KR20150005957A - 무선 센서 내의 가변 임피던스 소자의 측정 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
유도 송신기(112)에 의해 전력이 공급되고, 하나 이상의 감지된 파라미터에 기초하여 변하는 발진파를 생성하도록 구성된 무선 리모트 센서(110)가 제공된다. 발진파는 반사 임피던스에 의해 유도 송신기(112)에 전달되고, 이는 감지된 값(들)을 결정하기 위해 검출될 수 있다. 다른 측면에서, 본 발명은 감지된 값을 나타내는 전자기장을 생성하기 위한 내부 공진 회로를 갖는 휘트스톤 브릿지 구성을 갖는 무선 리모트 센서를 제공한다. 제3 측면에서, 본 발명은 기준 회로 및 센서 회로로부터의 광학 피드백을 갖는 무선 리모트 센서를 제공한다. 제4 측면에서, 본 발명은 코일의 크기 및/또는 모양이 온도가 증가 또는 감소함에 따라 변하도록 고열팽창 계수를 갖는 재료 상에 인쇄된 코일을 갖는 무선 리모트 온도 센서를 제공한다.
Description
본 발명은 무선 센서, 및 보다 구체적으로는 무선 리모트 센서에 원격으로 전력을 공급하고 원격으로 센서 값을 결정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
무선 리모트 센서의 개발에 대한 주목이 증가하고 있다. 무선 리모트 센서는 다양한 용도에 사용될 수 있다. 예를 들어, 무선 리모트 센서는 경피성 및 체내 의료 센서, 유도 전력 가열 및 조리 용기, 및 제품 포장 내에 위치한 센서를 포함할 수 있다. 일부 예시적인 무선 리모트 센서는 2011년 4월 8일자로 출원된 바아만(Baarman) 등의 발명의 명칭 "Point of Sale Inductive Systems and Methods"인 미국 특허 출원 제13/082,503호, 및 2011년 4월 8일자로 출원된 바아만 등의 발명의 명칭 "Point of Sale Inductive Systems and Methods"인 미국 특허 출원 제13/082,513호에 나타나있고, 이들 모두는 그의 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
무선 리모트 센서는 와이어 필요 없이 관련 정보를 측정하고 수신기에 그 측정값을 전달하기 위한 메커니즘을 제공할 수 있다는 점에서 편리하다. 예를 들어, 측정값은 센서에 플러깅함으로써 얻을 수 있다. 또한, 측정값을 얻은 후, 센서를 언플러깅할 필요가 없다. 체내 의료 센서에 있어, 센서와의 무선 통신의 중요성이 더욱 훨씬 더 크다.
무선 리모트 센서는 통상적으로 유도 트랜시버에 의해 전력을 공급받고 그와 통신한다. 이는 와이어 또는 다른 직접적인 전기적 접촉 필요 없이, 센서를 작동시키는 데 사용된 전력이 무선 리모트 센서에 제공될 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 다수의 종래 리모트 센서는 유도 무선 전력 공급장치로부터 무선으로 전력을 수신한다. 유도 전력 무선 리모트 센서에 있어, 센서 값(예를 들어, 리모트 센서에 의해 측정된 값)이 반사 임피던스를 통하여 유도 송신기에 전달되는 것은 드문 일이 아니다. 많은 종래의 무선 리모트 센서는 측정되는 파라미터의 함수로서 변하는 캐패시턴스 또는 저항을 갖는 센서를 포함한다. 예를 들어, 온도 측정시, 센서는 온도에 따라 변하는 임피던스를 갖는 서미스터를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 센서는 온도에 따라 그의 유전 계수가 변하는 유전체를 갖는 캐패시터를 포함할 수 있다. 리모트 센서는 통상적으로 단순 RLC 회로의 일부로서 배열된 가변 캐패시터 또는 저항기로 구성되어, 센서의 변화가 RLC 회로의 공진 주파수 변화를 일으킨다. RLC 회로는 유도 송신기에 유도 커플링되어, RLC 회로는 반사 임피던스를 통해 유도 송신기의 전력 특성에 영향을 준다. 예를 들어, RLC 회로의 반사 임피던스는 유도 송신기 탱크 회로 내의 전류 진폭에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 사용시, 센서 값은 유도 송신기로 다시 전달되고, 여기서 유도 송신기의 전력 특성, 예를 들면 유도 송신기 탱크 회로 내의 전류 진폭 및/또는 전력의 공진 주파수를 모니터링하는 센서에 의해 검출될 수 있다.
무선 리모트 센서의 임피던스의 비교적 작은 변화는 유도 송신기에서 검출되기 어렵다는 것이 경험에 의해 밝혀졌다. 또한, 이러한 변화는 유도 송신기와 리모트 센서 간의 커플링의 변화에 의해, 또는 제조 공차의 변화에 의해 마스킹될 수 있다.
일 측면에서, 본 발명은 하나 이상의 감지된 파라미터를 기초로 변하는 발진파를 생성하도록 구성된 무선 리모트 센서를 제공한다. 발진파는 반사 임피던스에 의해 유도 송신기로 전달되고, 여기서, 감지된 파라미터(들) 값을 결정하기 위해 검출될 수 있다. 일 실시양태에서, 발진파는 충전/방전 회로에 의해 생성된 대략적으로 구형인 파동이고, 그러한 구형파의 하부는 충전 시간에 대응하고 상부는 방전 시간에 대응한다. 대안으로서, 발진파는 사인파로 생성될 수 있다.
일 실시양태에서, 충전/방전 회로는 충전 서브회로 및 방전 서브회로를 포함한다. 충전 서브회로는 충전 주기 동안 충전된 충전 캐패시터를 갖는 RC 회로를 포함할 수 있다. 일 실시양태에서, RC 회로는 충전 저항기를 포함하고, 충전 캐패시터를 충전하는 데 필요한 시간은 충전 저항기 값에 따라 변한다.
일 실시양태에서, 방전 서브회로는 방전 주기 동안 캐패시터를 방전하는 전류 래치를 포함한다. 전류 래치는 구형파의 상부를 생성하기 위해 변조 저항기를 통해 충전 캐패시터를 방전하도록 구성될 수 있다. 변조 저항기는 구형파의 상부의 진폭을 제어하기 위해 선택될 수 있다.
일 실시양태에서, 충전/방전 회로는 충전/방전 회로를 충전과 방전 상태 간에 변환되게 하는 트리거를 더 포함한다. 트리거는 충전 캐패시터가 충분히 충전되면 다이오드의 역 항복 전압(reverse breakdown voltage)이 초과하도록 배열된 하나 이상의 다이오드일 수 있다. 일단 초과하면, 전력은 변조 저항기를 통하여 충전 캐패시터로부터 자유롭게 방전될 수 있다.
일 실시양태에서, 리모트 센서는 2 개의 센서를 포함하고, 구형파의 상부의 지속시간은 하나의 센서의 값에 따라 변하고, 구형파의 하부의 지속시간은 다른 센서의 값에 따라 변한다. 제1 센서는 충전 서브회로 내에 배치되어 충전 캐패시터를 충전하는 데 필요한 시간을 변화시킬 수 있다. 일 실시양태에서, 충전 캐패시터는 RC 회로이고, 제1 센서는 RC 회로 내의 가변 임피던스 소자, 예컨대 가변 저항기 및/또는 가변 캐패시터이다. 제2 센서는 충전 캐패시터와 방전 서브회로 사이에 배치될 수 있다. 일 실시양태에서, 제2 센서는 가변 저항기이다.
일 실시양태에서, 무선 리모트 센서는 회로의 충전/방전 시간이 유도 송신기와 무선 리모트 센서 간의 커플링에 의존하지 않도록 정전압으로 정규화되게 구성된다. 일 실시양태에서, 제너 다이오드, 또는 대안으로서 다른 유형의 정전압 기준이 무선 리모트 센서에 부가된다.
다른 실시양태에서, 무선 리모트 센서는 커플링 또는 수신 전압의 변화에 상관 없이 충전 시간을 정규화하도록 구성되는 적응 트리거(adaptive trigger)를 포함한다. 이러한 실시양태에서, 트리거는 분압기 및 비교기를 포함할 수 있다. 분압기의 출력은 수신 전력에 따라 변하는 비교기에 대한 기준 입력으로서 제공될 수 있다. 사용시, 적응 트리거는 충전 캐패시터의 충전율의 임의의 변화가 트리거 문턱값의 대응하는 변화에 상응하도록 구성될 수 있어, 충전 시간이 수신 전압의 변화에도 불구하고 본질적으로 일정하게 유지된다.
다른 실시양태에서, 무선 리모트 센서는 가변 임피던스 소자를 센서로 사용하는 전압 제어 발진기("VCO")를 포함한다. 가변 임피던스 소자의 임피던스 변화는 VCO의 발진 주파수를 변화시킨다. VCO의 출력은 수신 코일에 직접 가해질 수 있거나, 또는 부하를 변조하도록 구성된 변조 서브회로에 가해질 수 있다. 예를 들어, VCO의 내부 저항이 송신기에서 인지될 수 있는 신호를 발생시키기에 충분한 경우, 별도의 변조 서브회로가 사용되지 않을 수 있다. 내부 저항이 충분하지 않은 경우, VCO의 출력은 버퍼링되고, 부하를 변조하기 위한 스위치를 활성화하는 데 사용될 수 있다.
제2 측면에서, 본 발명은 감지된 값을 나타내는 전자기장을 생성하는 내부 공진 회로를 갖는 휘트스톤 브릿지 구성을 사용하는 무선 리모트 센서 시스템을 제공한다. 별도의 감지 코일은 전자기장을 무선으로 수신하고 감지된 값을 결정하는 데 사용될 수 있다. 휘트스톤 브릿지 어셈블리는 센서 소자에서 비교적 작은 변화를 증폭시켜, 감지된 파라미터 값의 변화를 보다 용이하게 인지하도록 한다.
대안적인 실시양태에서, 가변 임피던스 소자는 휘트스톤 브릿지의 하나 이상의 레그(leg) 및/또는 내부 공진 회로에 통합될 수 있어, 복수의 센서 소자의 사용을 가능하게 하고/하거나 센서 소자의 변화를 추가로 증폭시킨다.
제3 실시양태에서, 본 발명은 시스템이 커플링 계수의 변화, 센서 드리프트, 송신기 드리프트, 또는 시간에 따른 기타 여러가지 잠재적 회로 변화를 보상하도록 하는, 다중 코일을 갖는 무선 리모트 센서를 제공한다. 이러한 실시양태에서, 무선 리모트 센서는 기준 회로 및 센서 회로를 포함할 수 있다. 기준 회로는 고정된 구성요소들을 가지고, 실질적으로 유도 송신기와 기준 회로 간의 커플링 변화 및 시간에 따른 회로 드리프트에 따라서만 변할 수 있다. 센서 회로는 측정된 특성에 따라 변하는 가변 임피던스 소자를 포함할 수 있다. 사용시, 센서 회로는 임피던스 소자의 변화뿐만 아니라 유도 송신기와 센서 회로 간의 커플링 변화, 및 시간에 따른 회로 드리프트에 따라 변할 수 있다. 따라서, 기준 회로의 변화는 센서 회로의 변화로부터 효과적으로 감산되어, 센서 임피던스 소자의 변화로 생긴 변화량을 분리시킬 수 있다.
일 실시양태에서, 기준 회로 및 센서 회로는 유도 송신기와 통신하기 위한 LED를 포함하고, 유도 송신기는 2 개의 LED의 밝기를 결정하기 위한 광학 센서를 포함한다. 기준 회로는 고정된 구성요소들을 포함할 수 있어, 기준 LED의 밝기 변화는 일차적으로 유도 송신기와 기준 회로 간의 커플링 계수, 시간에 따른 LED의 방사율 변화, 또는 시간에 따른 다른 형태의 회로 드리프트에 기초한다. 센서 회로는 감지된 파라미터의 값에 따라 변하는 임피던스를 갖는 가변 임피던스 소자를 포함할 수 있다. 센서 회로 내의 센서 LED의 밝기는 센서 임피던스 소자의 값뿐만 아니라 커플링 계수, 시간에 따른 LED의 방사율 변화 및 시간에 따른 다른 형태의 회로 드리프트를 기초로 변할 수 있다. 센서 임피던스 소자의 영향은 일반적으로 센서 LED 값의 임의의 변화로부터 기준 LED의 임의의 값 변화를 감산함으로써 분리될 수 있다.
제4 측면에서, 본 발명은 온도가 증가 또는 감소함에 따라 코일의 크기 및/또는 모양이 변하도록 고열팽창 계수를 갖는 물질 위에 인쇄된 코일을 갖는 무선 리모트 온도 센서를 제공한다. 코일의 크기 및/또는 모양 변화는 무선 리모트 온도 센서의 반사 임피던스의 변화를 가져온다. 그 결과, 온도는 유도 송신기에서 반사 임피던스에 의해 영향을 받는 전력 특성을 측정함으로써 결정될 수 있다. 일 실시양태에서, 감지된 값은 유도 송신기에서 전류 진폭을 측정함으로써 결정된다. 일 실시양태에서, 수신기 코일은 하부 기판 위에 인쇄된 "잉크"로부터 형성된다. 일 실시양태에서, 수신기 코일은 기판보다 낮은 열 팽창 계수를 갖는 물질로부터 형성된다. 이러한 실시양태에서, 수신기 코일은 하부 기판이 팽창 및 수축함에 따라 모양이 변하는 능력을 갖는 코일을 제공하는 복수의 언듈레이션(undulations)으로 형성될 수 있다. 언듈레이션은 코일이 굽혀지게 하도록 배열되어 기판 크기의 변화가 전체 코일 모양의 변화를 일으키도록 한다. 전체 코일 모양의 변화는 무선 리모트 센서의 반사 임피던스에 영향을 주고, 유도 송신기에서 감지될 수 있다.
