WO2013157979A1 - System for remote measurement and monitoring of physical magnitudes and method for remote measurement and monitoring of physical magnitudes - Google Patents

System for remote measurement and monitoring of physical magnitudes and method for remote measurement and monitoring of physical magnitudes Download PDF

Info

Publication number
WO2013157979A1
WO2013157979A1 PCT/RU2012/000305 RU2012000305W WO2013157979A1 WO 2013157979 A1 WO2013157979 A1 WO 2013157979A1 RU 2012000305 W RU2012000305 W RU 2012000305W WO 2013157979 A1 WO2013157979 A1 WO 2013157979A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor
inductance
capacitance
change
resonant frequency
Prior art date
Application number
PCT/RU2012/000305
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Андрей Алексеевич ТЕРЕНТЬЕВ
Александр Кириллович КУЗЬМИН
Кирилл Евгеньевич СТОЛЯРОВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Энергосервис 2.0"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Энергосервис 2.0" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Энергосервис 2.0"
Priority to PCT/RU2012/000305 priority Critical patent/WO2013157979A1/en
Publication of WO2013157979A1 publication Critical patent/WO2013157979A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/243Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the phase or frequency of ac

Definitions

  • the invention relates to the field of instrumentation and is intended for measuring, monitoring and signaling the exit from a given range of physical quantities (for example, pressure, temperature, humidity).
  • the invention can be used in various fields of technology and industry. For example, to monitor and warn of a decrease or difference in pressure in the pneumatic tires of a vehicle, to determine the place of penetration of moisture into the pipeline, the occurrence of damage or defects in the polyethylene sheath, and welded and butt joints. And also for measuring other physical quantities.
  • the sensor has a simple design - it consists of capacitance and inductance, the parameters of one of which or both depend on one or several measured physical quantities.
  • a system is known (Cl. RF - 25760, publ. 08/10/2011 1), aimed at the use of miniature electronic elements in standard structural solutions: a primary sensor mounted in a wheel and a display panel.
  • a sensor consists of: a pressure sensor and a temperature sensor, analog-to-digital converters (ADP), a microprocessor of a transceiver (mini transceiver).
  • a unidirectional or bidirectional communication channel with modulation and coding is used.
  • the primary sensor is powered by a battery; as a rule, it is a lithium disposable battery.
  • the pressure and temperature in the tires of automobile wheels is measured by sensitive elements and after digitizing and generating an information package by a microprocessor controller using a transceiver built into the sensor, information is transmitted via a radio channel to the display panel in the car.
  • the display panel is also equipped with radio transmitting and receiving equipment and a microprocessor controller for processing signals received from sensors, calculating and displaying the measured pressure values of each wheel.
  • the Parkmaster TPMS-4-05 system is installed - a direct built-in tire pressure monitoring system of the 3rd generation (TPMS).
  • the disadvantage of the described analogue is the complexity of the design of the sensor itself, which is a complex electronic circuit that includes the electronic components described above, which significantly increases the cost and weight of the sensor, and also reduces the reliability of its operation.
  • a sensor requires a battery (battery) located directly in the sensor.
  • the battery has a limited service life, especially at low temperatures (in winter), and is mounted in the sensor as a non-separable element. After running out of battery life, the entire sensor needs to be replaced. In the case of using sensors located inside the tires, wheel disassembly is additionally required.
  • the pressure is judged by the change in the parameters of the electromagnetic field that occurs when the emitted frequency coincides with the resonant frequency of the oscillatory circuit of the sensor.
  • the resonant frequency of the oscillatory circuit through a variable capacitance and / or inductance depends on the measured physical quantity.
  • a variable capacitance may be used as described below.
  • a known monitoring system in tires without a power source (U.S. • ⁇ .200601 97655, 09/07/2006).
  • This device uses the absorption and accumulation of microwave energy of the electromagnetic field in the sensor, then uses this energy to power the measurement, conversion, processing and encoded transmission circuits.
