킨다. 따라서, Q101은 그 도전 레벨 밑으로 유지된다. 한편, MOSFET 대신에, 가변캡 다이오드나 임의의 역바이어스 다이오드를 사용할 수도 있지만, 이런 다이오드들은 일반적으로 저전압에서 커패시턴스 변동이 낮고 센서발진기(58)와 공진기(52) 사이를 격리하지 못한다.
또, 도 11을 참조하여 자세히 설명하겠지만, 공진기 커패시턴스의 변조가 공진기(52)의 공진주파수에 영향을 준다 해도, 본 실시예에서의 릴레이모듈(4)에서 검출되는 것은 공진주파수가 아니라 센서발진기의 주파수이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 센서발진기(58)와 변조기(62) 사이에 중간발진기(60)를 추가할 수도 있다. 이 발진기(60)는 센서발진기의 주파수대역과 여기주파수 사이의 중간주파수 대역에서 센서발진기(58)의 출력에 의해 변조된다. 이 중간발진기는 또 발진기(62)를 통해 부하 공진기(52)를 변조시킨다. 따라서, 중간주파수는 서브캐리어 기능을 한다. 이것은 릴레이모듈에 다른 검출회로를 필요로 하지만, 중간발진기가 결합부에서의 변동과 잡음에 의해 영향을 받지 않기 때문에 잡음을 크게 제거할 수 있다. 서브캐리어의 변조는 어떤 형태도 가능하지만, 잡음제거를 간단히 실현하고 크게 개선하기 때문에 주파수변조가 바람직하다.
도 9는 센서모듈(1)의 구성을 보여준다. 센서모듈(1)은 황동 등의 금속으로 된 하우징(70)을 구비한다. 바람직하게 하우징(70)과 같은 재질로 된 숫나사 튜브(72)는 하우징 기단 중앙부에서 하우징과 일체로(용접 등에 의해) 형성된다.센서모듈(1)과 차륜 사이에는 시일(74)이 배치된다. 이 시일은 고무 등으로 구성된다.
하우징(70)은 금속 프레싱으로 형성된 격막(76)으로 덮인다. 이 격막은 개스밀봉방식으로 하우징(70)에 용접되거나 접착된다. 격막(76)과 하우징(70)으로 형성된 공간에는 인쇄회로기판(78)이 수납된다. 이 기판(78)에는 도 8에 도시된 회로성분들인 하부 성분들(80)이 부착되어 있다. 기판(78)의 윗면에는 기판에 인쇄된 구리 패드에 의해 원형 전극(82)이 형성된다. 이 전극은 얇은 유전체 시트(84)로 덮인다. 이 전극(82)은 기판(78) 밑면의 회로에 접속된다.
기판(78)을 수납하는 공간은 필요한 감지특성에 따라 진공으로 되거나 공기/기체로 채워질 수 있다. 기판(78)의 상하 챔버들을 연결하는 비아홀(86)에 의해 내부압력이 동일해진다.
튜브(72)내에는 커넥터 소켓(88)이 삽입된다. 이 소켓은 환형 절연체(90)에 의해 튜브(72)와 하우징(70)으로부터 절연된다. 이 소켓은 스프링(92)에 의해 기판(78)에 연결된다.
도 9의 센서모듈을 사용할 때, 격막(76)은 이중판 커패시터의 한쪽 전극을 구성하고, 다른쪽 전극은 기판(78)에 인쇄된 전극(82)이다. 유전체 시트(84)는 따라서 이들 두개의 전극 사이에 위치한다.
압력이 인가되면 격막(76)은 오목하게 구부러진다. 압력이 증가할 수록 격막의 중앙은 유전체 시트(84)와 접촉되고, 유전체 시트는 부분적으로 격막을 지지한다. 압력이 증가할수록, 유전체 시트와 직접 접촉하는 격막 중앙부의 면적이 증가하여 커패시턴스가 증가한다.
압력-커패시턴스 특성은 격막(76)이 유전체 시트(84)상에 처음 지지되는 지점으로부터 (식 5에 관련되어 전술한 바와 같은) 제곱함수에 아주 근사하게 된다. 인가될 수 있는 최대압력은 격막(76)의 재질의 기계적 특성에 의해 제한된다. 과잉 압력이 걸리고 격막상의 응력이 재질의 탄성한계를 넘으면, 영구변형이 일어나 센서의 정확도가 떨어진다.
다음수식은 사용할 수 있는 압력한계를 정의한다.
Pmax y2
여기서, Pmax는 최대압력, t는 격막의 두께, h는 변형전 상태의 유전체 시트 상부의 격막의 높이, σy는 탄성한계에서의 항복응력, E는 재질의 영율이다.
이 한계는 격막과 유전체 사이의 최대 접촉 직경을 의미한다. 직경 D의 격막의 경우, 최대 접촉직경 dmax는 다음과 같다.
dmaxy
수학식 18과 19를 이용하면, 다음 특성을 갖는 인-황동으로 이루어진 격막을 사용하기에 적절하다고 볼 수 있는바, 영율 E=110㎬, 항복응력 σy=500㎫이다.
유전체 시트(84) 위로 높이 0.1㎜에서 설정된 작업직경 20㎜이고 두께 0.4㎜인 격막에 가할 수 있는 최대 압력은 5.5 bar이다. 커패시턴스의 범위는 사용된 유전체의 재질과 그 두께에 따라 변한다. 유전상수가 3이고 두께가 0.05㎜일 경우, 커패시턴스는 제로압력에서의 50㎊으로부터 3bar에서의 120㎊까지 변한다고 예측할 수 있다.
기판(78)윗면에 인쇄된 전극(84)이 디스크 형태이면, 압력-커패시턴스 특성이 실제 압력범위 이상의 제곱곡선에 근접한다. 필요하다면, 예컨대 클로버 잎새형 전극 등, 기판에 인쇄된 전극의 형상을 조절하여 압력-커패시턴스 특성을 바꿀 수 있다.
릴레이모듈의 회로의 일례가 도 10에 블록도 형태로 도시되었다. 도 10에서, 릴레이모듈 회로는 여기발진기(70), 여기발진기에 연결된 버퍼(72) 및 버퍼에 연결된 소스 임피던스(74)로 구성된 구동부를 포함한다. 소스 임피던스(74)는 릴레이모듈과 관련된 고정안테나(3)에 접속된다.
릴레이모듈 회로는 소스 임피던스(74)에 연결된 검출기(76), 검출기에 연결된 증폭기/필터(78) 및 증폭기/필터에 연결된 스퀘어러(squarer)(80)로 이루어진 수신구간을 더 포함한다. 한편, 수신구간은 (센서모듈이 도 7의 중간발진기(60)를 포함할 경우에는) 디코더 전압 제어 발진기(82)를, 및/또는 주파수 분주기(84)를 포함할 수도 있다. 끝으로, 릴레이모듈 회로는 스퀘어러(80)에 연결된 전류싱크(86)와 공급조절기(88)로 이루어진 전원 및 전류 조절구간을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서 릴레이모듈 회로의 이들 3개 구간에 대해 도 11(A)-11(C)를 참조하여 자세히 설명한다.
도 11(A)는 구동부의 회로를 보여준다. 도 11(A)의 구동부 회로의 구성이 표3에 주어진다.
성분 값
C11 47㎌ 10V 또는 16V
C12 100㎋
C13 22㎊
C14 22㎊
C15 100㎋
IC1 74HC04
L1 33uH
R16 330R
R18 1M
X1 10㎒
여기발진기(70)는 인버터(IC1a), 세라믹 공진기(X1), 저항(R18) 및 커패시터(C13,C14)로 구성된다. 여기발진기(70)는 세라믹 공진기(X1)의 공진주파수, 본 실시예에서는 10㎒를 갖는 출력신호를 생성한다.
버퍼(72)는 발진기(70)의 출력신호를 구형파로 만드는 구동인버터(IC1b), 및 이 인버터의 출력에 병렬로 연결된 4개의 인버터 소자들(IC1c-IC1f)를 포함한다.
소스 임피던스(74)의 일부분은 버퍼(72)의 출력에 연결된 직렬 저항(R16)이다. 버퍼 출력은 DC-블로킹 커패시터(C15)와 옵션품목인 인덕터(L1)를 통해 고정안테나(3)에 연결된다. 릴레이모듈과 센서모듈 사이에 저항성 결합이 아닌 유도성 결합이 채택되면, 버퍼 출력과 고정 안테나 사이에 그 대신 다른 값의 인덕터가 연결된다.
도 11(B)에 도시된 수신부에서, 검출기(76)는 다이오드(D1), 커패시터(C5) 및 저항(R5)으로 구성된다. 검출기는 여기 엔벨로프의 음극측의 버퍼출력에서 전압 엔벨로프를 검출하는 기능을 한다.
검출기(76)에 의해 생성된 검출신호는 증폭기/필터(78)로 보내진다. 증폭기/필터(78)는 직렬의 제1, 제2 증폭단을 갖는다. 저항(R6,R7), 커패시터(C6,C7), 다이오드(D2,D3) 및 연산증폭기(IC2a)로 구성된 제1단은 15㎑에서 약 11의 전압이득을 갖는 비반전 증폭기 기능을 하고 필터링 기능을 포함한다. 결합 커패시터(C6)에 의해 저주파 거부반응이 일어나고, 궤환 커패시터(C7)에 의해 고주파 거부반응이 일어난다. 궤환루프의 다이오드(D2,D3)는 하이레벨의 입력신호들을 제한한다.