제5 측면에서, VCO는 신호를 안테나에 가하기 위해 가변 임피던스 소자와 함께 사용될 수 있고, 여기서 안테나에 의해 송신된 주파수는 베이스 유닛 센서에 의해 수신된다. 이러한 실시양태에서, 안테나는 휩 안테나, 다이폴, 역 F, 루프, 또는 임의의 다른 유형의 안테나일 수 있다. 이 신호는 자기장이 아닌 전기장을 생성하고, 이는 전력 전달의 자기장과 그다지 상호작용하지 않는다. 또한, 원하는 경우, VCO의 주파수 또는 주파수들은 전력 전달 신호보다 훨씬 더 높거나 낮은 주파수에 있을 수 있어 상호작용 또는 간섭을 더욱 감소시킨다.
제6 측면에서, VCO는 전력 수신 코일과 분리된 코일에 신호를 가하기 위해 가변 임피던스 소자와 함께 사용될 수 있다. 별도의 코일은 신호를 베이스 유닛 센서로 다시 송신하기 위해 자기장 신호를 사용한다. 이러한 실시양태에서, 거리에 의해, 또는 코일을 "숫자 8" 방향으로 권취함으로써, 코일을 전력 전달 코일로부터 분리할 수 있다. 또한, 원하는 경우, VCO의 주파수는 전력 전달 신호보다 훨씬 높거나 훨씬 낮을 수 있어 상호작용 또는 간섭을 더욱 감소시킨다.
본 발명은 감지된 값이 간단하고 저렴한 리모트 장치를 사용하여 무선으로 결정되게 하도록 구성된 여러가지 단순하고 효과적인 무선 리모트 센서 시스템을 제공한다. 가변 발진기를 포함하는 이러한 실시양태에서, 감지된 값(들)의 변화는 리모트 장치에서 용이하게 측정된 발진파의 변화에 기초하여 쉽게 결정될 수 있다. 가변 발진기를 갖는 무선 리모트 센서는 또한 커플링의 변화, 및 수신 전력에 영향을 줄 수 있는 다른 요인에 대해 정규화하도록 구성될 수 있다. 휘트스톤 브릿지 구성을 포함하는 이러한 실시양태에서, 감지된 값의 작은 변화라도 증폭되어 별도의 통신 채널, 예컨대 별도의 코일 세트를 사용하여 리모트 장치에 전달될 수 있다. 휘트스톤 브릿지 시스템에서, 전력 코일 및 피드백 코일은 2 개의 코일 세트 간의 간섭을 최소화하기 위해 배열될 수 있다. 일 실시양태에서, 반대로 권취된(counter-wound) 피드백 코일들은 전력 코일로부터의 간섭을 효과적으로 상쇄하기 위하여 사용될 수 있다. 광학 통신 방식(scheme)을 포함하는 이러한 실시양태에서, 기준 회로 및 센서 회로가 조합되어 감지된 값(들)의 변화를 커플링의 변화, 및 수신 전력에 영향을 주는 다른 요인으로부터 분리할 수 있다. 기준 회로 및 센서 회로의 수신기 코일은 동일 축을 중심으로 동일 평면을 통해 함께 감길(wrapped) 수 있어, 본질적으로 유도 송신기와 동일한 커플링 계수를 갖는다. 다른 측면에서, 본 발명은 비교적 고열팽창 계수를 갖는 수신 코일 기판의 크기 및/또는 모양 변화에 기초하여 온도 변화를 단순하게 그리고 정확하게 무선으로 리모트 장치에 전달하는 무선 온도 센서를 제공한다. 이러한 실시양태에서, 기판은 온도 센서로서 기능하여, 별도의 센서 소자에 대한 필요를 제거한다.
본 발명의 이러한 및 다른 특징은 실시양태의 설명 및 도면을 참조로 하여 보다 완전히 이해되고 인지될 것이다.
도 1은 유도 송신기 및 무선 리모트 센서를 갖는 시스템의 개략도이다.
도 2는 2 개의 상이한 무선 리모트 센서 및 그의 관련 유도 송신기 내의 변조 저항기를 통한 전류를 나타내는 도이다.
도 3은 유도 송신기 및 무선 리모트 센서를 갖는 대안적인 시스템의 개략도이다.
도 4는 유도 송신기 및 무선 리모트 센서를 갖는 제2 대안적 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제2 측면에 따른 휘트스톤 브릿지 구성을 갖는 무선 리모트 센서를 갖는 무선 리모트 센서 시스템의 개략도이다.
도 6은 종래의 리모트 온도 감지 방법과 본 발명의 실시양태에 따른 휘트스톤 브릿지 구성을 비교하는 회로도 및 시뮬레이션을 나타낸다.
도 7은 유도 송신기 및 휘트스톤 브릿지 구성을 갖는 무선 리모트 센서를 갖는 제4 대안적 시스템의 개략도이다.
도 8은 상이한 환경 하에서 송신기 코일 및 베이스 감지 코일에서의 전류를 나타내는 도이다.
도 9는 본 발명의 실시양태에 따른 송신기 코일 및 베이스 감지 코일의 개략도이다.
도 10은 수신 코일 및 내부 코일의 개략도이다.
도 11은 본 발명의 제3 측면에 따른 무선 리모트 센서의 개략도이다.
도 12는 도 11의 무선 리모트 센서의 2 개의 수신 코일의 개략도이다.
도 13은 기준 및 센서 회로에 접속된 도 12의 2 개의 수신 코일의 개략도이다.
도 14는 LED를 나타내는 도 13과 유사한 개략도이다.
도 15는 도 18의 회로로부터 광학 피드백을 수신하도록 구성된 유도 송신기의 개략도이다.
도 16은 본 발명의 제4 측면에 따른 무선 리모트 센서의 개략도이다.
도 17은 본 발명의 제4 측면에 따른 대안적인 무선 리모트 센서의 개략도이다.
도 18은 도 3과 유사하며, 래치형 발진을 사용하는 전압 제어 발진기의 예를 나타낸다.
도 19는 수신기에 대한 부하를 변조하는 버퍼링된 출력을 사용하는 일반적 전압 제어 발진기(VCO)의 개략도이다.
도 20은 VCO에 의해 생성된 파형의 예이다.
도 21은 발진의 주파수를 변화시키기 위해 가변 임피던스 소자를 사용하는 전압 제어 발진기의 예이다.
도 22는 전기장을 통해 픽업 센서로 출력 신호를 다시 송신하기 위해 안테나를 구동하는 VCO 출력의 개략적인 예이다.
도 23은 시간 도메인(좌측 이미지) 및 주파수 도메인(우측 이미지) 양자에서의 윈브릿지(Wienbridge) 발진기의 출력을 나타낸다.
도 24는 자기장을 통해 출력 신호를 송신하는 코일에 접속된 VCO의 출력을 나타낸다.
도 25는 2 개의 자기장이 서로 간섭하지 않도록 유지하는 방식으로서 전술한 '숫자 8'의 코일을 나타낸다.
도 26은 VCO의 대안적인 예를 나타낸다.
도 27은 VCO의 대안적인 예를 나타낸다.
본 발명의 실시양태를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명이 다음의 설명에 제시되거나 도면에 도시된 작동의 세부사항 또는 구성요소의 구조 및 구성의 세부사항에 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 본 발명은 본원에 분명하게 개시되지 않은 대안적인 방식으로 실시되거나 수행되는 다양한 다른 실시양태로 실행될 수 있다. 또한, 본원에 사용된 용어 및 전문용어는 설명의 목적을 위한 것이며 제한으로 여겨지지 않아야 함을 이해해야 한다. "포함하는" 및 "구성되는" 및 그의 변형의 사용은 그와 함께 열거된 항목 및 그의 등가물뿐만 아니라 추가적 항목 및 그의 등가물을 포함하도록 의미한다. 또한, 열거는 다양한 실시양태의 설명에서 사용될 수 있다. 달리 명확하게 언급하지 않는 한, 열거의 사용이 본 발명을 구성요소의 임의의 특정 순서 또는 수로 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 또는 열거의 사용이, 열거된 단계 또는 구성요소와 조합되거나 그러한 단계 또는 구성요소에 조합될 수 있는 임의의 추가적 단계 또는 구성요소를 본 발명의 범위로부터 제외하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
도 2는 2 개의 상이한 무선 리모트 센서 및 그의 관련 유도 송신기 내의 변조 저항기를 통한 전류를 나타내는 도이다.
도 3은 유도 송신기 및 무선 리모트 센서를 갖는 대안적인 시스템의 개략도이다.
도 4는 유도 송신기 및 무선 리모트 센서를 갖는 제2 대안적 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제2 측면에 따른 휘트스톤 브릿지 구성을 갖는 무선 리모트 센서를 갖는 무선 리모트 센서 시스템의 개략도이다.
도 6은 종래의 리모트 온도 감지 방법과 본 발명의 실시양태에 따른 휘트스톤 브릿지 구성을 비교하는 회로도 및 시뮬레이션을 나타낸다.
도 7은 유도 송신기 및 휘트스톤 브릿지 구성을 갖는 무선 리모트 센서를 갖는 제4 대안적 시스템의 개략도이다.
도 8은 상이한 환경 하에서 송신기 코일 및 베이스 감지 코일에서의 전류를 나타내는 도이다.
도 9는 본 발명의 실시양태에 따른 송신기 코일 및 베이스 감지 코일의 개략도이다.
도 10은 수신 코일 및 내부 코일의 개략도이다.
도 11은 본 발명의 제3 측면에 따른 무선 리모트 센서의 개략도이다.
도 12는 도 11의 무선 리모트 센서의 2 개의 수신 코일의 개략도이다.
도 13은 기준 및 센서 회로에 접속된 도 12의 2 개의 수신 코일의 개략도이다.
도 14는 LED를 나타내는 도 13과 유사한 개략도이다.
도 15는 도 18의 회로로부터 광학 피드백을 수신하도록 구성된 유도 송신기의 개략도이다.
도 16은 본 발명의 제4 측면에 따른 무선 리모트 센서의 개략도이다.
도 17은 본 발명의 제4 측면에 따른 대안적인 무선 리모트 센서의 개략도이다.
도 18은 도 3과 유사하며, 래치형 발진을 사용하는 전압 제어 발진기의 예를 나타낸다.
도 19는 수신기에 대한 부하를 변조하는 버퍼링된 출력을 사용하는 일반적 전압 제어 발진기(VCO)의 개략도이다.
도 20은 VCO에 의해 생성된 파형의 예이다.
도 21은 발진의 주파수를 변화시키기 위해 가변 임피던스 소자를 사용하는 전압 제어 발진기의 예이다.
도 22는 전기장을 통해 픽업 센서로 출력 신호를 다시 송신하기 위해 안테나를 구동하는 VCO 출력의 개략적인 예이다.
도 23은 시간 도메인(좌측 이미지) 및 주파수 도메인(우측 이미지) 양자에서의 윈브릿지(Wienbridge) 발진기의 출력을 나타낸다.
도 24는 자기장을 통해 출력 신호를 송신하는 코일에 접속된 VCO의 출력을 나타낸다.
도 25는 2 개의 자기장이 서로 간섭하지 않도록 유지하는 방식으로서 전술한 '숫자 8'의 코일을 나타낸다.
도 26은 VCO의 대안적인 예를 나타낸다.
도 27은 VCO의 대안적인 예를 나타낸다.
본 발명의 실시양태를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명이 다음의 설명에 제시되거나 도면에 도시된 작동의 세부사항 또는 구성요소의 구조 및 구성의 세부사항에 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 본 발명은 본원에 분명하게 개시되지 않은 대안적인 방식으로 실시되거나 수행되는 다양한 다른 실시양태로 실행될 수 있다. 또한, 본원에 사용된 용어 및 전문용어는 설명의 목적을 위한 것이며 제한으로 여겨지지 않아야 함을 이해해야 한다. "포함하는" 및 "구성되는" 및 그의 변형의 사용은 그와 함께 열거된 항목 및 그의 등가물뿐만 아니라 추가적 항목 및 그의 등가물을 포함하도록 의미한다. 또한, 열거는 다양한 실시양태의 설명에서 사용될 수 있다. 달리 명확하게 언급하지 않는 한, 열거의 사용이 본 발명을 구성요소의 임의의 특정 순서 또는 수로 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 또는 열거의 사용이, 열거된 단계 또는 구성요소와 조합되거나 그러한 단계 또는 구성요소에 조합될 수 있는 임의의 추가적 단계 또는 구성요소를 본 발명의 범위로부터 제외하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
본 발명의 실시양태에 따른 무선 리모트 센서 시스템을 도 1에 나타낸다. 본 실시양태에서, 시스템(10)은 일반적으로 유도 송신기(12) 및 무선 리모트 센서(14)를 포함한다. 본 실시양태에서, 유도 송신기(12)는 자기 유도를 사용하여 무선 전력을 무선 리모트 센서(14)로 송신할 수 있다. 유도 송신기(12)는 무선으로 무선 리모트 센서(14)로 전력을 공급하고, 그로부터 센서 정보를 수신한다. 보다 구체적으로, 사용시, 유도 송신기(12)는 전력을 무선 리모트 센서(14)에 공급한다. 무선 리모트 센서(14)는 유도 송신기(12)로부터 수신된 무선 전력에 의해 활성화되는 공진 회로를 포함하고, 무선 리모트 센서(14) 내의 하나 이상의 가변 임피던스 소자의 값(들)에 따라 반응한다.
