NL1001295C2 - Transponder met meetschakeling. - Google Patents

Description

Transponder met meetschakeling

De uitvinding heeft betrekking op een transponder voorzien van: - een ontvangstschakeling voor het ontvangen van afvraagsignalen en 5 elektromagnetische veldenergie, - energieopslagmiddelen voor het opslaan van de ontvangen elektromagnetische veldenergie en voor het leveren van vermogen aan de transponder, - afvraagsignaalverwerkingsmiddelen voor het detecteren van het afvraag-signaal, 10 - een meetschakeling gekoppeld met een of meer sensoren voor het meten van de waarde van een of meer omgevingsparameters, - een zendschakeling die na ontvangst van een afvraagsignaal de door de meetschakeling gemeten parameterwaarde(n) uitzendt,

Een dergelijke transponder is bijvoorbeeld beschreven in de Ameri-15 kaanse octrooipublikatie US-5.073-781. Deze transponder functioneert zodanig, dat telkens bij ontvangst van een afvraagsignaal elektromagnetische energie uit het afvraagveld wordt onttrokken en wordt opgeslagen in de energie-opslagmiddelen, die uitgevoerd zijn als een condensator. Zodra de condensator voldoende is opgeladen worden de afvraagsignaalver-20 werkingsmiddelen geactiveerd die, na herkenning van het afvraagsignaal, de meetschakeling activeren waarmee via de daarmee gekoppelde sensor een externe omgevingsparameterwaarde, bijvoorbeeld de momentane temperatuur, wordt gemeten. Vervolgens wordt ook de zendschakeling geactiveerd die allereerst een identificatiesignaal uitzendt en daarna de gemeten para-25 meterwaarde uitzendt.

Zolang deze transponder zich in het afvraagveld bevindt en derhalve afvraagsignalen en hoogfrequente elektromagnetische veldenergie ontvangt, zolang kan ook de meetschakeling geactiveerd worden om de momentane omgevingsparameterwaarde te meten en over te dragen. Als de trans-30 ponder het afvraagveld verlaat, dan zal na relatief korte tijd de energie uit de condensator verbruikt zijn en wordt de transponder derhalve geheel passief. Met deze transponder kan derhalve alleen gemeten worden op tijdstippen waarop de transponder zich in het afvraagveld bevindt en derhalve een afvraagsignaal wordt ontvangen.

35 Schakelingen die op soortgelijke wijze functioneren en eveneens alleen actief worden indien ze binnen de invloedssfeer van een afvraag-station komen zijn beschreven in de octrooipublikaties US-4.075.632, US- 5.Ο53.774, US-5.252.962, EP-0.395.188, EP-O.554.955, DE-3.2i9.558, DE-3.932.428, DE-3.922.556 en GB-2.258.588.

40 Uit de diverse bovengenoemde publikaties blijkt, dat sensoren van 10 01 295..

2 verschillend type kunnen worden toegepast, bijvoorbeeld voor het meten van temperatuur, druk, licht, kracht, torsie, enz. Ook kunnen biosenso-ren worden toegepast voor het meten van pH, glucosegehalte, en dergelijke. Verder is het ook mogelijk om combinaties van sensoren te gebruiken 5 om achtereenvolgens danwel simultaan de waarden van een aantal parameters vast te stellen.

In veel situaties is het wenselijk om niet alleen meetwaarden te verkrijgen op die momenten waarop de transponder zich binnen een af-vraagveld bevindt, maar ook meetwaarden te verkrijgen die betrekking 10 hebben op andere tijdstippen.

Een op zich bekende inrichting, waarmee meetwaarden kunnen worden gegenereerd die niet afhankelijk zijn van het optreden van een afvraag-signaal, is beschreven in de Amerikaanse octrooipublikatie US-4.865-044. Deze inrichting bevat een klokgenerator, een tijdbepalende schakeling, 15 een codegenerator, een temperatuurmeetschakeling en een zender. Deze bekende inrichting is verder voorzien van een batterij waarmee de diverse schakelingen in de inrichting worden gevoed. Om de gebruiksduur van de batterij zo lang mogelijk te maken, is deze bekende inrichting verder voorzien van een tijdbepalende schakeling, waarmee de codegenera-20 tor, de temperatuurmeetinrichting en de zender alleen telkens kortstondig worden geactiveerd op vooraf bepaalde tijdstippen teneinde op de betreffende tijdstippen de temperatuur te meten en uit te zenden. In de tussengelegen perioden is alleen de klokpulsgenerator actief voor het doorschakelen van een klok- of tellermechanisme totdat het volgende 25 vooraf bepaalde tijdstip is bereikt.