저항(R8-R11), 커패시터(C8,C9) 및 연산증폭기(IC2b)로 구성된 제2 증폭단은 15㎑에서 약 11의 전압이득을 갖는 반전 증폭기 기능을 한다. 역시, 결합 커패시터(C8)는 저주파 거부반응을 제공하고, 궤환 커패시터(C9)는 고주파 거부반응을 제공한다. 저항(R8,R9)은 제2 증폭단의 출력을 공급전압의 약 1/3의 전위로 바이어스하는 전압 분주기 네트웍을 제공한다.
증폭기/필터(78)의 출력전압은 저항(R12)을 통해 스퀘어러(80)의 다른 연산증폭기(IC2c)에 인가된다. 저항(R15)은 IC2c에 정궤환을 제공한다.
스퀘어러의 출력은 전류싱크(86)에 연결된다.
도 11(B)의 성분들을 표 4에 제시한다.
성분 값
C4 1㎌
C5 4.7㎌
C6 2.2㎌
C7 100㎊
C8 2.2㎌
C9 100㎊
C10 100㎌
D1 BAT17
D2/D3 BAV199
IC2 MC33204D
R5 24K
R6 4.7K
R7 100K
R8 22K
R9 12K
R10 4.7K
R11 100K
R12 1K
R13 10K
R14 1M
R15 100K
도 11(C)에 도시된 바와 같이, 전류싱크(86)는 저항(R1-R4,R17), 서미스터(TH1), PNP 쌍극트랜지스터(Q1,Q2), NPN 쌍극트랜지스터(Q3,Q4) 및 n-채널 FET(Q5)로 구성된다.
트랜지스터(Q1,Q2)는 전류미러 분로형태로 연결되고, 저항(R1,R2) 사이의 비율에 의해 이득은 100으로 설정된다. 전류미러분로는 트랜지스터(Q3)와 저항(R4)을 통해 병렬 서미스터(TH1), 저항(R3) 및 FET(Q5)에 연결된다. FET(Q5)의 게이트는 스퀘어러(80)의 출력에 의해 구동된다.
FET(Q5)가 스퀘어러 출력에 의해 오프되면, 트랜지스터(Q5)에 전류가 흐르지 않으며, 전류싱크(86)에 의해 싱크된 전류는 TH1과 R3, R4에 의해 결정된 가변전류이다. 반대로, Q5가 스퀘어러 출력에 의해 온되면, FET(Q5)의 드레인이 접지되어, 약 1㎃의 고정전류가 전류싱크에 흐르고(트랜지스터(Q3)의 에미터 전위는 베이스가공급전압 +V(이 경우 +5V)에 연결되기 때문에 약 4.3V로 고정됨), 저항(R4)은 4.3㏀이다. 트랜지스터(Q4)와 저항(R17)은 Q1을 통해 흐르는 전류를 제한하기 위해 바이패스 기능을 한다. Q1의 전류는 Q2에 흐르는 전류와 같은 약 1㎃이다.
트랜지스터(Q3)를 통해 싱크되는 어떤 전류도 전류미러에 의해 100의 인자로 증폭되므로, Q5가 온되면 100㎃의 고정 하이레벨 전류가 전류미러를 통해 인출되는 반면, Q5가 오프되면, 서미스터(TH1)에 의해 측정된 주변온도의 영향을 받는 로우레벨 전류가 인출된다.
서미스터(TH1)가 주변온도를 측정하는 것이 반드시 필요한 것은 아니다. 예컨대, 릴레이모듈과 무관하게 주변온도를 측정하여 표시모듈에 보낼 수 있다. 많은 자동차들은 주변온도정보를 표시모듈에 제공할 수 있는 주변온도센서를 이미 구비하고 있다. 그러나, 스페어 타이어용 릴레이모듈이 주변온도센서를 장착하기에 편리한 위치일 수도 있고, 이 경우 온도에 비례하는 전류를 인출하는 도 11(C)의 회로를 이용하여 표시모듈로 전송된 데이타를 하드와이어를 통해 표시모듈에 연결할 수 있음도 예견된다. 표시모듈에 사용하기에 적절한 디코더에 대해서는 후술한다. 릴레이모듈에 주변온도센서가 없으면, 전류미러분로(전류조절분로)를 생략할 수 있고, 이 경우 릴레이모듈내의 전류싱크(86)에 의해 싱크된 전류의 크기는 적절하지 않으며, 싱크된 전류의 주파수 변동만이 측정된다.
마지막으로, 도 11(C)에 도시된 전원조절기와 전류제어부는 수신부와 구동부용의 공급전압(+5V)을 표시모듈로부터 중계모듈로 공급된 전원전압(+12V)으로부터 유도하는 표준형 IC 전압 레귤러(regular)(REG1)를 포함한다.
커패시터(C1)는 디커플링 전압을 제공하고, 제너다이오드(Z1)는 릴레이모듈을 과전압으로부터 보호한다.
도 11(C)의 회로의 구성은 표 5와 같다.
성분 값
C1 100㎋
Q1/Q2 BCV62C
Q3 BC846
Q4 BCP55
Q5 FDV301N
R1 4.7R
R2 470R
R3 7.5K
R4 4.3K
R17 680R
REG1 LM78L05
TH1 4.7K
Z1 14V
릴레이모듈과 센서모듈의 동작이 도 12(A)-12(H)의 파형도에 도시되어 있다. 도 12(A)는 도 11(A)의 구동부에 의해 고정안테나(3)에 인가된 전압을 보여준다. 세라믹 공진기(X1)에 의해 설정된 주파수는 10㎒이고, 피크-피크 진폭은 약 5V이다.
도 12(B)는 센서모듈의 센서발진기(58)의 출력전압을 보여준다. 이 전압은 압력센서(S101)와 서미스터(T101)에 의해 측정된 압력(P)과 온도(T)에 따라 10-20㎑의 주파수를 갖는다. 피크-피크 진폭은 약 3V이다. 한편, 도 12의 각 파형도는 단지 개략적인 것일 뿐이고, 본 실시예에서 도 12(A)의 전압주파수는 도 12(B)의 전압주파수보다 50 내지 100배 크다는 것을 알 수 있다.
도 12(C)는 센서모듈의 공진기(52)에 걸리는 전압을 보여준다. 도 4에 따르면, 공진기의 커패시턴스가 센서발진기의 출력에 의해 변조되지만, 공진기 전압(VL)은 크게 변하지 않음(공진기(52)의 공진주파수의 0.85 이하부터 0.97 이상의 범위내에 여기주파수가 있음)을 알 수 있다. 이것은, 센서발진기 출력전압의 변동에 무관하게 충분히 높은 전력이 릴레이모듈로부터 센서모듈로 공급된다는 것을 의미한다(도 4의 공진전압은 정규화된다).
도 12(D)는 도 11(A)의 구동부의 소스 임피던스(R16)와 결합 커패시터(C15) 사이의 접합부에 걸리는 전압을 보여준다. 도 3에 따르면, 공진기(52)의 공진주파수의 0.85 이하 내지 0.97 이상의 범위에 여기주파수가 있을 때, (센서발진기의 출력주파수에서 변조기(62)에 의해 유도되는) 공진 커패시턴스의 변동은 릴레이모듈 구동부의 소스 임피던스에서 생기는 전압변동을 유도할 수 있음을 알 수 있다. 이 전압변동의 크기는 본 실시예에서는 적절하지 않은바, 측정되는 것은 주파수 변동이다.
도 12(E)에는 도 11(B)의 릴레이모듈 수신부의 검출기(76)에 의해 생성된 검출신호가 도시되어 있다. 검출기(76)의 다이오드(D1) 때문에, 검출기(76)는 소스 임피던스(R16)에서 전압의 네거티브 엔벨로프를 검출한다. 통상, 검출기(76)의 출력전압에서의 피크-피크 변동은 공진기 커패시턴스의 1% 변동에 대해 여기전압의 2.5%이다.
도 12(F)는 수신부의 증폭기/필터(78)의 출력전압을 보여주고, 도 12(G)는 스퀘어러(80)의 출력전압을 보여준다.
끝으로, 도 12(H)는 릴레이모듈에 의해 인출된 전류를 보여주는바, 뒤에 설명하는 바와 같이, 인출된 전류의 주파수 변동이 표시모듈에 의해 측정되는 것이다. 인출된 전류는 릴레이모듈에서 측정된 주변온도에 따라 고정값인 상한 100㎃와 가변값인 하한 40㎃ 사이에서 변조된다.
센서모듈에 중간발진기가 제공된 경우, 측정된 몫 ρ를 나타내는 신호가 서브캐리어의 복조에 의해 회복되어야만 한다. 서브캐리어가 주파수 변조될 경우, PLL 복조법이 가장 적절하다. 스퀘어러(80)의 출력은 PLL 회로로 공급되고, 도 10의 전압제어발진기(VOC, 82)의 출력과 비교된다. 스퀘어러와 VCO의 출력신호들 사이의 위상을 고정하기 위해 VCO의 주파수를 조절하도록 차신호가 생성된다. VCO 제어전압은 원래의 변조신호와 동일하다. 이 전압은 증폭 및 구형화되고 전류싱크(86)를 구동한다.