본 실시양태에서, 무선 리모트 센서(14)는 무선 리모트 센서(14)에 의해 감지되는 파라미터에 따라 변하는 하나 이상의 가변 임피던스 소자를 포함한다. 예를 들어, 무선 리모트 센서(14)는 온도에 따라 변하는 가변 저항기를 포함할 수 있다. 무선 리모트 센서(14)는 무선 리모트 센서(14)에 의해 감지되는 파라미터(들)에 따라 변하는 특성을 갖는 발진파를 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 무선 리모트 센서(14)는 파동의 상부 및 하부의 지속시간이 감지 파라미터에 따라 변할 수 있는 발진파를 생성할 수 있다. 도 1의 실시양태에서, 무선 리모트 센서(14)는 2 개의 센서, 및 그 센서들에 따라 지속시간이 변하는 상부 및 하부를 갖는 대체적으로 구형인 파동을 형성하는 충전/방전 회로를 포함한다. 제1 센서는 측정되는 파라미터에 따라 변하는 가변 임피던스 소자를 가질 수 있다. 제1 센서의 가변 임피던스 소자는 회로의 충전 시간을 변화시키도록 구성될 수 있다. 제2 센서는 측정되는 제2 파라미터에 따라 변하는 가변 임피던스 소자를 가질 수 있다. 제2 가변 임피던스 소자는 회로의 방전 시간을 변화시키도록 구성될 수 있다.
개시의 목적을 위하여, 본 발명은 온도 변화에 따라 변하는 가변 저항기를 갖는 온도 센서를 포함하는 다양한 무선 리모트 센서와 관련하여 설명된다. 본 발명은 가변 임피던스 소자, 예컨대 가변 저항기 또는 가변 캐패시터를 갖는 센서로 측정될 수 있는 거의 모든 파라미터를 모니터링하기 위해 무선 리모트 센서에 통합될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 무선 리모트 센서는 온도, 용해된 O2, 염분, 또는 다른 생체전기적 신호를 측정할 수 있다. 본 발명은 경피성 및 체내 의료 센서, 유도 전력 가열 및 조리 용기, 및 제품 포장 내에 위치한 센서를 포함하여, 이러한 유형의 센서를 사용할 수 있는 현재 및 미래의 용도에서의 사용에 아주 적합하다.
상기에서 언급한 바와 같이, 무선 리모트 센서 시스템(10)은 일반적으로 유도 송신기(12) 및 무선 리모트 센서(14)를 포함한다. 유도 송신기(12)는 전자기장을 발생시키기 위한 송신기 코일(16), 전력을 송신기 코일(16)에 공급하기 위한 드라이버(18), 및 유도 송신기(12) 내의 전력 특성을 감지하기 위한 송신기 센서(20)를 갖는, 대체적으로 통상적인 유도 전력 송신기일 수 있다. 송신기 코일(16)은 용도에 따라 변할 수 있지만, 본 실시양태에서는 코일(16)을 통한 전력 흐름에 응답하여 적절한 전자기장을 발생시킬 수 있는 와이어의 코일이다. 송신기 코일(16)은 본 실시양태에서 코일이지만, 송신기 코일(16)은 적절한 전자기장을 발생시킬 수 있는 거의 모든 인덕터일 수 있다. 송신기 코일(16)은 탱크 회로, 및 보다 구체적으로는 직렬 공진 탱크 회로에 통합될 수 있다. 직렬 공진 탱크 회로는 고유 공진 주파수를 가질 수 있거나, 또는 상이한 주파수를 갖도록 조정될 수 있는 적응형 회로일 수 있다. 예를 들어, 탱크 회로는 선택적 가변 캐패시터 및/또는 선택적 가변 인덕터를 가질 수 있다. 드라이버(18)는 원하는 작동 주파수에서 AC 전력을 송신기 코일(16)에 공급하도록 구성될 수 있다. 전력을 탱크 회로에 공급할 때, 드라이버(18)는 탱크 회로의 공진 주파수에서 또는 그 부근에서 전력을 탱크 회로로 공급하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시양태에서, 송신기 센서(20)는 송신기 코일(16) 내의 전류를 측정하도록 구성된 전류 센서이다. 그러나, 송신기 센서(20)는 용도에 따라 변할 수 있다. 대안적인 실시양태에서, 전류 센서는 무선 리모트 센서(14)의 반사 임피던스에 영향을 받는 유도 송신기(12) 내의 전력 특성(또는 특성들)을 측정할 수 있는 임의의 다른 센서(또는 센서들)로 교체될 수 있다. 예를 들어, 송신기 센서(20)는 공진 주파수, 전류, 전력 또는 위상을 감지하도록 구성될 수 있다.
무선 리모트 센서(14)는 일반적으로 수신 코일(26), 정류기(28), 및 충전/방전 회로(30)를 포함한다. 수신 코일(26)은 송신기 코일(16)에 의해 발생된 전자기장에 의해 전류가 유도되는 와이어의 코일 또는 다른 인덕터일 수 있다. 수신 코일(26)은 탱크 회로에, 및 보다 구체적으로는 직렬 공진 탱크 회로에 통합될 수 있다. 직렬 공진 탱크 회로는 고유 공진 주파수를 가질 수 있거나, 또는 상이한 주파수를 갖도록 조정될 수 있는 적응형 회로일 수 있다. 정류기(28)는 원하는 대로, 거의 모든 풀(full) 브릿지 또는 하프(half) 브릿지 정류기일 수 있다. 충전/방전 회로(30)는 무선 리모트 센서(14)에 의해 측정된 파라미터 또는 파라미터들의 값에 의존하여 시간에 따라 변하는 가변 부하를 나타내는 방식으로 수신 코일(26)에 커플링된다. 작동시, 이 가변 부하는 반사 임피던스에 의해 송신기 코일(16)로 다시 전달되고, 여기서 송신기 센서(20)에 의해 인지될 수 있다. 본 실시양태에서, 충전/방전 회로(30)는 2 개의 감지된 파라미터 값에 기초하여 지속시간이 달라지는 상부 및 하부를 갖는 발진파를 생성하도록 변화한다. 본 실시양태의 무선 리모트 센서(14)가 2 개의 센서 소자(32, 34)를 포함하지만, 무선 리모트 센서(14)는 원하는 경우 단일 센서 소자(32 또는 34)를 포함할 수 있다.
도 1은 무선 리모트 센서(14)가 유도 송신기(12)에 피드백을 제공하기 위해 이력현상-제어(hysteretic-controlled) 가변 타이밍 회로를 사용하는 충전/방전 회로(30)를 포함하는 본 발명의 실시양태를 나타낸다. 이러한 실시양태에서, 충전/방전 회로(30)는 일반적으로 충전 서브회로(36), 방전 서브회로(38) 및 트리거(40)를 포함한다. 본 실시양태의 충전 서브회로(36)는 충전 캐패시터(Ct) 및 충전 저항기(R1t)를 갖는 RC 회로를 포함한다. 이러한 실시양태에서, 충전 저항기(R1t)는 센서 소자(32)이고 그의 저항은 감지된 파라미터에 따라 변한다. 예를 들어, 충전 저항기(R1t)는 온도에 따라 변하는 저항을 갖는 서미스터일 수 있다. 사용시, RC 회로는 정류기의 전압 출력이 증가하는 속도를 결정한다. 이러한 실시양태의 방전 서브회로(38)는 일반적으로 변조 저항기(Rm), 가변 저항기(R2t), 전류 래치(42) 및 변조 레그(44)를 포함한다. 변조 저항기(Rm)는 원하는 진폭을 갖는 발진파를 제공하기 위해 선택된 고정된 저항을 갖는 저항기일 수 있다. 가변 저항기(R2t)는 센서 소자(34)일 수 있고, 그의 저항은 제2 감지된 파라미터에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 이 센서 소자(34)는 제2 온도 측정에 따라 변하는 저항을 갖는 서미스터일 수 있다. 전류 래치(42)는 전류가 충전 캐패시터(Ct)로부터 방전되는 것을 허용하도록 배열된 트랜지스터(Q1 및 Q2)를 포함한다. 이러한 실시양태에서, 트리거(40)는 방전 서브회로(38)의 타이밍을 제어하고, 전류 래치(42)가 턴 "온" 및 "오프"되는 전압을 결정하는 한 쌍의 다이오드(D1 및 D2)를 포함한다. 도시된 실시양태에서, 다이오드(D1)는 전류 래치(42)가 턴 "온"되는 전압을 결정하는 제너 다이오드일 수 있고, 다이오드(D2)는 전류 래치(42)가 턴 "오프"되는 전압을 결정하는 제너 다이오드일 수 있다. RC 회로에 저장된 충분한 전압이 있게 되고 나면, 다이오드(D1)의 역 항복 전압에 도달하고, 이는 전류가 다이오드(D1)를 통해 흐르게 한다. 이 전류는 트랜지스터(Q1)의 베이스에서의 전압을 증가시켜, 그를 턴 온한다. 턴 온되고 나면, 트랜지스터(Q1)의 콜렉터로 흐르는 전류는 트랜지스터(Q2) 및 트랜지스터(Q3)의 베이스에서부터 인출되어, 또한 이들 모두를 턴 온한다. 트랜지스터(Q2)가 턴 온되기 때문에, 전류는 방전 저항기(R2t) 및 다이오드(D2)를 통해 흐르고, 트랜지스터(Q1)의 베이스로 흐르고, 다이오드(D2)의 항복 전압에 도달할 때까지 트랜지스터(Q1)가 턴 온되게 유지된다. 이러한 역 항복 전압은 다이오드(D1)의 역 항복 전압보다 낮아서, 전류 래치(42)가 턴 온되는 전압보다 낮은 전압에서 턴 오프되는 것을 보장한다. 원하는 경우, 방전 서브회로(38)는 변조 저항기(Rm)를 갖는 변조 레그(44)를 포함할 수 있다. 변조 레그(44)는 턴 온되어 있는 동안 변조 저항기(Rm)를 통해 전류를 흐르게 하는 트랜지스터(Q3)를 포함한다. 이러한 실시양태에서, 트랜지스터(Q3)가 전류 래치(42)에 커플링되어, 트랜지스터(Q3)는 전류 래치(42)가 턴 온될 때 턴 온되고 전류 래치(42)가 턴 오프될 때 턴 오프된다. 이러한 실시양태에서, 변조 저항기(Rm)의 저항은 송신 베이스의 전류를 증가시키기에 충분하게 작다.
따라서, 충전 서브회로가 충전되는 동안의 시간은 커플링 인자, 다이오드(D1)의 역 항복 전압 및 충전 저항기(R1t)의 저항에 의해 결정된다. 충전 저항기(R1t)의 저항이 증가함에 따라, 충전 서브회로를 충전하는 데 걸리는 시간이 감소된다. 충전 서브회로가 방전되는 동안의 시간은 주로 변조 저항기(Rm) 및 방전 저항기(R2t)의 저항, 및 다이오드(D1 및 D2)의 역 항복 전압에 의존한다. 방전 저항기(R2t)의 저항이 감소함에 따라, 충전 서브회로가 방전되는 동안의 시간이 감소할 것이다. 가변 저항기들이 동일하게 제조되고, 무선 리모트 센서(14)에서 동일한 속도로 변하는 경우, 듀티(duty) 사이클(충전 시간 대 방전 시간)은 제곱의 함수로서 변할 것이며, 유도 송신기(12)에 더 큰 측정 분해능을 제공한다. 또한, 유도 송신기(12)는 코일 전류의 변화를 측정함으로써 커플링을 결정가능하게 할 수 있다.
예를 들어, 도 2는 2 가지 상이한 상황에서 송신기 코일의 전류 및 충전/방전 회로에 의해 생성된 발진파를 나타내는 파형 W1-W4를 나타낸다. 상단의 파형(W1, W2) 세트는 약 50 %의 듀티 사이클을 갖는 발진파를 나타내고, 하단의 파형(W3, W4) 세트는 현저하게 더 낮은 듀티 사이클을 갖는 발진파를 나타낸다. 더 구체적으로, 상부 파형(W1)은 하나의 상황에서 충전/방전 회로에 의해 생성된 발진파를 나타낸다. 제2 파형(W2)은 반사 임피던스를 통해 발진파(W1)에 의해 영향 받음에 따른 송신기 코일(16)의 전류를 나타낸다. 하단의 파형 세트는 상이한 상황에서의 발진파(W3) 및 송신기 코일 전류(W4)를 나타낸다. 이러한 상황에서, 듀티 사이클은 현저하게 더 낮고, 발진파(W3) 및 송신기 코일 전류(W4)는 그에 따라 변한다. 볼 수 있는 바와 같이, 충전 지속시간(P1, P1')(즉, 발진파의 하부) 및 방전 지속시간(P2, P2')(즉, 발진파의 상부)은 상황에 따라 변하고, 이러한 변화는 송신기 코일 전류(W2, W4)(또는 무선 리모트 센서의 반사 임피던스에 의해 영향을 받는 유도 송신기(12)의 전력의 소정의 다른 특성)를 관찰함으로써 유도 송신기(12)에서 쉽게 검출가능하다. 충전 저항기(R1t)가 센서 소자(32)인 용도에서, 센서 소자(32)에 의해 감지된 파라미터 값은 충전 시간의 지속시간에 영향을 줄 수 있다. 마찬가지로, 방전 저항기(R2t)가 센서 소자(34)인 용도에서, 센서 소자(34)에 의해 감지된 파라미터 값은 방전 시간의 지속시간에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 다른 모든 요소가 일정하게 유지되는 경우, 센서 소자(32)의 값은 유도 송신기(12)에서 송신기 코일 전류의 감소된 진폭 부분(S1, S1')의 지속시간으로부터 결정될 수 있고, 센서 소자(34)의 값은 유도 송신기(12)에서 송신기 코일 전류의 증가된 진폭 부분(S2, S2')의 지속시간으로부터 결정될 수 있다. 한 예로서, 상단의 파형(W1, W2)에 나타난 상황으로부터 하단의 파형(W3, W4)에 나타난 상황까지 센서 소자(32)의 값이 증가했고, 센서 소자(34)의 값이 감소했다는 것이 결정될 수 있다. 감지된 값의 변화량은, 감소되고 증가한 진폭 부분(S1, S1', S2, S2')의 특정 지속시간에 의해 정확하게 결정될 수 있다.