Een van de nadelen van deze bekende transponder is het feit dat er een batterij aanwezig moet zijn, die ondanks alle pogingen om de inrichting als geheel op een zo laag mogelijk vermogen te laten functioneren toch een beperkter gebruiksduur heeft. In US-4.865.044 wordt, afhanke-30 lijk van de uitvoeringsvorm, een gebruiksduur genoemd, die varieert van zes maanden tot 2,1 jaar. In veel gevallen zal echter een veel langere gebruiksduur gewenst zijn. Wordt bijvoorbeeld een transponder toegepast om de lichaamstemperatuur van dieren te bewaken dan zal rekening gehouden moeten worden met de verwachte levensduur van het betreffende dier 35 die veel langer kan zijn. Is de gebruiksduur van de transponder korter dan de levensduur van het dier dan is het dus noodzakelijk om ofwel de transponder als geheel te vervangen danwel de batterij van de transponder te vervangen.

Een verder nadeel van deze bekende inrichting wordt gevormd door 40 het feit dat de reikwijdte van de zender relatief beperkt is. In een 1001295.

3 uitvoeringsvorm wordt gesproken over een reikwijdte van 50 voet (+. 15 meter), hetgeen inhoudt dat afhankelijk van het toepassingsgebied een groot aantal relatief verspreid opgestelde ontvangers nodig is om alle door de betreffende inrichting uitgezonden signalen te kunnen ontvangen.

5 In de praktijk kan dit op praktische bezwaren stuiten.

De uitvinding heeft nu ten doel een transponder te verschaffen van het in de aanhef genoemde type, welke transponder in principe (afgezien van slijtage- en verouderingsverschijnselen) een oneindige gebruiksduur heeft en waarmee ook meetwaarden kunnen worden verkregen op tijdstippen, 10 die liggen tussen de tijdstippen waarop de transponder in een afvraag-veld terecht komt.

Aan deze doelstelling wordt bij een transponder van de in de aanhef genoemde soort voldaan doordat - de transponder verder voorzien is van een tijdbepalende schakeling die 15 op vooraf bepaalde tijdstippen de meetschakeling activeert voor het uitvoeren van een of meer metingen van de genoemde omgevingspara-meter(s), - de meetschakeling voorzien is van een geheugen waarin een aantal gemeten parameterwaarden kunnen worden opgeslagen, en 20 - de energieopslagmiddelen een voldoende capaciteit bezitten om binnen een vooraf bepaalde periode vermogen toe te voeren aan de tijdbepalende schakeling teneinde deze binnen genoemde periode in bedrijf te houden en eveneens vermogen toe te voeren aan de meetschakeling voor zover deze binnen de genoemde periode door de tijdbepalende schakeling wordt geac-25 tiveerd.

De uitvinding zal in het volgende nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande figuren.

Figuur 1 toont een blokschema van de uit de stand der techniek bekende transponder.

30 Figuur 2 toont een blokschema van de transponder volgens de uitvin ding.

In figuur 1 is schematisch in de vorm van een blokschema een transponder getoond zoals uit de bovengenoemde stand der techniek bekend is. Deze transponder omvat in zijn algemeenheid een ontvangstschakeling 10, 35 energieopslagmiddelen 12, een afvraagsignaalverwerkingsschakeling 14, een meetschakeling 16, die gekoppeld is met een sensor 18 voor het meten van een omgevingsparameter, en een zendschakeling 20.

De ontvangstschakeling 10 omvat in hoofdzaak een afgestemde kring bestaande uit de schematisch aangegeven combinatie van een spoel 2^ en 40 een condensator 22, welke kring is afgestemd op de frequentie waarop het 1001295.

4 vraagsignaal wordt gegenereerd. Wordt er door de ontvangstschakeling 10 een afvraagsignaal ontvangen in de vorm van gemoduleerde hoogfrequente electromagnetische veldenergie, dan zal dit signaal enerzijds worden doorgegeven aan de energieopslagmiddelen 12 en tevens worden doorgegeven 5 aan een afvraagsignaalverwerkingsschakeling 14. De hoogfrequente electromagnetische veldenergie in het afvraagsignaal wordt in de opslag-middelen 12 gebruikt voor het opladen van een energiereservoir, dat is uitgevoerd als een condensator. De in dit energiereservoir opgezamelde energie wordt vervolgens gebruikt om, althans tijdelijk, de signaalver-10 werkingsschakeling l4, de meetschakeling 16 met bijbehorende sensor 18 en de zendschakeling 20 te voeden.