도 10에 도시된 디지탈 분주기(84)를 스퀘어러(80)와 전류싱크(86) 사이에 설치하여 릴레이모듈과 표시모듈 사이의 신호주파수를 감소시킬 수 있다. 이 방법은, 두개의 모듈들 사이의 연결로 인해 신호주파수대역에서 잡음이 발생될 경우 바람직할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시모듈(5)의 블록도이다. 이 회로는 전력조절기(90), 클럭발진기(92), 마이크로콘트롤러(94), 멀티플렉서(96), 신호변환기(98) 및 디스플레이(100)로 구성된다. 옵션품목으로서, 사운더(102)와 주변압력 센서회로(104)를 추가할 수도 있다.
마이크로콘트롤러(94)는 최소한 주파수 측정 목적의 카운터와 주변온도 측정 목적의 아날로그-디지탈 섹션(ADC; analog-to-digital section)을 포함한다. 마이크로콘트롤러는 멀티플렉서(96)를 제어하고 디스플레이(100)를 구동하기에 충분한 출력을 가져야 한다.
멀티플렉서(96)는 릴레이모듈의 갯수 만큼의 입력을 갖는 다입력/단출력 표준 디지탈 멀티플렉서이다. 주변압력 센서회로(104)용으로 다른 입력이 필요할 수도 있다.
신호변환기들(98)중의 하나는 릴레이모듈들 각각에 할당된다. 앞서 지적한대로, 각각의 릴레이모듈의 출력신호는 전원선의 전류신호로서 관련 릴레이모듈로 전송된다. 표시모듈내의 각각의 신호변환기는 따라서 전류신호를 입력용 전압신호로 변환하여, 멀티플렉서(96)를 통해 마이크로콘트롤러(94)로 입력하는데 필요하다.
신호변환기의 설계는 릴레이모듈에 의해 생긴 전류신호의 형식에 따라 다르다. 릴레이모듈이 센서발진기의 주파수와 동일한 주파수의 디지탈 출력신호만을 생성하면(또는 주파수 분주기를 릴레이모듈에 사용하여 센서발진기의 주파수를 분주하면), 도 14에 도시된 종류의 신호변환기를 사용할 수 있다. 도 14의 신호변환기에 사용하는 성분값들이 표 6에 제시된다.
성분 값
Q201 BC77
R201 8.2R
R202 6.8R
R203 5.1K
R204 3.3K
도 14의 회로에서, 전류감지저항(R201)은 릴레이모듈에 의해 유도된 전류가 소정의 임계치, 이 경우에는 약 75㎃를 초과할 때 PNP 트랜지스터(Q201)를 온시키기에 충분한 베이스-에미터 전압을 제공한다. 멀티플렉서(96)를 통해 마이크로콘트롤러(94)에 인가하기 위한 입력신호(INPUT)는 저항(R202,R203)에 의해 전압을 분할한 뒤 트랜지스터(Q201)의 컬렉터로부터 유도된다. 다이오드(D201)는 INPUT 신호에 대한 과전압 보호기능을 한다.
릴레이모듈이 아날로그 전류신호(예; 도 11(C) 회로에서처럼 주변온도에 따른 전류신호)를 생성하면, 도 15에 도시된 다른 회로는 도 14의 회로에 신호변환기를 더 포함한다. 도 15의 회로에 사용되는 두개의 다른 성분들의 리스트가 표 7에 제시된다.
성분 리스트 1 리스트 2
C301 100㎌ 100㎌
C302 10㎌ 47㎌
Q301 BC177 BCV62
Q302 BC177 BCV62
R301 10R 4.7R
R302 1K 470R
R303 10K 10K
R304 100K 22K
도 15의 회로는 DC전류의 AC 전류가 흐르는 라인의 최소전류를 감지하고(이 전류의 역방향 흐름은 허용되지 않음), 감지된 최소전류에 비례하는 전압을 생성한다. 트랜지스터(Q301,Q302)는 각각의 에미터 저항(R302,R301)의 저항비에 의해 100:1의 전류미러를 형성한다. 트랜지스터(Q302)와 커패시터(C302)와 저항(R304)은 함께 네거티브 엔벨로프 검출기를 형성한다. 이 검출기에서 Q302는 다이오드로서 효과적으로 기능한다. C302로 인해 Q301, Q302에 기본적으로 공급라인 전압에 비해 일정한 베이스전압이 유지되어, R301의 전류가 증가되었을 때 Q302가 잠시동안 오프되어 트랜지스터에 대한 베이스 바이어스에 변화가 없기때문에, R301에 흐르는 낮은 레벨의 전류만이 감지된다. Q301은 낮은 레벨의 전류에 적절한 레벨로 계속 도전된다. Q301의 컬렉터 전류는 저항(R303)에 의해 전압으로 변환된다. 이 전압은 도 14의 신호변환기에 의해 생성된 INPUT 신호에 더해져 마이크로콘트롤러(94)에 공급된다. Q301 컬렉터 전류는 R301에 흐르는 저레벨 전류의 1/100이므로, R303의 전압은 저레벨 전류의 100㎷/㎃이다.
도 13의 주변압력 감지회로(104)를 이용하면, 센서모듈의 센서발진기(34)와 동일한 형태로 될 수 있다. 이 경우, 주변압력 센서회로의 구형파 출력이 멀티플렉서의 다른 입력에 직접 인가될 수 있고, 중간신호 변환기는 불필요하다.
마이크로콘트롤러(94)는 이어서 멀티플렉서(96)를 시퀀싱하여 릴레이모듈로부터의 신호변환된 INPUT 신호를 수신한다. 이 신호는 일정 기간에 걸쳐 사이클의 갯수를 카운트하는 내부 카운터로 전송된다. 따라서, 각 신호는 디지탈값을 나타내는 주파수로 변환된다. 다음, 수학식 7을 기본으로, 이들 디지탈 값을 압력-온도 몫(ρ)의 대응 값으로 변환하는데 검사 테이블을 이용한다. 주변온도를 표시하는 아날로그 전류신호를 생성하는 릴레이모듈의 경우, 도 15의 다른 회로에 의해 생성된 아날로그 전압이 마이크로콘트롤러의 내부 ADC에 의해 주변온도(Ta)의 디지탈 값으로 변환된다. 이어서, 수학식 1을 이용해 상기 몫(ρ), 주변온도(Ta) 및 주변압력(Pa)으로부터 각 센서모듈의 게이지압력이 유도된다. 이 게이지압력(Pg)은 디지탈 값으로 출력될 수 있거나, 또는 마이크로콘트롤러(94)에 의해 필요한 어떤형식의 출력신호로도 변환될 수 있다.
마이크로콘트롤러의 기능은 필요하다면 기존의 내장형 마이크로콘트롤러나 마이크로컴퓨터에 병합될 수 있다.
전력조절기(90)는 표준 모노리딕 조절기로서 마이크로콘트롤러용의 선명한 조절전력을 제공하고 회로를 지원할 수 있다.
클럭 발진기(92)는 카운팅 목적으로 기준주파수신호를 제공하는데 필요하고, 따라서 그 정밀도는 측정치의 정확도에 영향을 준다. 그러므로, 클럭발진기(92)에 사용되는 것으로는 크리스탈이나 세라믹 공진기가 바람직하고, 발진기 증폭회로를 마이크로콘트롤러(94)에 병합하는 것이 편리하다.
디스플레이(100)로는 LCD, LED, 플라즈마를 포함한 어떤 타입도 사용할 수 있지만, 마이크로콘트롤러(94)에 의해 직접 구동되는 것이 바람직하다. 디스플레이의 형태는 자동차 디자이너의 취향에 따라 숫자, 막대차트 또는 단순히 고장 경고, 또는 이들의 결합일 수 있다.
필요하다면, 측정된 게이지압력이 임계치보다 높거나 낮을 경우를 소리로 경고할 수 있도록 사운더(102)를 설치할 수도 있다. 이 사운더는 마이크로콘트롤러에 의해 직접 구동되는 압전 트랜스듀서일 수 있다. 한편, 마이크로콘트롤러는 기존의 내장형 오디오 경고장치를 트리거하기 위한 오디오 출력 트리거신호를 생성할 수도 있다.
이상 설명한 배열을 다양하게 변형할 수 있음은 말할 나위도 없다. 이들 변형례의 몇몇에 대해 이하 설명한다.
두개의 바퀴가 공통 스터브 차축에 장착되어 있는 대형 상용차에는 도 6에 도시된 안테나 장치는 적절하지 않다. 바퀴들을 서로 교환할 필요성이 남아있지만, 조향되는 바퀴는 일반적으로 싱글형이고 피동되거나 부하를 받는 바퀴는 흔히 트윈형이다.
이 경우, 센서모듈과 휠 안테나 사이에는 바퀴를 장착한 뒤에 부착되는 링크를 사용하는 것이 바람직하다. 각 단부에 커넥터가 달린 동축케이블들은 바퀴를 분해하기 전에 제거되고 재장착한 뒤 교체될 수 있다. 이런 종류의배열이 도 16에 도시되어 있다.
도 16에는 두개의 바퀴(110A,110B)를 갖는 멀티-휠 차축배열이 도시되어 있고, 각각의 바퀴는 관련 타이어(112A,112B)를 갖는다. 이들 바퀴는 허브(116)를 갖는 공통 차축(114)에 장착된다. 브레이크슈(120)를 둘러싼 브레이크드럼(118)은 내측 타이어(112A)의 중앙부에 수납된다.