상기에서 언급한 바와 같이, 방전 서브회로(38)는 변조 저항기(Rm)를 갖는 변조 레그(44)를 포함할 수 있다. 변조 레그(44)는 트랜지스터(Q3)가 변조 저항기(Rm)의 값에 따른 증폭기로서 또는 스위치로서 기능하도록 구성될 수 있다. 트랜지스터(Q3)가 증폭기로서 기능하는 경우, 방전 저항기(R2t)의 비교적 작은 변화가 충전/방전 회로(30)의 변조 진폭 및 방전 시간의 더 큰 변화를 가져올 것이다. Rm이 더 큰 임피던스이기 때문에 전체 진폭 변이는 더 작을 수 있다. 그 결과, 트랜지스터(Q3)가 증폭기로서 작동하는 경우 유도 송신기(12)가 제2 센서 소자(R2t)의 값을 검출하는 것이 더 쉬울 수 있다.
트랜지스터(Q3)가 전류 증폭기가 되도록 구성되는 경우, 변조 저항기(Rm)를 통해 흐르는 전류는 등식
으로 정의되고, 여기서 β3은 트랜지스터(Q3)의 이득이다.
그러나, 일단 전류가 문턱값에 도달하면, 트랜지스터(Q3)는 포화될 것이며, 더 이상 전류를 증폭하지 않을 것이다. 오히려, 이는 일정한 전압 강하로 기능할 것이다. 따라서, 일부 용도에서, 트랜지스터(Q3)가 포화되는 문턱값에 전류가 도달하지 않도록 변조 저항기(Rm)의 값을 설정하는 것이 바람직할 수 있다.
도 1의 회로에서, 변조 저항기(Rm)의 값은
으로 정의되고, 여기서 VD2는 다이오드(D2)에 걸친 전압 강하이고, VCEx는 각 트랜지스터에 걸친 전압 강하이다.
트랜지스터(Q3)를 전류 증폭기로서 작동시키기 위하여, Rm의 값은
으로 정의된다.
상기에서 언급한 바와 같이, 트랜지스터(Q3)는 Vin이 그의 최대일 때 여전히 그의 증폭기 모드일 필요가 있다. 이러한 회로에서, Vin은 VD1과 같을 때 그의 최대에 있다. 그 결과, 변조 저항기(Rm)는 전류가 그의 최대에 도달하는 것을 방지하기 위하여 문턱값보다 클 필요가 있음을 알 수 있다.
상기에서 언급한 바와 같이, 트랜지스터(Q3)가 증폭기로서 기능하는 경우, 센서 소자(34)(R2t)의 감지된 값의 작은 변화는 변조 진폭의 더 큰 증가를 일으킬 뿐만 아니라 충전 서브회로(36)의 방전 시간을 변화시킬 것이다. 변조 저항기(Rm)가 더 큰 임피던스이기 때문에 전체 진폭 변이는 더 작을 것이다.
대안으로서, 트랜지스터(Q3)를 스위치로서 작동시키기 위하여, 변조 저항기(Rm)의 값은
으로 정의된다.
Vin은 그의 최소에 있을 때, VD2와 같다. 이 점에서, 트랜지스터(Q3)는 여전히 계속해서 스위치로서 기능하기 위해 포화 모드에 있을 필요가 있다. 이를 보장하기 위하여, 변조 저항기(Rm)는 전류가 그의 포화 문턱값에 도달하는 것을 방지하기 위해 문턱값보다 작을 필요가 있다. 트랜지스터(Q3)가 스위치로서 기능하는 경우, 방전 저항기(R2t)의 변화는 변조 진폭의 큰 증가를 일으키지 않을 것이지만, 여전히 방전 시간에 대한 약간의 변화를 일으킬 수 있다. 변조 저항기(Rm)가 더 낮은 임피던스이기 때문에 전체 진폭 변이는 더 커질 것이다.
일부 용도에서, 유도 송신기(12)와 무선 리모트 센서(14) 간의 커플링 계수에 변화가 있을 수 있다. 예를 들어, 커플링의 변화는 유도 송신기와 무선 리모트 센서 간의 거리 또는 그의 방향이 변하는 경우, 또는 금속 아이템이 전자기장에 위치하는 경우에 발생할 수 있다. 커플링 계수의 변경은 무선 리모트 센서에 송신되는 전력의 양에 영향을 줄 수 있고, 따라서, 충전/방전 회로의 충전 시간에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 무선 리모트 센서(14)가 불량하게 커플링되고 더 적은 전력을 수신하는 경우, 충전 서브회로(36)가 트리거(40)를 구동하여 방전을 시작하기에 충분하도록 충전되는 데 더 오래 걸릴 수 있다. 그 결과, 불량한 커플링은 발진파의 변화를 초래할 수 있다. 커플링이 변할 수 있는 용도에서, 수신된 전압을 정압 기준으로 정규화함으로써 커플링의 변화를 상쇄하는 충전/방전 회로를 실시하는 것이 바람직할 수 있다. 도 3은 무선 리모트 센서(114)가 정규화 서브회로(145)를 포함하는 대안적인 무선 리모트 센서 시스템(110)의 개략도이다. 이러한 대안적인 실시양태에서, 시스템(110)은 나타내었거나 설명한 바를 제외하고, 시스템(10)과 본질적으로 동일하다. 한 방편으로서, 도 3은 참조 번호 앞에 "1"이 오는 것을 제외하고는 도 1의 참조 부호 및 번호에 대응되는 참조 부호 및 번호를 포함한다. 볼 수 있는 바와 같이, 본 실시양태의 정규화 서브회로(145)는 전압 클램프로서 기능하는 추가의 저항기(R3) 및 추가의 제너 다이오드(D3)를 포함한다. 저항기(R3) 및 다이오드(D3)는 대안으로서, 거의 모든 다른 유형의 정압 기준으로 교체될 수 있다. 수신된 전압이 D3의 역 항복 전압보다 높다고 가정하면, 충전 서브회로(132)를 충전하기 위해 기준 전압을 사용함으로써, 충전 서브회로(132)가 충전하는 속도는 더 이상 커플링에 의존하지 않는다.
도 4는 커플링 변화가 충전 시간의 변화를 발생시키지 않도록 구성된 다른 대안적인 무선 리모트 센서 시스템(210)을 나타낸다. 이러한 실시양태에서, 시스템(210)은 일반적으로 유도 송신기(212), 및 수신 코일(226), 정류기(228) 및 충전/방전 회로(230)를 갖는 무선 리모트 센서(214)를 포함한다. 이 실시양태의 충전/방전 회로(230)는 충전 서브회로(236), 방전 서브회로(238) 및 트리거(240)를 포함한다. 이 실시양태에서, 트리거(240)는 수신된 전력의 변화를 보상하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 트리거(240)는 충전에서 방전으로 전환하기 위한 트리거 포인트가 수신된 전압에 따라 변하도록 배열된 분압기(260) 및 비교기(262)를 통해 변화를 제거하거나 최소화하도록 구성된다. 나타낸 바와 같이, 본 실시양태의 분압기(260)는 정류기(228)와 충전 서브회로(236) 사이에 접속되고, 저항기(R1 및 R2)를 포함한다. 비교기(262)는 충전 서브회로(232)의 반대측들의 노드에 접속된 2 개의 입력을 포함한다. 예를 들어, 본 실시양태에서, 하나의 입력은 분압기(260)의 출력에 접속되고, 다른 입력은 충전 서브회로(236)와 방전 서브회로(238) 사이의 노드에 접속된다. 본 실시양태에서, 충전 캐패시터(Ct)가 충전되는 속도는 수신된 전압에 따라 변하지만, 비교기(262)로의 기준 전압 입력 또한 수신된 전압에 따라 변한다. 이러한 성분의 값은, 충전 속도의 변화가 비교기(262)의 기준 전압의 대응하는 변화에 의해 본질적으로 오프셋되도록 선택된다. 그 결과, 충전 주기의 지속시간은 수신된 전압에 관계없이 본질적으로 동일하게 유지된다. 그 결과, 충전 주기의 지속시간의 변화는 본질적으로 센서 소자(232)(Rt1)의 변화에 따라서만 변할 것이고, 감지된 파라미터의 값은 상기 논의한 바와 같이, 유도 송신기(212)에서 발진파의 하부의 지속시간으로부터 결정될 수 있다. 사용시, 트리거(240)는 충전 서브회로(236)의 전압(대체로, 충전 캐패시터(Ct)의 전압)과 분압기(260)의 출력 전압의 비교에 기초하여 작동한다. 보다 구체적으로, 충전 서브회로(236)의 전압이 분압기(260)의 출력과 동일한 전압에 도달하면, 비교기(262)는 다이오드(D1)를 통해 전류 래치(트랜지스터(Q1 및 Q2))를 턴 온함으로써 방전 서브회로(238)를 기능하게 한다. 이러한 전류 래치는 변조 저항기(Rm)를 적용하고, 센서 소자(234)(Rt2)를 통해 충전 캐패시터(Ct)를 소모한다. 변조 저항기(Rm)가 적용되자마자, 충전 서브회로(236)의 전압은 비교기 문턱값 아래로 떨어지고, 비교기(262)의 출력을 다시 로우(low)로 한다. 다이오드(D1)는 바이어스 저항기(Rbias)와 함께 트랜지스터(Q1)의 게이트가 로우로 되는 것을 방지하고, 트랜지스터(Q1)의 순방향 바이어스 전압에 도달할 때까지, 전류 래치가 계속하여 충전 캐패시터(Ct)를 방전시키게 한다. 일단 도달하면, 래치는 턴 오프되어 방전 서브회로(238)를 기능할 수 없게 하고, 충전 서브회로(236)는 다시 한번 그의 충전 단계를 시작한다. 본 실시양태에서, 저항기(Rt2)의 값은 충전 캐패시터(Ct)가 방전되는 데 필요한 시간에 영향을 줄 것이고, 따라서 방전 주기의 지속시간에 직접적으로 영향을 줄 것이다. 따라서, 제2 센서 소자(234)(Rt2)에 의해 감지된 파라미터의 값은 유도 송신기(212)에서, 상기에서 논의한 바와 같이 발진파의 상부의 지속시간으로부터 결정될 수 있다.
본 발명의 대안적인 실시양태에서, 무선 리모트 센서 시스템은 발진파를 발생시키기 위하여 전압 제어 발진기("VCO")를 사용할 수 있다. VCO는 가변 임피던스 소자에 커플링되어, 가변 임피던스 소자의 값의 변화가 VCO의 발진 주파수의 변화를 가져올 수 있다. VCO형 무선 리모트 센서 시스템(10')의 일 실시양태를 도 18에 나타낸다. 볼 수 있는 바와 같이, 도 18의 무선 리모트 센서 시스템(10')은 도 3의 선택 회로 소자가 도 18의 VCO(170')에 통합된다는 것을 제외하고는 도 3의 것과 본질적으로 동일하다. 무선 리모트 센서 시스템(10')은 일반적으로 수신 코일(126'), 정류기(128'), 정규화 서브회로(145') 및 VCO(170')를 포함한다. VCO(170)는 노드(N)의 우측의 모든 회로 구성요소를 포함한다. 본 실시양태에서, 센서 소자(132' 및 134')는 VCO(170')의 발진 특성에 영향을 주고, 결과적으로는 반사 임피던스에 의해 송신기 코일에서 수신되는 신호에 영향을 주는 가변 임피던스 소자(예컨대, 도시된 가변 저항기)일 수 있다. 볼 수 있는 바와 같이, 도 18은 어떻게 도 3의 회로망이 VCO형 무선 리모트 센서 시스템을 제공하는 것을 특징으로 하는지를 보여준다. 도 20은 VCO형 무선 리모트 센서 시스템에 의해 제공될 수 있는 출력 파형의 유형의 예이다. 볼 수 있는 바와 같이, 도 20은 도 2와 동일하고, VCO형 무선 리모트 센서 시스템이, 그렇게 하도록 구성되는 경우에, 상기에서 논의한 것과 본질적으로 동일한 유형의 파형을 제공할 수 있다는 것을 보여준다.
VCO형 무선 리모트 센서 시스템(10'')의 대안적인 실시양태를 도 19에 나타낸다. 본 실시양태에서, 무선 리모트 센서 시스템(10'')은 가변 임피던스 소자(132'')에 커플링된 VCO(170'')를 사용한다. 가변 임피던스 소자(132'')는 VCO(170'')의 출력 주파수를 변화시키고, 가변 저항, 캐패시턴스, 인덕턴스일 수 있다. 또한, 가변 임피던스 소자(170'')는 P-N 접합의 변하는 성질이 임피던스 또는 전압의 변화로서 감지되는 반도체, 예컨대 다이오드 또는 트랜지스터일 수 있다. 이어서, 이러한 신호는 이를 사인파에서 구형파로 변환하기 위하여 버퍼링된다. 본 실시양태에서, VCO(170'')의 출력은 MOSFET(172'')의 게이트에 가해지고, 이는 VCO(170'')에 의한 사인파 출력을 구형파로 변환하는데 사용되고, 또한 변조 부하(174'')를 정류기(128'')에 가한다. 전압 오프셋은 또한 MOSFET(172'')이 턴 온되는 문턱값을 변화시키는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 가변 임피던스 소자(도시되지 않음)는 기준을 제어하는 데 사용될 수 있다. 이 오프셋이 가변 임피던스 소자에 의해 제어되는 경우, 이 소자는 변조의 듀티 사이클을 변화시킬 것이다. 이는 오프셋 전압이 증가함에 따라, 문턱값 위의 사인파 부분이 감소하지만, 주파수는 동일하게 유지되는 것에 기인한다. 이는 신호의 듀티 사이클을 감소시키고, 베이스 센서로 추가의 정보를 다시 제공한다. 보다 구체적으로, 이 대안적인 실시양태에 있어, 가변 임피던스 소자(132'')의 값은 신호의 주파수에 의해 결정될 수 있고, 전압 오프셋을 제어하는 가변 임피던스 소자의 값은 신호의 듀티 사이클에 의해 결정될 수 있다. 도 19의 실시양태의 대안으로서, VCO(170'')의 출력은 부하를 직접 구동할 수 있고, 적절한 신호를 제공하기 위해 필터링, 증폭, 버퍼링될 수 있거나, 또는 임의의 다른 형태의 전형적인 신호 조절을 사용할 수 있다.