Zodra er voldoende voedingsenergie in de condensator 12 aanwezig is zal de afvraagsignaalverwerkingsschakeling 14 actief worden en het afvraagsignaal in de ontvangen hoogfrequente electyromagnetische veld-15 energie kunnen detecteren. Zodra het afvraagsignaal is gedetecteerd levert de signaalverwerkingsschakeling 14 een activeringssignaal aan de meetschakeling 16, die in responsie daarop een meetwaarde van de sensor 18 detecteert. De gedetecteerde meetwaarde wordt vanaf de meetschakeling 16 overgedragen naar de zendschakeling 20, die inmiddels ook door de 20 signaalverwerkingsschakeling 14 is geactiveerd. De zendschakeling 20 zorgt er tenslotte voor dat de gedetecteerde meetwaarde in een hoogfrequente signaaltrein wordt overgedragen naar het externe afvraagstation. Afhankelijk van de schakeling kan voor het uitzenden van dit signaal gebruik gemaakt worden van de trillingskring die ook aanwezig is in de 25 ontvangstschakeling 10, zoals in figuur 1 is verondersteld, maar kan anderzijds ook gebruik gemaakt worden van een afzonderlijke trillingskring, die in de figuur niet is getoond.

Met dergelijke schakelingen wordt alleen na ontvangst van een afvraagsignaal, uitgezonden door een extern afvraagstation, een meting 30 uitgevoerd en wordt de betreffende meetwaarde direct aansluitend daaraan uitgezonden naar het afvraagstation. Bevindt de transponder zich buiten de invloedssfeer van het afvraagstation, dan zijn de energieopslagmiddelen (de condensator 12) leeg en is de transponder onwerkzaam.

Er bestaat voor veel toepassingen een behoefte aan een transponder 35 waarmee het mogelijk is om tussen twee opeenvolgende afvraagsignalen metingen uit te voeren.

De uitvinding voldoet nu aan deze behoefte met de transponder waarvan een uitvoeringsvorm schematisch in de vorm van een blokschema geïllustreerd is in figuur 2. Deze transponder omvat de ontvangstschake-40 ling 30 met daarin de trillingskring met spoel 26 en condensator 28, de 1001295.

5 energieopslagmiddelen 32, de afvraagsignaalverwerkingsschakeling 34, de meetschakeling 36 met bijbehorende sensor 38 en de zendschakeling 40. Tot zover is er overeenkomst met de in figuur 1 geïllustreerde transponder. De transponder uit figuur 2 omvat echter bovendien een geheugen 42 5 en een tijdbepalende schakeling 44. Verder zijn de energieopslagmiddelen 32 zodanig uitgevoerd, dat de capaciteit daarvan voldoende is om ook tussen twee afvraagsignalen metingen te kunnen uitvoeren en de gevonden meetwaarden in het geheugen op te slaan, zoals in het volgende nader zal worden verklaard.

10 Bij ontvangst van een afvraagsignaal wordt, op dezelfde wijze als in het bovenstaande beschreven is voor de transponder van figuur 1, energie uit het hoogfrequente electromagnetische veld opgenomen en deze energie wordt gebruikt om de energieopslagmiddelen 32 op te laden. Zodra er voldoende energie in de opslagmiddelen is geladen wordt de afvraag-15 signaalverwerkingsschakeling 34 in werking gesteld en wordt het afvraagsignaal gedetecteerd. In responsie daarop worden de overige circuits geactiveerd zoals de zendschakeling 40 en het geheugen 42. In het geheugen 42 bevinden zich een of meer meetwaarden en deze worden nu sequentieel toegevoerd aan de zendschakeling 40 en gemoduleerd in een geschikt 20 hoogfrequent signaal uitgezonden naar het afvraagstation.

De opslagmiddelen 32 zijn in deze transponder voorzien van een chemisch inactieve condensator danwel een chemisch actieve batterij of accu. In elk geval hebben de opslagmiddelen een voldoende capaciteit om een relatief grote hoeveelheid energie te kunnen opslaan waarmee, zoals 25 in het volgende nog zal worden beschreven, in elk geval de tijdbepalende schakeling 44 en voor zover nodig ook de meetschakeling 36 en eventueel het geheugen 42 kan worden gevoed tot aan de ontvangst van een volgend afvraagsignaal.