이런 배열에서, 두개의 타이어(112A,112B) 각각에 별개의 휠안테나(2A,2B)가 필요하고, 브레이크드럼(118)내에 이들 안테나가 수용된다. 두개의 휠안테나(2A,2B)는 허브(116)에 장착된 디스크형 캐리어(122)의 반대쪽 면에 각각 장착된다. 휠안테나 각각은 그 맞은편에 관련 고정안테나(3A,3B)를 각각 구비한다. 이들 고정안테나들은 각각의 릴레이모듈(4A,4B)와 함께 브레이크 뒷판(124)에 장착된다. 도시된 바와 같이, 고정안테나(3A)는 관련 휠안테나(2A)의 내부에 있고, 고정안테나(3B)는 관련 휠안테나(2B)의 외부에 있다. 각각의 휠안테나는 동축케이블(126A,126B)을 통해 관련 센서모듈(1A,1B)에 연결된다. 이들 동축케이블은 허브 플랜지내의 비아홀들을 통해 브레이크 드럼과 휠 디스크들에 형성된다. 한편, 이들 비아홀은 특별한 휠 스터드의 중앙축을 관통할 수도 있다. 릴레이모듈(4A,4B)과 표시모듈(5)의 연결은 브레이크 뒷판(124)의 비아홀에 의해 이루어진다.
도 16의 배열은 싱글휠과 함께 사용될 수도 있다. 디스크 브레이크에도 비슷한 배열을 사용할 수 있다.
전술한 도 7의 실시예에서, 센서모듈은 한가지 종류의 데이타만을 릴레이모듈로 전송한다. 한가지 종류 이상의 데이타를 전송하려면, 도 17에 도시된 바와 같이, 시분할 멀티플렉싱을 이용할 수 있다.
도 17에 도시된 변형된 센서모듈은 도 7에 도시된 센서모듈회로와 마찬가지로 공진기(52), 정류기(54) 및 변조기(62)를 포함한다.
도 7의 센서발진기(58) 대신에, 도 17의 변형된 센서모듈은 N개의 전압제어발진기들(VOC; 1591-158N)을 포함한다. 각각의 VCO(158)은 릴레이모듈로 전송하고자 하는 관련 입력신호를 수신한다. 이 입력신호는 관련 VCO의 발진주파수를 제어한다. VCO 출력들은 멀티플렉서(160)의 각각의 입력에 연결된다.
도 17의 센서모듈은 공진기(52)에 연결된 분주기(162), 분주기(162)에 연결된 카운터(164), 및 카운터(164)는 물론 멀티플렉서(160)에 연결되어 N+1번째 입력신호와 제어신호를 인가하기 위한 인코딩 논리회로(166)를 더 포함한다.
분주기(162)는 기준주파수로서 공진기 여기주파수를 이용하고 이 주파수를 적절한 인자로 분주하여 카운터(164)에 인가되는 클럭신호를 생성한다.카운터(164)는 소정 갯수의 클럭 펄스들을 카운트한 뒤 그 출력을 증가시킨다. 따라서, 카운터는 시분할 멀티플렉싱의 1 블록기간에 대응하는 주기(tblk)를 갖는 출력신호를 생성한다. 인코딩 논리회로(166)에서, 카운터(164)의 각각의 출력신호 펄스에 응답하여 제어신호펄스가 멀티플렉서(160)에 인가된다. 카운터(164)의 N+1번째 출력신호펄스마다, 인코딩 논리회로는 멀티플렉서(160)의 N+1번째 데이타입력에 동기 블록신호를 인가한다. 따라서, 멀티플렉서(160)의 N개의 데이타 입력들이 선택되고 이들 각각은 블록주기(tblk)로 할당된다. N개의 블록들이 블록주기(tblk)의 동기블록을 뒤따른 뒤, 엔코딩 논리회로(166)에 의해 제공된다.
동기블록은 표시모듈의 디코딩 논리에 의해 각각의 입력신호에 맞는 데이타를 재구성하는데 이용된다.
많은 바퀴를 갖는 트레일러의 경우에는, 릴레이모듈에 멀티플렉싱을 적용함으로써 트랙터와 트레일러 사이에 각각의 바퀴를 위한 별도의 연결을 피할 수 있다. 이렇게 하면 싱글와이어 외에도 접지 리턴에 대한 연결을 줄일 수 있다. 통상 표시모듈에 포함된 멀티플렉서는 이 경우 트레일러에 장착된 별도의 유니트에 내장된다. 이 유니트는 시분할을 동기시키는 기준신호를 생성하고 각각의 릴레이를 차례로 구동시킨다. 정확도를 크게 손상시키지 않고도 초당 40개의 바퀴들을 체크할 수 있다.
도 14에 도시된 단일 변환회로 대신, LED와 광트랜지스터를 포함한 광-아이솔레이터를 사용할 수도 있다. 이 경우, LED는 내장 회로감지 저항과 병렬로 연결되어, 적절한 임계전류에서의 저항의 전압강하가 LED의 다이오드 전압강하와 동일하게 할 수 있다. 다음, 컬렉터 부하에 연결된 광트랜지스터는 임계전류를 초과할 때 도전될 것이다.
어떤 적절한 형식의 공진기라도 이용할 수 있다. 공진기에 수동소자 대신에 능동소자를 이용하면, 공진기의 공진주파수에 영향을 주는 소자의 값은 영구값이나 실제값이라기 보다 사용시에만 구할 수 있는 유효값일 수 있다. 예컨대, 변조기는 증폭기의 네거티브 입력과 출력 사이에 커패시터를 연결함으로써 밀러 효과를 이용할 수 있다. 이 경우, 입력에서 나타나는 유효 커패시턴스는 증폭기의 이득에 곱해진다. 변조기에서, 가변 이득증폭기는 전류만이 변할 경우에 고려될 수 있고, 모든 소자값 자체는 변하지 않는다.
용량결합의 경우에 설명한바 있는 판형 안테나 대신에, 전도성 브러시나 와이어 메시를 포함한 어떤 형태의 안테나도 사용할 수 있다. 이 안테나는 도 19를 참조하여 후술되는 바와 같이 가요성일 수도 있다.
전술한 바와 같이, 변조기(62)는 가변캡 다이오드를 이용해 실현될 수 있지만, 이 경우 변조신호는 어느정도 공진전압과 혼합된다.
구형파 신호만을 전송하고자 할 경우에는, 다른 리액턴스가 공진기로 스위칭되어 변조를 실행할 수 있다. 작은 값의 커패시턴스에서의 스위칭은, 비록 이론적으로는 가능하지만, 스위칭 트랜지스터의 출력 커패시턴스때문에 실제로는 어렵다고 할 수 있다. 이 문제는 다른 인덕턴스에서의 스위칭에 의해 극복될 수 있다.
릴레이모듈에서, 조파로 인한 EMC 방출에 특히 엄격한 제한이 가해지면 사인파 순도를 향상시키기 위해 여기발진기(70)와 버퍼(72) 사이에 필터를 배치할 수 있다. 이 경우, 버퍼(72)는 디지탈 회로 보다는 선형증폭기로 구현될 필요가 있다.
변압기에서와 마찬가지로 2개의 유도 연결코일을 이용한 유도결합으로 릴레이모듈과 센서모듈을 연결할 수도 있다. 이 경우, 부하 임피던스(ZL)의 유도성 성분은 변압기의 누설 인덕턴스로 인한 것이다. 코일들이 느슨하게 결합되면, 이들 코일은 아주 커지고 가변적이다. 링크의 일부분으로서 다른 직렬 인덕터를 장치하면(도 11(A) 참조), 누설 인덕턴스의 변동을 흡수할 수 있고 용량결합에 대한 누설 인덕턴스에 유사한 이론이 적용될 수 있다. 이 경우, 여기주파수는 부하 공진기의 고유 공진주파수보다 높아진다. 용량결합에 비해 일반적으로 큰 전력을 전송할 수 있고 전체적인 임피던스를 낮출 수 있다.
하드-와이어 링크에 포함된 고정 인덕터 등과 함께 하드-와이어 링크를 이용해 송신기(센서모듈)와 수신기(릴레이모듈)을 연결할 수도 있다. 이런 배열은, 예컨대 리모트 제어 콘솔을 그 호스트 유니트에 연결하는데 사용할 수 있는바, 리모트 제어콘솔은 호스트 유니트로부터 전력을 요구하고 하나 이상의 제어신호를 호스트 유니트로 전송한다. 하드-와이어 링크는 하나의 동축케이블일 수도 있다.
다음, 쌍방향 시그널링을 위해 제공될 수 있는 이조공진기의 원리에 대해 설명한다. 이조 공진회로가 동작하면, 부하 공진기의 전압이 최소로 될 때 여기주파수가 존재한다. 이 지점 부근에서 동작하면, 공진기의 반응성 성분들의 작은 변동에도 부하전압은 거의 변동되지 않으면서 부하전류는 상당히 변동된다.
예컨대, 이 주파수에서 동작하면, 공진 커패시턴스(C)의 ±2% 변동에도 부하전류는 ±10% 변동하지만 부하전압은 겨우 -0.5% 변동한다. 이는, 전류변동이 가 전압변동의 40배임을 의미한다.