본 발명은 거의 모든 유형의 VCO를 사용하여 실시될 수 있다. 사용될 수 있는 VCO의 예를 도 21, 26 및 27에 나타낸다. 도 21에서, 가변 임피던스 소자(R3)를 갖는 윈브릿지 발진기는 R3의 임피던스의 변화에 기초하여 그의 주파수를 변화시키는 사인파를 생성하기 위하여 사용된다. 트윈 T 발진기를 도 26에 나타냈고, 여기서 저항기(R3 및 R4)는 캐패시터(C1)와 함께 발진기의 출력 주파수를 변화시키기 위해 변한다. 위상-변이 발진기를 도 27에 나타냈고, 여기서 저항기(R2, R3 또는 R4)는 C1, C2, 및 C3와 함께 발진기의 출력 주파수를 변화시키기 위해 사용될 수 있다. VCO 외에, 본 발명은 거의 모든 유형의 발진기를 사용하여 실시될 수 있고, 발진의 특징(예컨대, 주파수 또는 진폭)은 저항, 임피던스, 캐패시턴스 및/또는 인덕턴스의 변화를 나타내는 센서에 의해 제어될 수 있다. 이러한 및 다른 발진기는 문헌["Practical Solid-State Circuit Design" by Jerome E. Oleksy, 1974]을 참조로 하여 더욱 완전히 이해될 것이며, 그의 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
본 발명의 대안적인 측면을 도 5-10에 나타냈다. 본 실시양태에서, 무선 리모트 센서 시스템(310)은 하나 이상의 감지된 파라미터의 값을 나타내는 전자기장을 발생시키는 내부 공진 회로(372)와 함께 휘트스톤 브릿지 구성(370)을 포함하는 무선 리모트 센서(314)를 포함한다. 본 실시양태에서, 내부 공진 회로(372)에 의해 발생된 전자기장은 감지된 파라미터(들)의 값을 결정하기 위해 별도의 감지 코일(374)을 통해 유도 송신기(312)에서 수신되고 분석될 수 있다. 사용시, 휘트스톤 브릿지 구성(370)은 휘트스톤 브릿지 구성(370)에 통합된 센서 소자(332)의 값에 기초하여 내부 공진 회로(372)에 전류가 흐르게 하도록 구성된다. 그 결과, 무선 리모트 센서(314)는 감지된 값 또는 값들을 나타내는 특성을 갖는 전자기장을 발생시킨다.
도 5는 2 쌍의 정합된 저항기(R1 및 Rt, R2 및 R3)를 이용하는 휘트스톤 브릿지 구성(370)에 에너지를 제공하기 위해 무선 리모트 센서(314)가 제1 수신 코일(326)을 사용하고, 여기서 저항기(Rt)는 감지된 파라미터의 값에 따라 변하는 가변 저항을 갖는 센서 소자(332)인 실시양태를 나타낸다. 예를 들어, 저항기(Rt)는 무선 리모트 센서(314)가 온도를 측정하도록 구성되는 경우, 서미스터일 수 있다. 휘트스톤 브릿지 구성의 가변 저항을 이용함으로써, 캐패시터(CR2) 및 내부 코일(373)(RX 코일)에 의해 형성된 내부 공진 회로(372) 양단의 전압이 가변 저항기(Rt)의 값에 따라 변할 것이다. 저항기(Rt)의 저항이 증가함에 따라, 내부 공진 회로(372) 양단에 유도된 전압은 전류가 내부 코일(373)에서 흐르도록 할 것이다. 이 전류 흐름은 감지 코일(374)에 의해 수신될 수 있는 전자기장을 발생시키고, 그의 특성은 감지 코일(374)에 커플링된 센서(378)에 의해 측정될 수 있다. 감지 코일(374)은 유도 송신기(312)에, 또는 감지된 파라미터의 무선 검출이 요구되는 다른 위치에 위치할 수 있다. 도시하지는 않았지만, 감지 코일(374)은 공진 탱크 회로를 제공하기 위해 캐패시터와 커플링될 수 있다. 또한, 저항기(Rt)의 저항이 감소하는 경우, 내부 공진 회로(372) 양단에 유도된 전압은, 전류가 내부 코일(373)에서 흐르되, 수신 코일(326)에서와는 반대 위상으로 흐르도록 할 것이다. 이러한 위상 차이는 송신기 코일(316)과 감지 코일(374)의 전류의 위상을 비교함으로써 검출될 수 있다. 저항기(Rt)의 저항이 저항기(R1)의 것과 정합되는 경우, 내부 공진 회로(372) 양단에 전압이 유도되지 않을 것이며, 내부 코일(373)을 통해 전류가 흐르지 않을 것이다.
내부 코일 및 감지 코일이 송신기 코일(316) 및 수신 코일(326)에 매우 불량하게 커플링될 수 있어, 유도 송신기(312)로부터 무선 리모트 센서(314)까지 무선으로 전력을 송신하는 데 사용되는 발생된 전자기장으로부터의 간섭 없이 낮은 수준의 전류를 감지할 수 있다는 것에 주의한다. 예를 들어, 내부 코일(373) 및 감지 코일(374)은 송신기 코일(316) 및 수신 코일(326)로부터 떨어져 위치할 수 있다. 다른 예로서, 내부 코일(373) 및 감지 코일(374)은 송신기 코일(316) 및 수신 코일(326)에 수직하게 배열될 수 있다.
종래의 용도에서 개선된 성능을 제공하기 위하여, 내부 코일(373) 및 내부 캐패시터(CR2)는 수신 코일(326) 및 수신 캐패시터(CR1)와 동일한 주파수로 조정될 수 있거나, 또는 상이한 주파수, 예컨대 고조파로 조정될 수 있다. 이렇게 함으로써, 유도 송신기(312)는 다중 주파수를 갖는 신호-예컨대, 구형파, 톱니파, 또는 캐리어 위에 변조된 신호를 갖는 반송파-를 가하고, 내부 공진 회로(372)의 공진 주파수와 관련된 감지 코일(374)의 주파수 성분을 판독할 수 있다.
도 6은 종래의 무선 리모트 온도 센서(상부 도면 및 시뮬레이션에 나타냄)를 도 5의 시스템에 따른 무선 리모트 온도 센서(314)(하부 도면 및 시뮬레이션에 나타냄)와 비교하는 회로도 및 시뮬레이션을 나타낸다. 상부 시뮬레이션은 센서 소자의 저항값의 0.5 % 변화로 취한 3 개의 전류 측정값(M1, M2, M3)을 나타낸다. 볼 수 있는 바와 같이, 저항의 0.5 %의 변화는 전류의 약 0.2 amp의 변화를 가져오고, 이는 약 2 %의 전류 진폭 변화에 해당한다. 하부의 시뮬레이션은 센서 소자의 저항 값 0.1 % 변화로 취한 5 개의 전류 측정값(N1, N2, N3, N4 및 N5)을 나타낸다. 본 시뮬레이션에서, 전류의 % 변화는 현저하게 더 크다. 예를 들어, N1의 피크 값 간의 % 변화는 N5의 피크 값보다 600 % 초과만큼 더 크다. 그 결과, 저항의 작은 변화는 상부 시뮬레이션에서 더 검출하기 어렵고, 하부 시뮬레이션에서 훨씬 더 검출하기 쉽다고 볼 수 있다.
휘트스톤 브릿지 구성(470)을 갖는 무선 리모트 센서(414)를 갖는 무선 리모트 센서 시스템(410)의 대안적인 실시양태를 도 7에 나타냈다. 본 실시양태에서, AC 휘트스톤 브릿지 구성(470)은 내부 공진 회로(472)에 의해 발생되는 전자기장에 더욱 영향을 주는 데 사용될 수 있는 추가의 가변 임피던스 소자를 포함한다. 본 실시양태의 무선 리모트 센서 시스템(410)은 나타내거나 설명한 바를 제외하고는 무선 리모트 센서 시스템(310)과 본질적으로 동일하다. 한 방편으로서, 도 7은 참조 번호 앞에 "3" 대신에 "4"가 오는 것을 제외하고는 도 5의 참조 부호 및 번호에 일반적으로 대응되는 참조 부호 및 번호를 포함한다. 본 실시양태에서, 내부 캐패시터(CR2)는 가변 캐패시터이고, 이는 내부 공진 회로(472)의 공진 주파수를 변화시킬 수 있다. 일 실시양태에서, 내부 캐패시터(CR2)는 감지되는 파라미터에 따라 변하는 가변 캐패시턴스를 갖는 센서 소자일 수 있다. 예를 들어, 내부 캐패시터(CR2)는 온도에 따라 변하는 유전 상수를 갖는 유전체 재료를 갖는 캐패시터일 수 있다. 또한, 본 실시양태에서, 휘트스톤 브릿지 구성(470)에 추가의 가변 저항이 있다. 예를 들어, 각 저항기는 측정되는 파라미터, 예컨대 온도에 따라 변하는 저항을 갖는 센서 소자일 수 있다. 나타낸 실시양태에서, 저항기(R1t 및 R4t)는 동일한 재료이고, 이는 이들이 서로 거의 동일한 속도로 및 동일한 방향으로 변하는 것을 의미한다. 또한, 본 실시양태에서, 저항기(R2t 및 R3t)는 서로 동일한 재료로 만들어지지만, 저항기(R1t 및 R4t)와는 반대 방향으로 변한다. 이와 같이, 2 개의 저항기 쌍은 협동하여, 감지된 파라미터의 변화의 충격을 증가시킨다. 이는 시스템의 분해능을 증가시키는데, 왜냐하면 임의의 단일 저항 값의 1 % 변화마다, 내부 공진 회로(472) 양단의 전체 전압 차이가 4 배로 증가하기 때문이다. 또한, 가변 저항기(R5t)는 내부 공진 회로(472)에 부가되어 내부 공진 회로(472)의 Q를 변화시킬 수 있고, 이는 또한 감지 코일(476)에 의해 감지될 수 있다.
도 8은 무선 리모트 센서(414)에 다양한 변화가 있는 송신기 코일(416) 및 감지 코일(476)의 전류를 나타낸다. 이 도시에서, 곡선(T1)은 송신기 코일(416)의 전류를 나타내고, 곡선(SC1)은 내부 저항기(R5t)가 제1 값을 가질 때의 감지 코일(476)의 전류를 나타내고, SC2는 내부 저항기(R5t)가 제2 값을 가질 때의 감지 코일(476)의 전류를 나타낸다. 본 실시양태에서, T1을 SC1 및 SC2와 비교하면, 공진 주파수가 변이되었음을 알 수 있다. 본 실시양태에서, 공진 주파수는 내부 캐패시터(CR2)의 변화에 의해 변이되었다. 또한, Q는 내부 저항기(R5t)의 저항의 변화에 의해 SC1에서 SC2로 변하였다. 도시하지 않았지만, 감지된 전류의 진폭은 변이될 수 있어, 저항기(R1t, R2t, R3t 및 R4t)에 의해 형성된 가변 저항 브릿지의 변화를 나타낸다. 볼 수 있는 바와 같이, 무선 리모트 센서(414)에 포함된 가변 임피던스 소자 중 하나 이상의 변화는 감지 코일(476)에서 감지된 전류에 반영된다. 전류 센서와 관련하여 설명했지만, 이러한 변화는 대안적으로 감지 코일(476)에서의 다른 전력 특징, 예컨대 주파수, 전압, 전력 및/또는 위상을 측정함으로써 결정될 수 있다.