Na afloop van het afvraagsignaal en na het uitzenden van de meet-30 waarden, opgeslagen in het geheugen 42, zal een groot deel van de transponder worden geïnactiveerd met uitzondering van de tijdbepalende schakeling 44. Deze tijdbepalende schakeling 44 bevat onder andere een klok-circuit en een klokpulsgenerator waarmee pulsen aan het klokcircuit worden geleverd. In een eenvoudige uitvoeringsvorm wordt door de tijdbe-35 palende schakeling na afloop van een voorafbepaalde periode een signaal gegenereerd waarmee de meetschakeling 36 met bijbehorende sensor 38 en het geheugen 42 tijdelijk worden geactiveerd. De meetschakeling 36 genereert dan op grond van het van de sensor 38 ontvangen signaal een meetwaarde en deze meetwaarde wordt in het geheugen 42 opgeslagen. Daarna 40 worden zowel de meetschakeling 36 met bijbehorende sensor 38 als ook het 10 01 295.

6 geheugen 42 weer op non-actief gesteld en begint de tijdbepalende schakeling 44 met het afmeten van een volgende voorafbepaalde periode. Gedurende deze periode wordt er derhalve alleen energie verbruikt door de tijdbepalende schakeling 44. Aan het einde van de volgende periode wordt 5 opnieuw een meting uitgevoerd en wordt de verkregen meetwaarde in het geheugen opgeslagen, enz. Dit gebeurt net zo lang totdat de transponder terecht komt binnen het afvraagveld van een afvraagstation. Zodra dat gebeurt, worden de opslagmiddelen opnieuw opgeladen en worden de diverse circuits in de transponder geactiveerd. Na herkenning van het afvraag-10 signaal in de herkenningsschakeling 34 wordt het geheugen 42 uitgelezen en worden de daarin opgeslagen meetgegevens, opgezameld in de periode na het voorafgaande afvraagsignaal, naar het afvraagstation uitgezonden.

In een meer geavanceerde uitvoeringsvorm kan de tijdbepalende schakeling zodanig uitgevoerd zijn dat op voorafbepaalde ingeprogrammeerde 15 tijdstippen danwel in een voorafbepaalde sequentie van verschillende perioden een signaal wordt gegenereerd om een meting uit te voeren en de verkregen meetwaarde in het geheugen op te slaan.

Afhankelijk van de te meten parameter kan het nodig zijn om naast de tijdbepalende schakeling 44 ook de meetschakeling 36 of althans een 20 deel daarvan gedurende langere perioden of zelfs continue in werking te houden. Dat is bijvoorbeeld het geval bij integrerende metingen, zoals het meten van bewegingen. Ook de meetschakeling of althans dat deel daarvan dat dan ingeschakeld moet blijven kan meestal zodanig uitgevoerd worden dat de vermogensopname daarvan zeer gering is.

25 Het verdient verder de voorkeur om voor het geheugen 42 gebruik te maken van een type waarin de informatie aanwezig blijft ook als de voedingsspanning wegvalt, zodat ook het geheugen alleen geactiveerd behoeft te worden tijdens het opslaan van nieuwe meetwaarden of tijdens het uitlezen van de meetwaarden.

30 In het bovenstaande is ervan uitgegaan dat de energie die opgesla gen is in de opslagmiddelen 32 voldoende is om ook langere perioden tussen de afvraagsignalen te kunnen overbruggen zonder dat de spanning naar de tijdbepalende middelen wegvalt. Omdat het opladen van een lege opslagcondensator danwel een lege batterij of accu relatief veel tijd in 35 beslag kan nemen en omdat het niet altijd mogelijk is om de transponder gedurende deze benodigde tijd binnen het afvraagveld te brengen, verdient het de voorkeur om de energieopslagmiddelen zodanig te dimensioneren dat de capaciteit ervan voldoende is om ook in "worst case" situaties de transponder correct te laten functioneren. Daarmee wordt bereikt 40 dat ook in het geval de energieopslagmiddelen niet iedere keer volledig

10 01U

7 worden herladen toch een betrouwbare en regelmatige reeks van meetwaarden wordt verkregen.

Wordt de transponder bijvoorbeeld toegepast bij melkvee dein kan een afvraagstation bijvoorbeeld geïnstalleerd worden in de nabijheid van de 5 melkmachine zodat bij elke melkbeurt, die een zekere tijd in beslag neemt, de inergieopslagmiddelen in de transponder worden bijgeladen. Ook kan een afvraagstation geïnstalleerd worden in de nabijheid van de voerplaatsen zodat telkens als een dier de voerplaats bezoekt de energie-opslagmiddelen in de transponder worden bijgeladen.

10 Wordt de transponder toegepast bij varkens dan doen de bovengenoem de situaties zich niet voor. Anderzijds is de bewegingsvrijheid van varkens vaak beperkter en is het bijvoorbeeld mogelijk om gebruik te maken van een afvraagstation dat verbonden is met een ringleidingvormige antenne in de varkensstal zodat de transponder zich telkens relatief 15 lang in het afvraagveld zal bevinden en de perioden dat de transponder zich niet in een afvraagveld bevindt relatief kort zijn. Onder die omstandigheden kan de capaciteit van de opslagmiddelen in de transponder relatief klein worden gekozen.