이런 성질때문에 공진기는 전류만을 변동시키는 출력신호와 혼합되지 않고 전압을 변동시키는 입력신호들의 수신기 기능을 발휘할 수 있다.
전원에서 부하로 전송되는 신호를 이용해 여기전압이 진폭변조되면, 이 신호는 표준 전압진폭 검출기로 검출되어 부하에서 회복될 수 있다. 여러 신호들이 부하공진기에서 혼합되지 않고 부하에서 전원까지 동시에 전송될 수 있다.
전원공진에서 검출된 신호는 부하저항기로부터의 전류신호와 전원에 의해 공급된 전압신호가 혼합된 것이다. 그러나, 전원공진으로부터 취한 감지신호가 전원에서 부하로 전송되는 필요한 신호와 함께 복조되면, 이 감지신호가 전원의 검출회로로 보내지기 전에, 전원으로부터의 출력신호가 거부되고 부하로부터의 입력신호가 회복된다.
따라서, 양방향의 전체 대역폭을 이용해 주파수 시프팅이나 멀티플렉싱 없이 쌍방향 동시 시그널링이 발생할 수 있다.
도 18은 쌍방향 신호전송을 위해 릴레이모듈(전원)과 센서모듈(부하)을 변형하여 쌍방향 신호전송을 허용하는 배열의 블록도이다. 도 18에서, 변조기(182)는 전원에서의 여기발진기(70)와 구동기(72) 사이에 삽입된다. 이 변조기(182)는 부하로 전송하고자 하는 신호(DATA IN)에 따라 여기발진기에 의해 생성된 여기신호의 진폭을 변조하는 아날로그 곱셈기를 포함한다. 전술한 바와 같이, 진폭변조 여기신호는 버퍼링되고 부하에 전원을 결합하는 반응성 링크에 소스 저항(74)을 통해 공급된다.
부하에서, 공진기(52)의 전압 엔벨로프를 검출하여 전원의 변조기(182)에 인가된 신호(DATA IN)를 유도할 수 있는 검출신호(DATA OUT)을 생성하도록 공진기(52)의 전압 엔벨로프를 검출하는 검출기(188)가 제공된다.
소스 저항(74)의 전압이 감지되고 변조기(180)의 반전증폭기(186)의 반전입력에 인가된다. 증폭기(186)의 비반전 입력은 소정 바이어스 전위로 설정된다. 변조기(180)는 변조기(182)의 아날로그 곱셈기에 대응하여 증폭기(186) 부근의 궤환루프에 연결되는 다른 아날로그 곱셈기(184)를 포함한다.
변조기(180)의 아날로그 곱셈기(184) 역시 DATA IN 신호를 수신하고, 이에 따라 증폭기(186)는 아날로그 분주기로 기능한다. 전원에서 계속 검출할 목적으로 사용되고 증폭기(186)의 출력에서 생성된 감지신호는 따라서 여기신호의 진폭변조에 의한 영향을 받지 않는다.
도 18의 회로는 여기주파수와 부하공진기 사이의 적절한 이조가 이용되는 어떤 형태의 반응성 링크(용량성 또는 유도성 링크)에도 적용될 수 있다.
동시 쌍안정 시그널링 대신 시분할 멀티플렉싱을 이용할 수도 있는데, 이 경우 릴레이모듈은 센서모듈로 한가지 위상의 신호를 전송하고, 센서모듈은 릴레이모듈에 그 다음 위상의 신호를 전송한다. 이 경우, 릴레이 모듈에서의 입력신호의 검출이 출력신호의 진폭변조에 의해 영향을 받지 않기 때문에 릴레이모듈의 복조기는 생략할 수 있다.
또, 하나의 릴레이모듈을 두개 이상의 센서모듈에 동시에 결합한 쌍방향 시스템을 채용할 수도 있다. 이 경우, 모든 센서모듈이 도 18의 검출기(188)를 구비할 필요는 없다. 릴레이모듈로부터의 신호 수신을 촉진할 필요가 있는 센서모듈에만 검출기를 설치하면 된다.
부하에서의 입출력 신호분리가 만족스럽게 이루어지려면, 쌍방향 신호전송이 실시될 때 소자의 허용오차가 더 중요하다.
쌍방향 신호전송은 전원과 부하 사이의 하드-와이어 링크로 이루어질 수도 있다. 이 경우, 예컨대 상태표시기능을 갖는 키패드 등의 상태표시기능과 제어기능을 모두 구비한 리모트 제어콘솔을 하나의 동축케이블만을 이용해 호스트 유니트에 연결할 수 있다.
타이어 압력측정과 관련해 전술한 신호전송기술은 다른 여러 경우에도 이용될 수 있다. 양방향으로 동시에 데이터를 전송하기 위해 이조공진기를 회로에 병합하는 기술은 시스템의 복잡도를 낮출뿐만 아니라 보안성을 강화하는데도 이용될 수 있다. 이조 공진회로는 또한 성분값 변동에 대한 고유 허용오차때문에 단방향 데이타 전송에 사용될 때 비용을 절감할 수 있다. 전력이 낮은 경우에 더 적절하지만, 안테나 설계의 단순화와 자유도에 속하는, 저전력 전계(용량성) 결합부의 국부화된 전계와 EMC 면역으로 인해 용량성 결합기술은 기존의 자기결합 전송시스템보다 많은 이점이 있다.
본 발명을 이용한 신호전송기술의 많은 다른 경우에 대해 이하 간단히 설명한다.
첫째, 기계장치의 회전부품이나 왕복부품에 장착된 각종 센서들과 데이터를주고받거나 이들 센서들을 작동시키는데는 항상 문제점이 수반된다. 본 발명을 이용한 결합방법은 일반적으로 모든 경우에 적용될 수 있고, 전자기 간섭에 대해 비접촉, 국부화 및 높은 면역 특성을 제공한다. 이 방법은 또한 습하고 기름기 많은 환경에서도 적용될 수 있다. 예컨대, 회전축을 통해 전송된 토크를 측정하는데 이용할 수도 있다. 신호조절회로 및 적절한 센서모듈회로와 함께 축에 장착된 스트레인 게인지는 축과 동축인 안테나와 함께 상기 결합법을 이용해 동작되고 감지될 수 있다.
둘째, 본 발명의 실시예는 데이타 전송의 보호에 이용될 수 있다. 데이타를 쌍방향으로 전송하는데 이조 공진회로를 이용하면, 두개의 데이타 신호들이 혼합신호로서 효과적으로 서로 곱해진다. 전원에서는 입출력 신호들이 서로 혼합된다. 출력신호에서 입력신호를 분리하려면, 혼합신호를 기존의 출력신호로 효과적으로 나눌 필요가 있다. 출력신호에 관련된 전원에서의 국부적으로 이용가능한 정보가 없으면, 혼합신호를 분리할 수 없다. 이것은, 두개의 신호들이 전송되고 있을 때 전원과 링크 리액턴스 사이의 연결에 의해 데이타가 보호됨을 의미한다.
와이어 링크에 걸쳐 이런 형태의 보안성이 요구되는 경우 역시 본 발명의 실시예들을 적용할 수 있다. 예컨대, 데이타를 소스에서 부하로 비밀리에 전송하는 시스템은 입력전송에 의해 동작될 수 있고 연결부를 효과적으로 보호하는 국부생성 랜덤신호로 변조될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 또한 전자키와 자물쇠에도 적용할 수 있다. 센서모듈에 기초한 키는 비접촉형일 수 있고 배터리를 필요로 하지 않는다.
예컨대, 하나 이상의 수신 시퀀스에 응답해 부호화된 시퀀스를 전송하는 하나 이상의 시퀀싱 카운터들 둘레에 키회로를 배치할 수 있다. 여러개의 시퀀스가 이용되고 그 전의 호출이나 응답의 완료 정도에 따라 각각의 시퀀스의 전송이 변한다면, 사용중인 키 시퀀스를 밝히는데 자물쇠는 물론 키도 독립적으로 지령을 받을 수 없다. 폐쇄결합을 이용하기 때문에, 시퀀스를 인터셉트당할 우려가 없다. 또, 동시 쌍방향 데이타 전송을 이용하기 때문에 신호 인터셉트에 대비한 보안성이 더 강화된다.
하나의 특별한 자물쇠에 여러개의 별도의 키를 사용할 수 있고, 각각의 키를 확인할 수 있다. 표준 암호 알고리즘을 이용할 수 있다. EEPROM 기술을 이용해 재프로그램 가능한 키들을 제조할 수 있으므로, 사용할 때마다 암호가 변경된다.
본 발명의 실시예들은 자물쇠에 키를 꽃지 않고 자물쇠를 키에 갖다댈 수 있는 접촉식 경우(예; 휴대용 판독기)에도 적절히 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 소위 스마트 카드에도 적용될 수 있다. 스마트 카드란 집적회로칩이 내장된 카드이다. 통상, 이런 스마트카드는 전력이나 신호전송을 위해 카드와 카드판독기 사이의 전기적 접촉을 이용한다. 이런 기능을 달성하는 비접촉 방식으로서 유도결합을 이용할 것을 고려했지만, 이를 성공적으로 동작시키려면 결합코일들이 똑바로 정렬되어 사용상 어려움이 없어야 한다.