전력 전달 코일(예를 들어, 송신기 코일(416) 및 수신 코일(426)) 및 피드백 코일(예를 들어, 내부 코일(473) 및 감지 코일(474))은 2 개의 코일 세트 간의 간섭을 최소화하도록 구성될 수 있다. 도 9-10의 실시양태에서, 전력 전달 코일(416, 426)은 피드백 코일(473, 474)의 외측에 배열되고, 피드백 코일은 반대로 권취된 구성(counter-wound configuration)으로 배열된다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 송신기 코일(416) 및 감지 코일(474)은 아주 근접하게 배열된다. 예를 들어, 두 코일은 유도 송신기(412)에 통합될 수 있다. 본 실시양태에서, 송신기 코일(416)은 감지 코일(474)을 수용하도록 구성된 내부 공간을 갖는 나선형으로 권취된 코일이다. 본 실시양태의 감지 코일(474)은 반대 방향으로 권취된 2 개의 코일 부분(478, 480)을 포함한다. 2 개의 코일 부분(478, 480)은 일반적으로 크기, 모양 및 구성 면에서 동일할 수 있어, 이들은 대략적으로 대칭이며, 전력 전달 코일(416 및 426)로부터 대략 동일하지만 반대인 영향을 수신한다. 이제 도 10을 참조하면, 수신기 코일(426)은 내부 코일(473)을 수용하도록 구성된 내부 공간을 갖는 나선형으로 권취된 코일이다. 본 실시양태의 내부 코일(473)은, 감지 코일(476)과 마찬가지로, 반대 방향으로 권취된 2 개의 코일 부분(482, 484)를 포함한다. 2 개의 코일 부분(482, 484)은 일반적으로 크기, 모양 및 구성 면에서 동일할 수 있어, 이들은 대략적으로 대칭이며, 전력 전달 코일로부터 대략 동일하지만 반대인 영향을 수신한다. 본 실시양태에서, 전력 전달 코일 및 피드백 코일은 서로 바로 인접하게 위치되도록 의도되고, 대응하는 코일은 서로 대략 동일한 공간에 걸쳐(coextensively) 연장된다. 그 결과, 대응 코일은 본질적으로 동일한 크기, 모양 및 구성을 갖는다. 보다 구체적으로, 본 실시양태에서, 일반적으로 송신기 코일(416) 및 수신기 코일(426)은 본질적으로 동일한 크기 및 모양을 갖는 직사각형 코일이다. 마찬가지로, 감지 코일(474) 및 내부 코일(473)은 모두 본질적으로 동일한 크기 및 모양의 코일 부분을 갖는 반대로 권취된 코일이다. 피드백 코일의 반대로 권취된 성질 때문에, 전력 전달 코일에 의해 유도된 전류는, 감지 코일(474)에 커플링된 전류 센서(478)에 의해 측정된 바와 같이, 본질적으로 상쇄될 것이다. 그러나, 감지 코일(474)과 내부 코일(373)의 반대로-권취된 부분 사이의 물리적 근접 때문에, 내부 코일(473)에서 생긴 전자기장이 감지 코일(474)에 효과적으로 전달될 것이다. 도시된 실시양태에서 나타낸 코일 배열은 예시적일 뿐이다. 코일은 용도마다 크기, 모양 및 구성이 변할 수 있다. 예를 들어, 피드백 코일(473, 474)은 전력 전달 코일(416, 426) 내에 위치할 필요가 없다. 대신에, 코일 세트는 전력 전달 코일로부터의 간섭을 보다 최소화하기 위하여 분리될 수 있다.
무선 리모트 센서(414)와 관련하여 설명했지만, 또한 이러한 코일 구성은 2 세트의 코일을 최소화된 간섭으로 매우 근접하게 위치시키는 것이 바람직한 다른 용도에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 이 코일 배열은, 전력을 전달하기 위한 제1 코일 세트, 및 신호, 데이터, 또는 다른 유형의 정보를 송신하기 위한 제2 코일 세트를 갖는 것이 바람직한 다른 용도에서 사용될 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 기준 LED 및 하나 이상의 센서 LED를 갖는 광학 피드백 네트워크를 포함하는 무선 리모트 센서 시스템(510)을 제공한다. 도 11의 실시양태에서, 무선 리모트 센서 시스템(510)은 일반적으로 유도 송신기(512), 무선 리모트 센서(514) 및 광학 센서 네트워크(598)를 포함한다. 광학 센서 네트워크(598)는 유도 송신기(512) 내에 위치할 수 있거나, 또는 원하는 경우, 원격으로 위치할 수 있다. 요약하면, 무선 리모트 센서(514)는 유도 송신기(512)로부터 전력을 수신하고, 하나 이상의 파라미터의 값(들)을 나타내는 광학 피드백을 제공한다. 커플링의 변화 및 제외되어야 하는 다른 변화, 예컨대 회로 드리프트를 시스템이 보상하도록 하기 위해, 무선 리모트 센서(514)는 기준 회로(580) 및 센서 회로(582)를 포함한다. 기준 회로(580)는 그의 기준 LED(588)가, 수신된 전력의 변화(예를 들어, 커플링의 변화), 및 감지된 파라미터의 값을 결정할 때 제외되어야 하는 다른 변화, 예컨대 시간에 따른 회로 드리프트에 따라서만 강도를 변화시키도록, 고정된 구성요소들을 포함한다. 센서 회로(582)는 센서 LED(530)가, 가변 임피던스 소자의 값에 기초하여, 뿐만 아니라 수신된 전력에 따라 강도를 변화시키도록 구성된 적어도 하나의 가변 임피던스 소자를 포함한다. 광학 센서 네트워크(598)는 기준 LED(588) 및 센서 LED(530)의 강도를 개별적으로 감지하고, 감지된 값은 감지된 파라미터의 값을 결정하는 데 사용된다. 기준 LED(588)가 커플링의 변화, 및 제외되어야 하는 센서 LED(530) 강도의 다른 변화, 예컨대 회로 드리프트에 따라서만 변하기 때문에, 기준 LED(588)는 가변 임피던스 소자에 의한 센서 LED(530)의 강도의 차이를 커플링의 변화, 및 가변 임피던스 소자에서의 변화와 관련 없는 다른 요인, 예컨대 회로 드리프트에 의한 것과 분리하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 용도에서, LED는 시간에 따라 자연적으로 감쇄될 수 있고, 따라서 시간에 따른 밝기의 고유한 감소를 갖는다. 기준 LED(588) 및 센서 LED(530)가 시간에 따라 대략 동일한 자연적 감쇄를 겪어야 함을 고려하면, 기준 LED(588)는 LED 감쇄를 센서 LED(530)의 강도로부터 제거하기 위하여 사용될 수 있다. LED 감쇄는 시간에 따른 회로 드리프트로 이어질 수 있는 요인의 하나의 예일 뿐이다. 시간에 따른 회로 드리프트는 다른 요인, 예컨대 전력 공급 전압, 검출 광학부의 감도, 및 회로 구성요소들의 감쇄/열화의 변화로부터 초래될 수 있다.
상기에서 언급한 바와 같이, 무선 리모트 센서(514)는 기준 회로(580) 및 센서 회로(582)를 포함한다. 그러나, 센서 회로의 수는 원하는 용도마다 변할 수 있다. 예를 들어, 무선 리모트 센서(514)가 2 개의 상이한 파라미터 값을 감지하는 것이 바람직한 경우, 감지된 파라미터 값에 따라 강도가 변하는 센서 LED를 갖는 제2 센서 회로(도시하지 않음)와 함께 제공될 수 있다. 예를 들어, 제2 센서 회로는 감지되는 파라미터에 따라 변하는 임피던스를 갖는 가변 임피던스 소자를 포함할 수 있다. 다시 도 11을 참조하면, 본 실시양태의 기준 회로(580)는 유도 송신기(512)로부터 전력을 수신하기 위한 직렬 공진 탱크 회로를 포함한다. 탱크 회로는 수신기 코일(584) 및 수신기 캐패시터(586)를 포함할 수 있다. 본 실시양태의 기준 회로(580)는 또한 기준 LED(588) 및 기준 저항기(590)를 포함한다. 사용시, 기준 LED(588)의 강도는 유도 송신기(510)로부터 수신된 전력량의 변화에 따라 변한다. 유도 송신기(510)와 기준 회로(580) 간의 커플링이 변함에 따라, 기준 LED(588)는 강도가 변할 것이다. 이러한 강도의 변화는 광학 센서, 예컨대 센서(592)를 통하여 (예를 들어, 유도 송신기(510)로부터) 원격으로 측정될 수 있다.
센서 회로(582)는, 또한 센서 LED(530), 저항기(532), 및 수신기 코일(526) 및 수신기 캐패시터(528)를 갖는 직렬 공진 탱크 회로를 포함한다는 점에서, 기준 회로(580)와 유사하다. 그러나, 센서 회로(582)에서, 수신기 코일(526), 수신기 캐패시터(528) 및 저항기(532) 중 하나 이상은, 감지된 파라미터 값의 변화에 따라 변하도록 구성된 가변 임피던스 소자일 수 있다. 예를 들어, 저항기(532)는 온도에 따라 변하는 저항을 갖는 서미스터일 수 있다. 또한, 수신기 코일(526)은 가변 인덕터일 수 있고/있거나 수신기 캐패시터(528)는 가변 캐패시터일 수 있다. 그 결과, 센서 LED(530)의 강도는 수신된 전력의 변화에 따라서 뿐만 아니라, 가변 임피던스 소자(들)의 변화에 따라 변한다. 센서 LED(530)의 강도는 광학 센서, 예컨대 센서(594)를 통해 (예를 들어, 유도 송신기(510)로부터) 원격으로 측정될 수 있다.
본 실시양태에서, 가변 임피던스 소자(들)의 변화로부터 발생한 센서 LED(530)의 강도 변화는, 기준 LED(588)를 사용하여 커플링 변화 및 시간에 따른 회로 드리프트에 의한 변화로부터 분리될 수 있다. 보다 구체적으로, 기준 LED(588)의 검출된 강도 변화는 센서 LED(530)의 검출된 강도 변화로부터 제거될 수 있어, 커플링 및 시간에 따른 회로 드리프트에 의한 변화를 효과적으로 제거하고, 따라서 가변 임피던스 소자(들)의 변화에 의한 변화를 분리한다. 예를 들어, 광학 센서(592)에 의해 측정된 기준 LED(588)의 강도 변화는 광학 센서(594)에 의해 측정된 센서 LED(530)의 강도 변화로부터 감산될 수 있다.
본 실시양태에서, 유도 송신기(512)에 대한 무선 리모트 센서(514)의 위치 및/또는 방향, 및/또는 코일 주변의 환경의 변화가 송신기 코일(516)과 2 개의 수신기 코일(526, 584) 간의 커플링에 본질적으로 동일한 영향을 미치도록, 수신기 코일(526 및 584)을 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 이를 위해서, 2 개의 수신기 코일(526, 584)을, 송신기 코일(516)로부터 대체적으로 동일한 플럭스를 수신하도록 배열하는 것이 바람직할 수 있다. 도 12-14에 나타낸 실시양태에서, 수신기 코일(526, 584)은 대략 동일한 축을 중심으로, 및 대략 동일한 평면에서 함께 권취된다. 본 실시양태의 코일(526, 584)은 모양이 대체적으로 원형이지만, 이들은 원하는 용도마다 크기 및 모양이 변할 수 있다. 도 12는 나머지 회로망으로부터 분리된 2 개의 코일(526, 584)을 나타낸다. 볼 수 있는 바와 같이, 코일(526, 584)은 대략 동일한 축을 중심으로, 및 대략 동일한 평면에서 연장되는 실질적으로 평행한 권취에 의해 감긴다. 이러한 구성에서, 2 개의 코일은 거의 모든 환경에서 유도 송신기(512)로부터 실질적으로 동일한 양의 자기 플럭스를 수신해야 한다. 도 13은 나머지 회로 구성요소들을 코일에 커플링하는 하나의 방식을 도시한다. 본 실시양태에서, 나머지 회로 구성요소들은 대응 코일의 반대쪽 단부들에 간단히 접속된다. LED의 위치는 용도마다 변할 수 있다. 그러나, 도 14에 나타낸 실시양태에서, 기준 LED(588) 및 센서 LED(530)는 코일(526, 584)의 중심에 배치된다.
유도 송신기(512)의 설계 및 구성은 용도마다 변할 수 있다. 도 15는 도 14에 나타낸 무선 리모트 센서(514)와 함께 사용하도록 구성된 실시양태를 나타낸다. 본 실시양태에서 유도 송신기(512)는, 원형이며 수신기 코일(526, 584)에 크기 및 모양이 대응되는 송신기 코일(526)을 포함한다. 송신기 코일(526)은 코일 드라이버(534)에 의해 구동될 수 있다. 나타낸 바와 같이, 유도 송신기(512)는 기준 LED(588) 및 센서 LED(530)와 대략 동일한 위치에서 송신기 코일(526)의 중심에 위치한 광학 센서(592, 594)를 갖는 광-검출기 회로(536)를 포함할 수 있다.
제4 측면에서, 본 발명은 수신기 코일(626)이 비교적 고열팽창 계수를 갖는 기판(650)에 배치된 무선 리모트 센서(614)를 갖는 무선 리모트 센서 시스템을 포함한다. 이러한 측면에서, 기판(650)의 크기 변화는 수신 코일(626)의 크기 및/또는 모양의 변화를 가져온다. 수신 코일(626)의 변화는 수신 코일(626)의 반사 임피던스에서 대응하는 변화를 가져오고, 이는 유도 송신기(도시되지 않음)에서 감지될 수 있다. 예를 들어, 수신 코일(626)의 모양 변화는 반사 임피던스에 의해 영향을 받는 전력 특성을 유도 송신기에서 감지함으로써 인지될 수 있다. 감지된 특성은 예를 들어, 전류, 전압, 위상, 또는 공진 주파수일 수 있다.
무선 리모트 온도 센서(614)의 구성은 용도마다 변할 수 있다. 가장 단순한 실시양태에서, 무선 리모트 센서(614)는 일반적으로 기판(650), 수신 코일(626) 및 캐패시터(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 도 16에 도시하지 않았지만, 캐패시터는 공진 탱크 회로를 형성하기 위하여 코일(626)의 반대쪽 단부들에 걸쳐 접속될 수 있다. 기판(650)은 본질적으로, 수신 코일(626)을 지지할 수 있고, 예상되는 온도 변화가 유도 송신기(612)의 전력 특성을 감지함으로써 인지될 수 있는 반사 임피던스의 변화를 가져오기에 충분히 큰 열팽창 계수를 갖는 임의의 재료일 수 있다. 대안적인 실시양태에서, 기판은 온도 변화에 반응하여 보다 영구적인 변형을 받는 재료일 수 있다. 예를 들어, 기판은 원하는 온도로 가열될 때 수축하는 열-수축 재료일 수 있다. 재료의 열-수축은 재료 상에 지지되는 코일의 크기 및/또는 모양을 변화시킬 수 있다. 이러한 크기 및/또는 모양의 변화는 유도 송신기에서 감지될 수 있다. 열-수축 재료는 열가소성 재료, 예컨대 폴리올레핀, 플루오로중합체(예컨대, FEP, PTFE, 또는 Kynar), PVC, 네오프렌, 실리콘 탄성중합체 또는 바이톤(Viton)으로부터 제조될 수 있다.