In het bovenstaande zijn enkele uitvoerinsvormen van transponders 20 beschreven waarbij de transponder voorzien is van een enkele sensor. Het is echter binnen het kader van de uitvinding ook mogelijk om meerdere sensoren toe te passen voor het meten van verschillende parameters, bijvoorbeeld een eerste sensor voor het meten van temperatuur en een tweede sensor voor het meten van bewegingen. Omdat niet alle sensoren op 25 dezelfde tijdstippen actief behoeven te zijn verdient het in dat geval de voorkeur dat de tijdbepalende schakeling tevens voorzien is van een selectieschakeling die op elk ingesteld of geprogrammeerd kloktijdstip danwel na elke bepaalde periode aangeeft welke sensor(en) moet(en) worden geactiveerd teneinde de betreffende momentane parameterwaarde te 30 meten en in het geheugen op te slaan.

1001295.

Claims (11)

1. Transponder voorzien van: - een ontvangstschakeling voor het ontvangen van afvraagsignalen en 5 elektromagnetische veldenergie, - energieopslagmiddelen voor het opslaan van de ontvangen elektromagnetische veldenergie en voor het leveren van vermogen aan de transponder, - afvraagsignaalverwerkingsmiddelen voor het detecteren van het afvraag-signaal, 10. een meetschakeling gekoppeld met een of meer sensoren voor het meten van de waarde van een of meer externe omgevingsparameters, - een zendschakeling die na ontvangst van een afvraagsignaal de door de meetschakeling gemeten parameterwaarde(n) uitzendt, met het kenmerk, 15. dat de transponder verder voorzien is van een tijdbepalende schakeling die op vooraf bepaalde tijdstippen de meetschakeling activeert voor het uitvoeren van een of meer metingen van de genoemde omgevingspara-meter(s), - dat de meetschakeling voorzien is van een geheugen waarin een aantal 20 gemeten parameterwaarden kunnen worden opgeslagen, en - dat de energieopslagmiddelen een voldoende capaciteit bezitten om binnen een vooraf bepaalde periode vermogen toe te voeren aan de tijdbepalende schakeling teneinde deze binnen genoemde periode in bedrijf te houden en eveneens vermogen toe te voeren aan de meetschakeling voor 25 zover deze binnen de genoemde periode door de tijdbepalende schakeling wordt geactiveerd.

2. Transponder volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de ener-gie-opslagmiddelen zijn voorzien van een chemisch niet actief energieop- 30 slagelement zoals een condensator.

3. Transponder volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de energieopslagmiddelen zijn voorzien van een chemisch actief energieopslag-element zoals een accumulator of batterij. 35

4. Transponder volgens conclusie 1, 2 of 3. met het kenmerk, dat de tijdbepalende schakeling voorzien is van een klok die ingesteld of geprogrammeerd kan worden om de meetschakeling op de ingestelde of geprogrammeerde kloktijdstippen te activeren. 10 01 2 85.

5. Transponder volgens conclusie 1, 2 of 3. met het kenmerk, dat de tijdbepalende schakeling voorzien is van een periodemeetschakeling die ingesteld of geprogrammeerd kan worden om de meetschakeling telkens na een bepaalde periode te activeren. 5

6. Transponder volgens een der conclusies !( of 5. met het kenmerk, dat de transponder voorzien is van twee of meer sensoren en dat de tijdbepalende schakeling tevens voorzien is van een selectieschakeling die op elk ingesteld of geprogrammeerd kloktijdstip danwel na elke bepaalde 10 periode aangeeft welke sensor(en) moet(en) worden geactiveerd teneinde de betreffende momentane parameterwaarde te meten en in het geheugen op te slaan.

7. Transponder volgens een der voorgaande conclusies, met het ken- 15 merk, dat de sensor of een van de sensoren een temperatuursensor is.

8. Transponder volgens een der voorgaande conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de sensor of een van de sensoren een druksensor is. 20

9· Transponder volgens een der voorgaande conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de sensor of een van de sensoren een vochtigheidssensor is.

10. Transponder volgens een der voorgaande conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de sensor of een van de sensoren een electrochemische sen- 25 sor is voor het meten van bijvoorbeeld pH, glucosegehalte en dergelijke.

11. Transponder volgens een der voorgaande conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de sensor of een van de sensoren een bewegingssensor is. 30 ***** 10 012 5»«