스마트카드에 적용된 본 발명의 일실시예에서, 스마트카드가 판독기에 결합될 때의 위치적 허용오차를 넓게 허용하는데 용량결합을 이용할 수 있다. 또, 용량결합은 자계보다 침투성이 약한 전계에 좌우되기 때문에, 전자기 간섭이 약하다.신호들을 쌍방향으로 동시에 전송할 수 있는 이조공진기의 성능 역시 스마트카드에 유리할 수 있다.
본 발명의 실시예들이 비접촉식 결합을 이용하고 안테나들을 절연할 수 있기 때문에, 어떤 실시예들은 감지의 목적이나 제어의 목적에 적합하고, 이 분야에서는 기본적으로 안전성이 보장된다. 본 발명의 실시예들은, 소스와 부하를 각각 밀봉할 수 있기 때문에 유체밀봉이 문제인 경우에 특히 적합하다. 기계적 진동이 문제이고 접촉방식을 이용할 경우 정전 축전 등의 마찰로 인한 피로나 고장으로 인해 파손되기 쉬운 곳에서는 본 발명의 비접촉방식을 이용해 간단히 해결할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들은 컴퓨터 마우스 등의 포인팅 장치에 적용될 수 있다. 이 경우, 안테나가 달린 무선컴퓨터 마우스는 고정 안테나가 달린 마우스패드에서 움직일 수 있다. 마우스는 컴퓨터에 하드-와이어를 통해 접속된다. 마우스에인코딩 회로를, 마우스패드에 디코딩 회로를 추가하는 표준 마우스 기술을 이용할 수 있다. 이 링크기술은 마우스패드의 스트립형 안테나에 연결된 3-상 구동기를 이용해 확장될 수 있다. 마우스는 회로를 완성하는 두개의 안테나, 에컨대 환형의 리턴안테나와 이에 동심 원형 안테나를 구비한다.
마우스 안테나들중 안쪽 안테나의 직경이 패드의 고정안테나들중 하나의 스트립과 같도록 안테나들을 배열한다. 리턴 안테나의 평균 환형직경은 고정 안테나 스트립 사이의 피치의 3배이고, 그 반경 폭은 하나의 스트립과 동일하다. 이렇게 하면, 마우스의 두개의 안테나가 단상의 고정전압을 받게 된다.
리턴신호를 검출하는데는 3개의 별개의 검출기들을 사용하는바, 각각의 위상과 그 신호들을 합해 주어진 임의의 시간에서의 위상들 사이의 평형과 무관한 싱글 신호를 제공한다.
어떤 경우에는 호스트 유니트에 대한 하드-와이어 결합이 없는 수동 입력장치를 구비하는데 유리하다. 본 발명의 실시예는 동력식 호스트장비에 키패드 등의 비동력 수동 입력을 접속하는데 적용될 수 있다. 이것은 유지보수, 남용 방지 등의 안전성이나 보안성이 문제되는 곳에 바람직할 수 있다. 일 실시예에서, 키 입력을 표시하기 위해 부호화된 신호를 전송하는 인코더에 키패드 매트릭스를 연결한다. 동작을 위해서는 키패드만이 안테나 표면에 근접되어야 한다.
마찬가지로, 호스트 장비로부터 상태정보를 제어하고 수신하는데 리모트 와이어-링크 콘솔들이 공통으로 사용된다. 이런 콘솔들은 지원장비에 의해 동작되고, 일반적으로 전력용 와이어연결과 신호용 와이어연결을 각각의 방향으로 별도로 필요로 한다. 본 발명의 실시예를 이용하면, 동축 싱글케이블이나 한쌍의 꼬인 케이블로 축소되어 케이블 비용과 복잡도를 상당히 감소시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 팽창식 보트나 기타 팽창구의 부력 격실내의 압력을 감지하는데 이용될 수 있다.
팽창식 보트는 통상 선체와 여러개의 팽창식 격실, 또는 선체의 측면을 형성하는 공기실에 단단한 갑판을 부착한 것이다. 이들 보트는 팽창상태에 있기 때문에 기본적으로 부력을 갖고, 종래의 선체와 달리 대량의 물을 운반할 경우에도 부유상태로 있을 수 있다.
팽창식 보트는 레저용이나 해안경비용으로 널리 이용된다. 선체의 팽창식 측면은 충돌의 위험이 있을 경우 특히 적절하고, 따라서 이들 보트는 해안에서 떨어진 곳에서의 구조작업에 널리 이용된다.
이들 보트의 팽창식 격실은 일반적으로 0.2-0.5 bar의 압력으로 팽창되고, 이 압력은 적절한 팽창을 확보하기 위해 정기적으로 체크되어야 한다. 격실에서 공기가 샐 경우, 부력은 아주 낮은 압력에서도 유지되지만, 보트외 구조적 일체성은 손상될 수 있다.
공기실의 격벽은 기체 투과성이 있기 때문에 압력을 무한정 유지할 수는 없다. 정확한 압력감시에 의해 과잉 누출을 경고할 수 있고 격실에 필요한 주의를 기울일 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 각 격실의 압력을 지속적으로 감지하고, 배의 조타실이나 브리지에 중앙상태표시장치를 설치하여 유지보수비를 절감하고 안전사고에 대한 경고를 할 수 있다.
어떤 선박에서는 격실 밸브에 압력감지장치를 설치할 수도 있지만, 팽창작용을 방해하고 밸브의 일체성을 해칠 수 있기 때문에 이런 장치를 설치하는 것은 부적절하다.
본 발명의 실시예에서는, 밸브에서 떨어진 격실내의 임의의 편리한 지점에 센서를 설치할 수 있고, 격실의 구조변경 없이 공기실 격벽을 통해 전력과 데이터를 전송할 수 있기 때문에 이런 문제들을 해결할 수 있다.
도 19는 팽창식 보트의 임의의 한 격실에 대한 압력감지장치의 예를 보여준다.
이 격실(200)은 그 내부에 부착되어 제1 가요성 방수패치(204)와 그 외측에부착된 제2 가요성 방수패치(206)를 구비한 격벽(202)에 의해 분리된다. 각각의 패치는 얇은 접착층(208)에 의해 격벽(202)에 부착된다. 각각의 패치는 절연 고무몰딩 형태이고, 직경은 약 75㎜, 중심부 두께는 10㎜이다.
제1 패치는 도 7-9를 참조해 전술한 센서모듈과 구조적으로 비슷한 센서모듈(1')을 포함한다. 그러나, 이 경우, 센서모듈(1')을 디스크 형태로 하기 위해 숫나사 기부는 없앴다. 제1 패치(204)는 두개의 안테나(2C,2D)를 더 포함한다. 안테나(2C)는 원형 디스크 형태이고, 안테나(2D)는 환형으로서 안테나(2C)의 둘레에 있다. 각각의 안테나는 도전성 고무로 구성된다. 센서모듈(1')은 내부접속 와이어(210)에 의해 안테나(2C,2D)에 연결된다. 센서모듈 케이싱이 센서모듈 커패시터의 판에 전기적으로 연결되면(도 9 참조), 센서모듈을 안테나(2D)에 연결하는 연결와이어(210)는 센서모듈 케이싱에 용접 등에 의해 연결될 수 있다. 이렇게 되면, 연결와이어의 통과를 위해 케이싱에 구멍을 형성할 필요가 없다.
도 9에서 설명한 바와 같이, 센서모듈(1')은 도전 격막(76') 밑에 가압실을 형성한다. 이 격막(76')은 제1 패치(204)의 고무 몰딩의 얇은 구간으로 덮여 주변으로부터 보호된다. 이런 얇은 구간의 강성은 격막(76') 자체의 강성에 비해 무시할 수 있을 정도이므로, 격실(200)의 내부압력은 격막(76')을 통해 투과된다.
제2 패치(206)는 릴레이모듈(4'), 제1 패치(204)의 안테나(2C,2D)와 동일한 안테나(3C,3D), 및 이들 안테나(3C,3D)에 릴레이모듈(4')을 연결하는 내부 연결와이어(212)를 포함한다. 제2 패치(206)의 안테나(3C,3D) 역시 전도성 고무로 이루어진다. 제2 패치(206)에는 케이블 인출부(214)가 일체로 형성되어 있고, 이곳을 통해 외부 연결와이어(216)가 릴레이모듈을 조타실의 표시모듈(도시 안됨)에 연결한다.
대지귀로용으로는 환형 안테나(2D,3D)가 사용된다. 이들 안테나는 대응 안테나(2C,3C)를 완전히 둘러싸기 때문에, 격실(200) 안팎에서 일어날 수 있는 습윤상태에서도 표류커패시턴스 로딩이 최소 상태로 유지된다.
각각의 피치가 완전히 고무로 형성되었기 때문에, 격벽(202)과 함께 이동하기에 충분한 유연성을 가질 수 있다. 격실(200) 내부로의 접근은 격벽에 걸린 부하를 분산시키도록 대부분 큰 형태를 갖는 밸브장치(도시 안됨)를 통해 이루어질 수 있다. 따라서, 이 장치는 어떤 선박에도 적합할 수 있다.
타이어와 달리, 격실(200) 내부에서는 사용중에 공기가 가열되지 않으므로, 격실은 주변온도를 유지한다. 따라서, 온도보정은 불필요할 것이다.