수신 코일(626) 및 캐패시터의 특성은 유도 송신기의 작동 주파수에 또는 그 근처에 있는 공진 주파수를 갖는 공진 탱크 회로를 제공하도록 선택될 수 있다. 도시된 실시양태에서, 수신 코일(626)은 인쇄가능한 잉크로부터 제조된다. 예를 들어, 수신 코일(626)은 기판(650) 상에 인쇄될 수 있다. 본 실시양태에서, 수신 코일(626)은 기판 상에 직접 인쇄되지만, 무선 리모트 센서(614)는 원하는 경우, 중간 재료를 포함할 수 있다.
수신 코일(626)의 크기, 모양 및 구성은 용도마다 변할 수 있다. 도 16의 실시양태에서, 수신 코일(626)은 기판(650)과 함께 팽창하고 수축할 수 없는 재료로 제조된다. 그럼에도 불구하고, 수신 코일(626)이 기판(650)에 따라 모양을 변화시키게 하기 위하여, 수신 코일(626)은 복수의 언듈레이션으로 형성된다. 사용시, 언듈레이션은 기판(650)이 팽창하고 수축함에 따라, 절곡되고 굽혀진다. 이러한 절곡(bending) 및 굽힘(flexing)은 수신 코일(626)의 전체 크기 및/또는 모양에서의 재료 변화를 가져온다. 수신 코일(626)은 대안으로서, 아래에 놓인 기판과 함께 팽창 및 수축할 수 있는 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 수신 코일(626)은 인쇄된 은 잉크 전도체로 제조될 수 있다. 수신 코일(626)이 팽창 및 수축할 수 있는 용도에서, 이는 보다 규칙적인 모양, 예컨대 단순한 나선형 권취로 제공될 수 있다.
캐패시터(도시되지 않음)는 거의 모든 용량성 소자, 예컨대 인쇄된 잉크 캐패시터 또는 종래의 캐패시터일 수 있다. 인쇄된 잉크 캐패시터가 포함되는 경우, 원하면 기판(650) 상에 인쇄될 수 있다. 일부 용도에서, 수신 코일(626)의 내부 캐패시턴스는 공진 탱크 회로를 형성하기에 충분할 수 있다. 이러한 용도에서, 별도의 캐패시터가 포함되지 않을 수 있다.
도 17에 나타낸 대안적인 실시양태에서, 무선 리모트 센서(614')는 수신 코일(626')에 인접하여 위치한 재-공진기(re-resonator) 코일(690')을 포함한다. 나타낸 바와 같이, 재-공진기 코일(690')는 수신 코일(626') 주위로 감길 수 있고, 2 개의 코일은 대체적으로 공통인 축을 공유하고 대략 동일 평면을 통해 연장된다. 이러한 실시양태에서, 재-공진기 코일(690')은 유도 송신기(도시되지 않음)로부터 전력을 수신하고, 수신된 전력을 증폭하고, 이를 수신 코일(626')로 송신한다. 재-공진기 코일(690')은 캐패시터(692')와 커플링될 수 있다. 캐패시터(692')는 원하는 경우, 인쇄된 잉크 캐패시터일 수 있다.
도 16의 실시양태에서와 같이, 수신 코일(626')은 캐패시터(도시되지 않음)와 직렬로 접속될 수 있다. 캐패시터는 거의 모든 용량성 소자, 예컨대 인쇄된 잉크 캐패시터 또는 종래의 캐패시터일 수 있다. 수신 코일(626')의 내부 캐패시턴스가 적합한 공진 탱크 회로를 형성하기에 충분한 경우, 별도의 캐패시터는 제거될 수 있다.
제5 측면에서, 무선 리모트 센서 시스템(710)은 가변 임피던스 소자(732)의 값에 따른 신호를 발생시키는 VCO(770)를 포함할 수 있다. 신호는, 신호를 베이스 센서(790)에 송신하는 안테나(780)에 가해진다(도 22 참조). 이 신호는 안테나(780)에 직접 가해질 수 있거나, 또는 버퍼, 증폭기, 필터, 또는 신호 조정 회로의 임의의 조합을 통해 가해질 수 있고, 이어서 안테나(780)에 가해진다. 베이스 센서(790)는 신호를 안테나(780)로부터 수신하도록 구성된 안테나(792)를 포함할 수 있다. 별도의 안테나(780)를 사용함으로써, 신호는 전력을 전달하는 데 전자기장을 주로 사용하는 전력 전달 신호와 더 적은 상호작용을 할 수 있다. 안테나(780)에 의해 발생한 전자기파는 대부분 전기장일 것이고, 자기장선이 전기장선에 수직하기 때문에 신호들 간의 벡터-도메인 분리(vector-domain isolation)를 제공한다. 이어서, 베이스 센서(790)는 신호의 주파수를 모니터링하고, 이를 기준 주파수와 비교할 것이며, 또는 신호의 다른 특성을 사용하여 센서(또는 가변 임피던스 소자(732))에 관한 정보를 결정할 것이다. 예를 들어, 주파수는 시간에 따라 변할 수 있고, 주파수의 변화 속도는 의료 환자의 맥박 속도를 나타낸다. 도 23은 도 21의 윈브릿지 VCO로부터의 가변 저항(R3)의 상이한 값에 대한 주파수 응답의 예를 나타낸다. 도 23의 좌측 상의 플롯은 서로 층층이 겹쳐진 일련의 3 개의 상이한 파형(A1, A2 및 A3)을 나타낸다. 각 파형은 가변 임피던스 소자(R3)의 상이한 값으로부터 생성되었다. 도 23의 좌측에서 관찰하기 어렵지만, 각 파형(A1, A2 및 A3)은 상이한 주파수를 갖는다. 이는 도 23의 우측 상의 플롯에서 더 명확하게 도시되고, 이는 FFT를 사용하여 생성된 3 개의 파형(A1, A2 및 A3)의 주파수 응답(F1, F2 및 F3)의 플롯이다. 신호의 주파수(우측의 신호의 FFT 표시의 피크 값으로 표현됨)가 가변 임피던스 소자(732)의 저항에 따라 변한다는 것을 알 수 있다.
제6 측면에서, 무선 리모트 센서 시스템(810)은 별도의 코일(880)에 가해지고 베이스 센서(890)에 송신되는 신호를 생성하는 VCO(870)를 포함할 수 있다. 이 신호는 코일(880)에 직접 가해질 수 있거나, 또는 버퍼, 증폭기, 필터, 또는 신호 조정 회로의 임의의 조합을 통해 가해질 수 있고, 이어서 코일(880)에 가해진다. 베이스 센서(890)는 코일(880)로부터 신호를 수신하도록 구성된 대응 수신 코일(892)을 포함할 수 있다. 별도의 코일(880)을 사용함으로써, 신호는 전력 전달 신호와 더 적은 상호작용을 할 수 있다. 별도의 코일(880)에 의해 발생한 전자기파는, 피드백 신호를 전력 전달 신호보다 훨씬 높은 또는 낮은 주파수로 만듦으로써 주파수에서 전력 전달 신호로부터 분리될 수 있다. 코일을 원격으로 위치시킴으로써, 또는 신호 코일을 반대로 권취된 또는 "숫자 8"의 토폴로지로 권취함으로써 전력 전달 신호로부터 장이 또한 분리될 수 있다. 도 25는 송신기 측의, 반대로 권취된 또는 "숫자 8"의 토폴로지의 예를 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 송신기 코일(816)은 베이스 센서 코일(892)의 외측에 물리적으로 위치하고, 베이스 센서 코일(892)은 도 9와 관련하여 상기에서 논의한 바와 같이 반대로 권취된다. 이어서, 베이스 센서(890)는 신호의 주파수를 모니터링하고, 이를 기준 주파수와 비교할 수 있거나, 또는 신호의 다른 특성을 사용하여 센서 또는 가변 임피던스 소자(832)에 관한 정보를 결정할 수 있다. VCO(870)는 가변 임피던스 소자의 임피던스를 정확하게 측정하기 위하여 양 및 음 전압 공급 장치를 필요로 할 수 있다. 이를 제공하기 위하여, 수신기(810)에 대한 전력 전달 코일(826)은 중심-탭(center-tapped) 구성일 수 있고, 여기서 중심 탭은 수신기의 중성 또는 0-볼트 기준에 부착되고, 다이오드 브릿지(828)는 코일의 단부들을 양 및 음 전압에 접속한다. 2 개의 다이오드 브릿지(728), 예컨대 도 22에 나타낸 회로를 사용함으로써, 전류는 한 방향으로 흐르고, 에너지는 전력 전달 사이클의 절반에 대해서만 수신된다. 4 개의 다이오드 브릿지(828), 예컨대 도 24에 나타낸 회로를 사용함으로써, 전류는 양 방향으로 흐르고, 에너지는 전체 전력 전달 사이클에 대해 수신된다.
상기 설명은 본 발명의 전류 실시양태의 것이다. 첨부한 특허청구범위에서 정의된 본 발명의 사상 및 보다 광범위한 측면에서 벗어나지 않으면서 다양한 변경 및 변화가 이루어질 수 있고, 이는 균등론을 포함하는 특허법의 원칙에 따라 해석되어야 한다. 본 개시는 예시적인 목적으로 나타내었으며, 본 발명의 모든 실시양태를 철저하게 설명한다거나 이러한 실시양태와 관련하여 도시하거나 설명한 특정 구성요소로 특허청구범위의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 예를 들어, 비제한적으로, 설명한 본 발명의 임의의 개별적 구성요소(들)는 실질적으로 유사한 기능을 제공하거나, 다르게는 적합한 실시를 제공하는 대안적인 구성요소로 대체될 수 있다. 이는 예를 들면, 현재 알려진 대안적인 구성요소, 예컨대 통상의 기술자에게 현재 알려져 있을 수 있는 것, 및 앞으로 개발될 수 있는 대안적인 구성요소, 예컨대 통상의 기술자가 개발하면서 대안으로서 인지할 수 있는 것을 포함한다. 또한, 개시된 실시양태는, 함께 설명되고 일련의 이익을 협동하여 제공할 수 있는 복수의 특징을 포함한다. 본 발명은 발행된 특허청구범위에서 달리 명확히 제시된 범위를 제외하고는, 이러한 특징 모두를 포함하거나, 언급한 이익 모두를 제공하는 실시양태에만 제한되지 않는다. 예를 들어, 관사 "한", "하나의", "그", 또는 "상기"를 사용하는 단수형의 특허청구범위 구성요소에 대한 어떠한 언급도 구성요소를 단수에 제한하는 것으로서 해석되지 않아야 한다.
Claims (53)
- 무선 전력 송신기로부터 전력을 무선으로 수신하도록 구성된 수신기 코일; 및
상기 수신기 코일에 커플링된 발진 회로 -이로 인해, 상기 발진 회로의 발진은 반사 임피던스에 의해 상기 무선 전력 송신기에 전달되고, 상기 발진 회로는 감지되는 파라미터 값에 따라 변하는 가변 임피던스 소자를 가지고, 상기 발진은 상기 가변 임피던스 소자의 변화에 따라 변함-
를 포함하는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서. - 제1항에 있어서, 상기 발진 회로는 상기 발진 회로를 교대로 충전 및 방전하도록 구성된 충전/방전 회로를 포함하고, 상기 발진은 상기 충전 및 방전에 대응하는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서.
- 제2항에 있어서, 상기 충전/방전 회로는 상기 수신기 코일을 통해 무선으로 수신되는 전력으로 충전되는 충전 캐패시터를 갖는 충전 서브회로를 포함하는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서.
- 제3항에 있어서, 상기 충전/방전 회로는 상기 충전/방전 회로를 충전 상태와 방전 상태 사이에서 변환하기 위한 트리거를 포함하고, 상기 트리거는 상기 충전 캐패시터가 문턱값에 도달할 때, 상기 충전/방전 회로를 상기 충전으로부터 상기 방전으로 변환하도록 선택되는 역 항복 전압을 갖는 다이오드인, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서.
- 제3항에 있어서, 상기 충전/방전 회로는 상기 충전 캐패시터를 선택적으로 방전하도록 구성된 전류 래치를 갖는 방전 서브회로를 포함하는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서.
- 제5항에 있어서, 상기 충전 서브회로는 충전 저항기를 포함하고, 상기 충전 저항기는 상기 가변 임피던스 소자인, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서.
- 제5항에 있어서, 방전 저항기를 더 포함하고, 상기 방전 저항기는 상기 가변 임피던스 소자인, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서.
- 제5항에 있어서, 상기 발진 회로는 제1 및 제2 가변 임피던스 소자를 포함하고, 상기 제1 가변 임피던스 소자는 상기 충전 서브회로의 가변 저항기이고, 상기 제2 가변 임피던스 소자는 상기 방전 상태의 지속시간을 변화시키도록 되어 있는 가변 저항기인, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서.
- 제3항에 있어서, 상기 충전 서브회로에 제공되는 전압을 정규화하기 위한 정규화 회로를 더 포함하는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서.
- 제9항에 있어서, 상기 정규화 회로는 전압 클램프를 포함하는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서.
- 제3항에 있어서, 상기 충전/방전 회로는 상기 충전/방전 회로를 충전 상태와 방전 상태 사이에서 변환하기 위한 트리거를 포함하고, 상기 트리거는 상기 충전 서브회로에 제공되는 전압의 변화에도 불구하고 실질적으로 균일한 충전 지속시간을 유지하도록 선택되는 비교기 및 분압기(voltage divider)인, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서.
- 제11항에 있어서, 상기 비교기는 상기 분압기의 출력에 커플링된 제1 입력 및 상기 충전 서브회로의 출력에 커플링된 제2 입력을 포함하는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서.
- 제12항에 있어서, 상기 충전/방전 회로는 상기 충전 캐패시터를 선택적으로 방전하도록 구성된 전류 래치를 갖는 방전 서브회로를 포함하고, 상기 비교기의 출력은 상기 전류 래치에 커플링되고, 이에 의해 상기 비교기 출력이 상기 전류 래치에 결합(engage)하는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서.
- 제5항에 있어서, 상기 방전 서브회로는 변조 레그(modulating leg)를 포함하고, 상기 변조 레그는 변조 저항기를 갖고, 상기 변조 레그는 상기 전류 래치에 커플링되고, 이에 의해 상기 전류 래치가 온 상태일 때만 상기 변조 레그가 적용되는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서.
- 제14항에 있어서, 상기 변조 레그는 트랜지스터에 의해 상기 전류 래치에 커플링되고, 상기 변조 저항기는 상기 트랜지스터를 가변 임피던스 소자에 적어도 부분적으로 의존하는 증폭기로서 작동하게 하도록 선택되는 값을 갖는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서.
- 무선 전력을 공급하기 위한 무선 전력 공급 장치;
무선 전력 공급 장치로부터 무선으로 전력을 수신하기 위한 수신기 코일,
상기 수신기 코일에 커플링되고, 가변 임피던스 소자 및 내부 공진 회로를 갖는 저항기 네트워크를 갖는 휘트스톤 브릿지 구성 -상기 가변 임피던스 소자는 파라미터 값에 따라 변하는 임피던스를 가지고, 상기 내부 공진 회로는 상기 가변 임피던스 소자의 변화에 따라 변하는 적어도 하나의 특성을 갖는 전자기장을 생성함-
을 포함하는 무선 리모트 센서; 및
상기 내부 공진 회로에 의해 생성된 상기 전자기장을 수신하기 위한 감지 코일 -상기 감지 코일은 상기 가변 임피던스 소자의 변화에 따라 변하는 상기 전자기장의 적어도 하나의 특성을 감지할 수 있는 센서에 커플링됨-
을 포함하는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템. - 제16항에 있어서, 상기 가변 임피던스 소자는 가변 저항기를 포함하는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템.
- 제16항에 있어서, 상기 가변 임피던스 소자는 서미스터인, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템.
- 제17항에 있어서, 상기 내부 공진 회로는 내부 코일 및 내부 캐패시턴스를 포함하는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템.
- 제16항에 있어서, 상기 휘트스톤 브릿지 구성은 파라미터의 변화로부터 생긴 상기 전자기장의 변화를 증폭하도록 선택되고 배열된 2 개의 가변 저항기를 포함하는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템.
- 제16항에 있어서, 상기 휘트스톤 브릿지 구성은 파라미터의 변화로부터 생긴 상기 전자기장의 변화를 증폭하도록 선택되고 배열된 4 개의 가변 저항기를 포함하는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템.
- 제19항에 있어서, 상기 내부 캐패시턴스는 감지되는 파라미터에 따라 변하는 가변 캐패시턴스인, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템.
- 제22항에 있어서, 상기 내부 공진 회로는 감지되는 파라미터에 따라 변하는 가변 저항기를 포함하는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템.
- 제16항에 있어서, 상기 내부 공진 회로는 내부 코일을 포함하고, 상기 내부 코일은 제1 부분 및 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분은 상기 제2 부분에 대하여 반대로 권취되고(counter-wound), 상기 감지 코일은 제1 부분 및 제2 부분을 포함하고, 상기 감지 코일의 상기 제1 부분은 상기 감지 코일의 상기 제2 부분에 대하여 반대로 권취되는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템.
- 제24항에 있어서, 무선 전력 공급 장치는 송신기 코일을 포함하고, 상기 감지 코일은 상기 송신기 코일 내에 배치되고;
상기 내부 코일은 상기 수신기 코일 내에 배치되는,
파라미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템. - 송신기 코일을 갖는 유도 송신기;
기준 회로 및 센서 회로를 갖는 무선 리모트 센서 -상기 기준 회로는 수신기 코일 및 기준 신호를 발생시키기 위한 기준 신호 발생기를 포함하고, 상기 기준 신호는 시간에 따른 회로 드리프트 및 상기 송신기 코일과 상기 수신기 코일 간의 커플링의 변화 중 적어도 하나에 따라 변하고, 상기 센서 회로는 수신기 코일, 파라미터에 따라 변하는 가변 임피던스 소자, 및 센서 신호를 발생시키기 위한 센서 신호 발생기를 포함하고, 상기 센서 신호는 상기 가변 임피던스 소자의 변화, 및 시간에 따른 회로 드리프트 및 상기 센서 회로의 상기 송신기 코일과 상기 수신기 코일 간의 커플링 중 적어도 하나의 변화에 따라 변함-; 및
상기 기준 신호 및 상기 센서 신호를 수신하도록 구성된 신호 수신기 -상기 신호 수신기는 상기 기준 신호 및 상기 센서 신호의 함수로서 상기 가변 임피던스 소자의 변화를 결정하도록 구성됨-
를 포함하는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템. - 제26항에 있어서, 상기 기준 신호 발생기는 기준 LED이고, 상기 신호 수신기는 상기 기준 LED의 강도를 감지하도록 구성된 제1 광학 센서를 포함하는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템.
- 제27항에 있어서, 상기 센서 신호 발생기는 센서 LED이고, 상기 신호 수신기는 상기 센서 LED의 강도를 감지하도록 구성된 제2 광학 센서를 포함하는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템.
- 제28항에 있어서, 상기 가변 임피던스 소자는 가변 저항기저항기미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템.
- 제29항에 있어서, 상기 가변 임피던스 소자는 서미스터인, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템.
- 제28항에 있어서, 상기 기준 수신기 코일 및 상기 센서 수신기 코일은 대체적으로 공통인 축을 중심으로 감기고(wrapped), 대체적으로 공통인 평면을 통해 연장되는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템.
- 제31항에 있어서, 상기 기준 수신기 코일은 나선형으로 권취된 코일이고, 상기 센서 수신기 코일은 상기 기준 수신기 코일과 실질적으로 평행하게 권취함으로써 권취된, 나선형으로 권취된 코일인, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템.
- 제32항에 있어서, 상기 기준 수신기 코일은 내부 공간을 정의하고;
상기 기준 LED 및 상기 센서 LED는 상기 내부 공간 내에 배치되는,
파라미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템. - 제33항에 있어서, 상기 송신기 코일은 내부 공간을 정의하고;
상기 제1 광학 센서 및 상기 제2 광학 센서는 상기 송신기 코일의 상기 내부 공간 내에 배치되는,
파라미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템. - 수신기 코일 및 캐패시턴스를 갖는 공진 회로 -상기 수신기 코일은 유도 송신기로부터 전력을 수신하도록 구성됨-; 및
온도 변화에 응답하여 크기가 변하도록 선택된 기판 -상기 수신기 코일은, 상기 기판이 상기 온도 변화를 거칠 때 상기 기판이 상기 수신기 코일의 크기 또는 모양의 변화를 일으키도록 상기 기판에 의해 지지되고, 상기 변화는 유도 송신기의 상기 수신기 코일의 반사 임피던스에 실질적으로 영향을 주기에 충분함-
을 포함하는, 무선 리모트 온도 센서. - 제35항에 있어서, 상기 기판은 감지되는 상기 온도 범위에 걸쳐 팽창 및 수축을 거치도록 선택되는 열팽창 계수를 가지고, 상기 수신기 코일은, 상기 기판의 상기 팽창 및 수축이 상기 수신기 코일의 상기 크기 또는 상기 모양의 변화를 일으키도록 상기 기판에 의해 지지되고, 상기 변화는 유도 송신기의 상기 수신기 코일의 반사 임피던스에 실질적으로 영향을 주기에 충분한, 무선 리모트 온도 센서.
- 제36항에 있어서, 상기 수신기 코일은 인쇄된 잉크 코일인, 무선 리모트 온도 센서.
- 제37항에 있어서, 상기 수신기 코일은 상기 기판 상에 직접 인쇄되는, 무선 리모트 온도 센서.
- 제36항에 있어서, 상기 수신기 코일은 상기 수신기 코일이 상기 기판의 팽창 및 수축에 따라 모양이 변하게 하도록 구성된 복수의 언듈레이션(undulations)을 포함하는, 무선 리모트 온도 센서.
- 제36항에 있어서, 재-공진기(re-resonator) 코일을 더 포함하고, 상기 재-공진기 코일은 상기 기판의 상기 팽창 및 수축이 상기 재-공진기 코일의 크기 또는 모양의 변화를 일으키도록 상기 기판에 의해 지지되고, 상기 변화는 유도 송신기 내에서 상기 재-공진기 코일의 반사 임피던스에 실질적으로 영향을 주기에 충분한, 무선 리모트 온도 센서.
- 제40항에 있어서, 상기 재-공진기 코일은 인쇄된 잉크 코일이고, 상기 재-공진기 코일은 상기 수신기 코일 주위에 배치된, 무선 리모트 온도 센서.
- 무선 전력 송신기로부터 전력을 무선으로 수신하도록 구성된 수신기 코일;
상기 수신기 코일로부터 전력을 수신하기 위하여 상기 수신기 코일에 작동가능하게(operatively) 커플링된 전압 제어 발진기; 및
상기 전압 제어 발진기에 커플링된 가변 임피던스 소자 -이에 의해, 상기 전압 제어 발진기의 출력 발진은 상기 가변 임피던스 소자의 값에 의존하고, 상기 가변 임피던스 소자는 감지되는 파라미터 값에 따라 변하고, 상기 출력 발진은 상기 가변 임피던스 소자의 변화에 따라 변함-
를 포함하는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서. - 제42항에 있어서, 안테나를 더 포함하고, 상기 전압 제어 발진기의 상기 출력 발진은 상기 안테나에 가해지고, 이에 의해 상기 출력 발진이 베이스 센서에 전달될 수 있는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서.
- 제42항에 있어서, 신호 코일을 더 포함하고, 상기 전압 제어 발진기의 상기 출력 발진은 상기 신호 코일에 가해지고, 이에 의해 상기 출력 발진이 베이스 센서에 전달될 수 있는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서.
- 제42항에 있어서, 부하를 더 포함하고, 상기 전압 제어 발진기의 상기 출력 발진은 상기 부하를 상기 수신기 코일에 대해 변조하기 위한 변조 서브회로에 가해지고, 이로 인해, 상기 출력 발진이 반사 임피던스에 의해 상기 수신기 코일을 통해 베이스 센서에 전달될 수 있는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서.
- 제45항에 있어서, 상기 변조 서브회로는 MOSFET을 포함하고, 상기 출력 발진은 상기 MOSFET의 게이트에 가해지는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서.
- 제46항에 있어서, 상기 MOSFET은 제2 가변 임피던스 소자를 갖는 전압 오프셋 회로에 커플링되고, 이에 의해 상기 부하의 듀티 사이클은 상기 제2 가변 임피던스 소자의 값에 의존하는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서.
- 송신기 코일을 갖는 유도 송신기;
무선 전력 송신기로부터 전력을 무선으로 수신하도록 구성된 수신기 코일,
상기 수신기 코일로부터 전력을 수신하기 위해 상기 수신기 코일에 작동가능하게 커플링된 전압 제어 발진기, 및
상기 전압 제어 발진기의 출력 발진이 가변 임피던스 소자의 값에 의존하도록 상기 전압 제어 발진기에 커플링된 가변 임피던스 소자 -상기 가변 임피던스 소자는 감지되는 파라미터 값에 따라 변하고, 상기 출력 발진은 상기 가변 임피던스 소자의 변화에 따라 변함-
를 갖는 무선 리모트 센서; 및
상기 출력 발진으로부터 발생한 신호를 무선으로 수신하도록 구성된 신호 수신기 -상기 신호 수신기는 상기 수신된 신호의 함수로서 상기 가변 임피던스 소자의 변화를 결정하도록 구성됨-
를 포함하는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템. - 제48항에 있어서, 상기 무선 리모트 센서는 송신기 안테나를 포함하고, 상기 전압 제어 발진기의 상기 출력 발진은 상기 신호 수신기로의 무선 송신을 위해 상기 수신기 안테나에 가해지는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템.
- 제49항에 있어서, 상기 신호 수신기는 상기 송신기 안테나에 의해 송신되는 신호를 수신하도록 구성되는 수신기 안테나를 포함하는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템.
- 제48항에 있어서, 상기 무선 리모트 센서는 상기 수신기 코일로부터 분리된 신호 코일을 포함하고, 상기 전압 제어 발진기의 상기 출력 발진은 상기 신호 수신기로의 무선 송신을 위해 상기 신호 송신 코일에 가해지는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템.
- 제51항에 있어서, 상기 신호 수신기는 상기 신호 송신 코일에 의해 송신되는 신호를 수신하도록 구성된, 상기 송신기 코일로부터 분리된 신호 수신 코일을 포함하는, 파라미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템.
- 제52항에 있어서, 상기 신호 송신 코일 및 상기 신호 수신 코일은 숫자 8 구성으로 반대로 권취되는(counterwound), 파라미터 감지용 무선 리모트 센서 시스템.
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