그러나, 내부압력이 대기압보다 약 25% 높기 때문에 대기압은 상당히 중요할 수 있다. 대기압을 측정하는 센서를 설치하면 대기압 변동을 표시모듈에서 보상할 수 있다. 사용되는 압력범위에 걸쳐 0.05bar 해상도의 압력 민감도를 쉽게 얻을 수 있다.

Claims (74)

  1. 적어도 하나의 성분을 갖는 공진수단을 포함하고, 상기 성분의 유효값이 공진수단의 고유공진주파수에 영향을 주고 사용중에 변할 수 있는 송신회로;
    상기 고유공진주파수와 다른 소정의 여기주파수를 갖는 여기신호를 상기 공진수단에 인가하기 위한 여기수단; 및
    상기 공진수단과 수신회로 사이를 결합하는 결합수단;을 포함하고,
    상기 수신회로는 상기 유효값의 변동을 상기 결합을 통해 검출할 수 있는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나의 성분은 공진수단의 반응성 성분인 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 여기주파수에서 상기 공진수단의 임피던스가 상기 결합부의 리액턴스와 상기 여기수단의 소스 임피던스를 보상하도록 상기 여기주파수를 선택하는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  4. 전항들중의 어느 한 항에 있어서, 상기 공진수단에 의해 생성된 부하전류가 공진수단에 흐르는 부하전압보다 크게 상기 유효값 변동에 응답하여 비례적으로 변동하도록 상기 여기주파수를 선택하는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  5. 전항들중의 어느 한 항에 있어서, 상기 유효값 변동에 응답하여, 공진수단에흐르는 부하전압의 변동을 검출할 수 없도록 상기 여기주파수를 선택하는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  6. 전항들중의 어느 한 항에 있어서, 상기 여기수단은 상기 수신회로에 포함되고, 상기 여기신호는 상기 결합부를 통해 상기 공진수단에 결합되는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 송신회로는 상기 수신회로에 의해 상기 공진수단으로 전송된 여기신호로부터 송신회로의 일부를 구동하는데 필요한 전원을 인출하기 위해 상기 공진수단에 연결된 전원구동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  8. 전항들중의 어느 한 항에 있어서, 상기 공진수단은 사용중에 전류-주파수 특성을 갖고, 상기 전류-주파수 특성은 최대 전류에서의 제1 주파수와 최소 전류에서의 제2 주파수에 의해 구분된 주파수 대역을 포함하며, 상기 주파수대역내에 있도록 상기 여기주파수를 선택하는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  9. 제1항 내지 제7항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 공진수단은 사용중에 전류-주파수 특성을 갖고, 상기 전류-주파수 특성은 최대 전류에서의 제1 주파수와 최소 전류에서의 제2 주파수에 의해 구분된 주파수 대역을 포함하며, 상기 주파수대역 외부에는 각각 상부 및 하부 반전주파수들이 있고, 상기 유효값 변동의 공진수단에 의해 인출된 부하전류에 대한 영향이 각각의 반전주파수에서 반전되며, 상기 상부 반전주파수는 상기 제1 및 제2 주파수보다 높고 상기 하부 반전주파수는 상기 제1 및 제2 주파수보다 낮으며, 상기 하부 반전주파수로부터 상기 상부 반전주파수까지의 주파수 범위내에 있도록 상기 여기주파수를 선택하는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  10. 전항들중의 어느 한 항에 있어서, 상기 결합이 반응성 결합인 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  11. 전항들중의 어느 한 항에 있어서, 상기 결합부가 무선 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  12. 전항들중의 어느 한 항에 있어서, 상기 결합부가 용량결합부를 포함하는 것을 특징으로하는 신호전송장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 여기주파수가 상기 고유공진주파수보다 낮은 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 여기주파수가 상기 고유공진주파수의 0.8배보다 큰것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 여기주파수가 상기 고유공진주파수의 0.85-0.97배 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  16. 제12항 내지 제15항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 용량결합부는 상기 공진수단에 결합된 제1 안테나, 및 제1 안테나를 마주보면서 상기 수신회로에 결합되는 제2 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 안테나 각각은 도전면을 포함하고, 상기 대향 안테나들이 일정 간격 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 도전면 각각이 절연층으로 덮이는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  19. 제1항 내지 제12항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 결합부가 유도결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  20. 제1항 내지 제10항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 결합부가 하드-와이어 결합부와 유도결합부로 구성되는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 여기주파수가 상기 고유공진주파수보다 높은 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  22. 전항들중의 어느 한 항에 있어서, 상기 공진수단과 상기 수신회로는 제1항의 상기 결합부 외에 이들 사이에 리턴경로를 제공하는 다른 결합부를 구비하는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 다른 결합부는 상기 공진수단에 결합된 제3 안테나 및 제3 안테나에 대향하고 상기 수신회로에 결합된 제4 안테나에 의한 용량결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  24. 제22항에 있어서, 상기 다른 결합부는 기계적 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  25. 제11항 내지 제18항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 공진수단은 상기 결합수단에 연결된 제1, 제2 단자들을 구비하고, 공진수단의 용량성소자는 상기 제1 단자와 공진수단의 노드 사이에 연결되며, 공진수단의 나머지 소자들은 상기 노드에 연결되어, 상기 제1 및 제2 단자들 사이의 표류 커패시턴스는 상기 노드와 제2 단자 사이의 상기 용량성소자와 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  26. 전항들중의 어느 한 항에 있어서, 상기 수신회로는 상기 유효값의 변동에 의해 상기 공진수단에 의해 인출된 전류의 변동을 검출할 수 있는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  27. 전항들중의 어느 한 항에 있어서, 상기 송신회로는 하나 이상의 소정의 인자들을 감지하는 센서수단을 포함하고, 상기 유효값의 변동은 상기 소정 인자들중의 하나 이상의 변동에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  28. 전항들중의 어느 한 항에 있어서, 상기 송신회로는 상기 공진수단에 연결되고, 제어신호에 따라 상기 유효값을 변동시킬 수 있는 변조수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 제어수단은 가변주파수의 발진신호이고, 상기 수신회로는 상기 유효값의 주파수 변동을 검출하여 제어신호 주파수를 결정할 수 있는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  30. 제28항 또는 제29항에 있어서, 상기 변조수단은 게이트는 공진수단에 연결되고 소스나 드레인은 상기 제어신호를 수신하도록 연결되어 있는 전계효과 트랜지스터를 포함하고, 이 전계효과 트랜지스터는 제어신호의 전위변동에 의해 게이트 커패시턴스가 변동하도록 비접촉 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  31. 제28 내지 제30항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 변조수단은 소정의 시분할 멀티플렉싱을 기반으로 한 다수의 제어신호들 각각에 의해 상기 유효값이 변동되도록 동작하는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  32. 제31항에 있어서, 상기 다수의 제어신호들이 소정의 시퀀스로 각각의 시간주기에 할당되고, 상기 송신회로는 상기 제어신호들을 디멀티플렉싱하는데 있어 상기 수신회로에 사용하기 위한 소정의 동기신호를 이들 연속적인 소정의 시퀀스들 사이에 삽입할 수 있는 동기수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  33. 제28항 내지 제32항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 송신회로는 서브캐리어 발진신호를 생성하는 서브캐리어 발진수단을 더 포함하고, 상기 서브캐리어 발진신호는 그 주파수가 상기 여기주파수보다 낮으며 상기 제어신호들 각각에 따라 변조되고, 상기 유효값은 상기 서브캐리어 발진신호에 따라 변동되는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  34. 제33항에 있어서, 상기 서브캐리어 발진신호는 상기 제어신호들 각각에 따라 주파수변조되는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  35. 상기 송신회로는 공진수단에 의해 생성된 전압이 최소 동작값 밑으로 강하할 때 상기 제어신호의 생성을 저지할 수 있는 디스에이블링 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  36. 제35항에 있어서, 상기 디스에이블링 수단은 주변 온도에 따라 상기 최소 동작값을 결정할 수 있는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  37. 제35항 또는 제36항에 있어서, 상기 디스에이블링 수단은 상기 송신회로에 포함된 대표 트랜지스터의 게이트 임계전압의 측정값에 따라 상기 최소 동작값을 결정할 수 있는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  38. 전항들중의 어느 한 항에 있어서, 상기 수신회로는 이 수신회로에서 송신회로로 전송되는 다른 신호에 따라 상기 여기신호를 진폭변조하는 변조수단을 포함하고, 상기 송신회로는 수신된 여기신호의 진폭에 의거해 상기 다른 신호를 검출하는 진폭검출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  39. 제38항에 있어서, 상기 수신회로는 상기 다른 신호와 함께 상기 송신회로내의 공진수단으로부터 유도되는 감지신호를 복조하도록 연결되어 여기신호의 진폭변조로부터 생성되는 변동을 상기 감지신호에서 소거할 수 있는 복조수단을 더 포함하고, 상기 복조된 감지신호는 상기 유효값의 변동을 검출하는데 이용되는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  40. 제1항 내지 제37항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 수신회로는,
    수신회로로부터 상기 송신회로와는 별도로 수신회로에 결합된 다른 회로로 전송될 다른 신호에 따라 상기 여기신호를 진폭변조하는 변조수단; 및
    송신회로내의 공진수단으로부터 생성된 감지신호를 상기 다른 신호와 함께 복조하도록 연결되어, 여기신호의 진폭변조로부터 생기는 변동을 상기 감지신호에서 소거할 수 있는 복조수단;을 더 포함하고,
    상기 감지신호는 상기 유효값의 변동을 검출하는데 이용되는 것을 특징으로 하는 신호전송장치.
  41. 서로 상대이동할 수 있는 제1 소자로부터 제2 소자로 센서 데이타를 전송하고, 제27항에서 청구된 신호전송장치나 제27항을 인용한 제28항 내지 제41항중의 어느 한 항에서 청구된 신호전송장치, 상기 제1 소자에 지지되기에 적합한 송신회로, 및 상기 제2 소자에 지지되기에 적합한 수신회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 감지장치.
  42. 제41항에 있어서, 상기 제1 소자는 상기 제2 소자에 대해 상대회전 가능한 것을 특징으로 하는 감지장치.
  43. 차체에 지지되기에 적합하고, 제27항에서 청구된 신호전송장치 또는 제27항을 인용한 제28항 내지 제40항중의 어느 한 항에서 청구된 신호전송장치를 포함하며, 차륜들중의 하나에 지지되기에 적합한 송신회로와 차체 새시에 지지되기에 적합한 수신회로를 포함하고, 센서수단에 의해 감지된 소정의 하나 이상의 인자들은 상기 하나의 차륜의 타이어 압력을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 압력 측정장치.
  44. 제43항에 있어서, 상기 센서수단은 압력을 측정하기 위한 압력감지수단과 이 압력감지수단과는 별개로 타이어 온도를 측정하기 위한 온도감지수단을 포함하고, 상기 송신회로는 상기 압력감지수단 및 온도감지수단과 연결되어 이들 감지수단의 측정결과를 결합함으로써 타이어 측정압력과 타이어 측정온도 사이의 비율의 함수에 따라 제어신호를 변동시키기 위한 결합수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압타이어 압력 측정장치.
  45. 제44항에 있어서, 상기 압력감지수단은 Cp=κp·Pφ(κp, φ는 상수)에 따라 압력감지수단의 동작 압력범위내에서 타이어 절대압력 P에 따라 변하는 커패시턴스 Cp를 가지며; 상기 온도감지수단은 Rt=κt·T-φ(κt는 상수)에 따라 온도감지수단의 동작 온도범위내에서 타이어 절대압력 T에 따라 변하는 저항 Rt를 갖고; 상기 결합수단은 상기 압력감지수단의 커패시턴스 Cp와 온도감지수단의 저항 Rt의 곱 RtCp에 따라 상기 제어신호가 변하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 타이어 압력측정장치.
  46. 제44항 또는 제45항에 있어서, 상기 압력감지수단은 트리밍 커패시터와 병렬인 용량성 압력감지소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 압력측정장치.
  47. 제44항 내지 제46항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 온도측정수단은 저항 네트웍의 서미스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 압력측정장치.
  48. 제47항에 있어서, 상기 서미스터는 네거티브 온도계수를 갖는 것을 특징으로 하는 타이어 압력측정장치.
  49. 제44항 내지 제48항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 결합수단은 그 용량소자내에 상기 압력감지수단을 포함하고, 그 저항소자내에 상기 온도감지수단을 포함하는 RC 발진수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 압력측정장치.
  50. 제49항에 있어서, 상기 용량성 소자의 한쪽이 대지전위에 연결되는 것을 특징으로 하는 타이어 압력측정장치.
  51. 제49항 또는 제50항에 있어서, 상기 RC 발진수단은 논리 RC 발진기를 포함하고, 상기 발진기는
    발진기 사용중에 비반전 출력신호를 생성하는 제1 출력노드;
    발진기 사용중에 반전 출력신호를 생성하는 제2 출력노드;
    타이밍 노드;
    상기 타이밍 노드와 제2 출력노드 사이에 연결된 저항수단;
    발진기 사용중에 고정전위로 유지되는 노드와 상기 타이밍 노드사이에 연결된 용량수단;
    상기 타이밍노드와 제1 출력노드 사이에 직렬연결된 제1, 제2 부위를 갖는 분주수단; 및
    발진기의 입력에 인가하기 위해, 상기 분주수단의 상기 제1, 제2 부위가 서로 연결된 공통 노드로부터 궤환신호를 인출하도록 연결된 궤환수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 압력측정장치.
  52. 제43항 내지 제51항중의 어느 한 항에 있어서, 제16항 내지 제18항중의 어느 한 항에서 청구된 신호전송장치를 포함하고, 적어도 하나는 절두원추형 형태인 제1 및 제2 안테나들을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 압력측정장치.
  53. 제52항에 있어서, 상기 제1 및 제2 안테나중 적어도 하나는 차륜에 360。이내의 각도로 면하는 것을 특징으로 하는 타이어 압력측정장치.
  54. 제52항 또는 제53항에 있어서, 상기 제1 안테나는 상기 차륜의 내측 림 밑에 위치하기에 적합한 것을 특징으로 하는 타이어 압력측정장치.
  55. 제43항 내지 제54항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 센서수단은 유전체를 사이에 두고 서로 마주보는 제1, 제2 전극들을 구비하고, 두개의 전극들중 적어도 하나는 센서수단에 압력이 걸렸을 때 다른쪽 전극을 향해 휘어져 전극들 사이의 커패시턴스를 인가 압력에 따라 변동시키기에 적합한 것을 특징으로 하는 타이어 압력측정장치.
  56. 제55항에 있어서, 두개의 전극들중 적어도 하나는 센서수단의 케이싱의 일부분을 형성하는 것을 특징으로 하는 타이어 압력측정장치.
  57. 제55항 또는 제 56항에 있어서, 상기 압력센서는 한쪽면에 전자부품이 장착되어 있고 다른쪽 면에 상기 전극들중 하나가 인쇄되어 있는 인쇄회로기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 압력측정장치.
  58. 제55항 내지 제57항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 압력센서의 전체 외면이 도전재로 이루어진 것을 특징으로 하는 타이어 압력측정장치.
  59. 제55항 내지 제58항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 압력센서와 송신회로는 상기 차륜에 지지되기에 적합한 센서모듈내에 서로 일체화되는 것을 특징으로 하는 타이어 압력측정장치.
  60. 제43항 내지 제59항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 수신회로는 하드-와이어 링크에 의해 서로 연결되는 제1 및 제2 모듈을 포함하고, 이 하드-와이어 링크를 통해 사용중에 두개의 모듈 사이에 전류가 흐르며, 상기 제1 모듈은 상기 유효값의 검출된 변동값에 따라 상기 전류를 변조하기 위한 전류변조수단을 포함하고, 상기 제2 모듈은 제1 모듈내의 상기 전류변조수단에 의한 전류변조를 검출하기 위한 전류검출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 압력측정장치.
  61. 제60항에 있어서, 상기 제1, 제2 모듈중의 하나는 상기 차륜 부근의 차체 새시에 장착된 릴레이모듈이고, 나머지 모듈은 자동차 대시보드 부근에 장착된 표시모듈인 것을 특징으로 하는 타이어 압력측정장치.
  62. 제60항 또는 제61항에 있어서, 상기 전류는 상기 유효값의 검출된 변동값에 따라 고저값 사이에서 디지탈 변조되는 것을 특징으로 하는 타이어 압력측정장치.
  63. 제62항에 있어서, 상기 고저값중의 적어도 하나는 상기 유효값의 검출된 변동값에 무관한 다른 신호에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 타이어 압력측정장치.
  64. 제63항에 있어서, 상기 다른 신호는 주변온도를 감지하기 위해 장치된 온도감지수단으로부터 생성되는 것을 특징으로 하는 타이어 압력측정장치.
  65. 제43항 내지 제64항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 수신회로는 Pg=P/T·Ta-Pa에 근거하여 상기 차륜의 타이어 게이지압력 Pg을 결정할 수 있는 게이지압력 결정수단을 포함하며, P와 T는 상기 센서수단에서 감지된 절대압력과 절대온도로서 송신회로에 의해 수신회로로 전송되며, Pa와 Ta는 각각 대기압과 대기온도인 것을 특징으로 하는 타이어 압력측정장치.
  66. 제1항 내지 제65항중의 어느 한 항에서 청구된 장치의 송신회로.
  67. 제1항 내지 제65항중의 어느 한 항에서 청구된 장치의 수신회로.
  68. 고유공진주파수에 영향을 주는 유효값을 갖는 적어도 하나의 성분을 구비한 공진수단을 포함하는 송신회로 및 사용중에 공진수단에 결합된 수신회로와 함께 사용하기 위한 신호전송방법에 있어서:
    상기 고유공진주파수와 다른 소정의 여기주파수를 갖는 여기신호를 상기 공진수단에 인가하는 단계;
    송신회로의 상기 하나의 성분의 상기 유효값을 변화시키는 단계; 및
    상기 유효값의 변화를 상기 결합부를 통해 상기 수신회로에서 감지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호전송방법.
  69. 첨부 도면을 참조하여 앞에 설명된 바와 같은 신호전송장치.
  70. 첨부 도면을 참조하여 앞에 설명된 바와 같은 송신회로.
  71. 첨부 도면을 참조하여 앞에 설명된 바와 같은 수신회로.
  72. 첨부 도면을 참조하여 앞에 설명된 바와 같은 신호전송방법.
  73. 첨부 도면을 참조하여 앞에 설명된 바와 같은 감지장치.
  74. 첨부 도면을 참조하여 앞에 설명된 바와 같은 타이어 압력측정장치.
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