  • the system is similar to the analogue discussed above.
  • a known pressure indicator (p. EPO 1 1043577, B60C23 / 00, publ. 1 1.10.2000).
  • the sensitive element the capacitance
  • the RC circuit resistive-capacitive circuit
  • a change in pressure leads to a change in capacitance, which, in turn, leads to a change in the oscillation frequency of the generator.
  • an alternating signal from the oscillation generator is fed to the microprocessor, which measures the frequency of oscillations, encodes the signal and sends it through a radio transmitter to a radio receiver located next to the wheel.
  • the sensitive element - the capacitance as in the analogs discussed above, has a galvanic connection with the microprocessor, there are also signal coding and a battery on the sensor.
  • the capacitance and inductance in the analogue are not elements of a generator, but form a passive oscillatory circuit, which is in the electromagnetic field generated by an external emitter, and galvanic coupling between such a passive oscillatory circuit and other elements is also not used. system.
  • a known method of radio frequency identification (RFID, p. US20080218352), which consists in determining the presence of a circuit with a predetermined fixed resonant frequency by generating an electromagnetic field and determining the parameters of such a field.
  • RFID radio frequency identification
  • the disadvantage is that the frequency of the circuit is fixed and does not depend on physical quantities, and therefore does not allow to organize the measurement of such quantities.
  • a device for signaling a decrease in pressure in the tire of a car comprising an oscillating circuit mounted on the wheel of a vehicle, shunted by a switch in the event of an excessive decrease in pressure and connected inductively to the communication coil located on the vehicle body.
  • the coil is connected to a generator through a current amplifier, and through a comparator to one of the inputs of a logic phase detector, the other input of which is connected to the generator output.
  • the specified detector detects a change in the phase of the signal on the coil when bypassing the oscillatory circuit and turns on the detector.
  • a device was selected for monitoring tire pressure in a car (paragraph RF Jfs 94028846, ⁇ 60 ⁇ 23 / 04, publ. 08.27.1996), containing a transceiver equipped with an inductance, by means of which a tunable resonant circuit mounted on the wheel rim is excited.
  • the circuit includes inductance, pressure switch contacts and two capacitors.
  • a diagnostic capacitance is constantly connected.
  • a sensitive element here is also a mechanical relay.
  • This prototype in contrast to the analogue discussed above (clause of the Russian Federation ⁇ ° 2149105), is supplemented with a control capacity, which makes it possible to determine the error of the second kind, i.e. allows you to diagnose a complete failure of the sensor or transceiver system.
  • the proposed system for remote measurement of physical quantities has a simple and reliable design, performs analog measurement in a wide range of changes in physical quantities with fairly high accuracy, can have increased resistance to aggressive mechanical, temperature and other influences, and also does not contain mechanical parts.
  • the sensitive element is a variable capacitance and / or inductance.
  • the technical result of the claimed invention is the creation of a simple, reliable and accurate system and method for remote monitoring and measurement of physical quantities, at least the following: pressure, temperature, humidity, allowing remotely conduct continuous analog measurement.
  • the proposed system allows to improve the accuracy of measuring pressure in automobile tires in comparison with analogues using relays, and also to simplify the design, significantly reduce the cost, increase the reliability and service life of sensors in comparison with analogues using a microprocessor sensor.
  • a system for remote measurement and control of physical quantities contains at least one sensor, which is a passive oscillatory circuit, consisting of an inductance and a capacitor connected in parallel to it.
  • the value of the capacitance and / or inductance have the ability to vary depending on the measured physical quantities, thus changing the resonant frequency of the sensor.
  • the system also contains an electromagnetic field generator for an oscillatory circuit, a parametric resonance detector, and a control and signal processing unit.
  • the inductance and capacitance of the circuit are designed so that the resonant frequency of the sensor corresponds to the selected range of the system.
  • the capacitance has the ability to change due to changes in the interelectrode space and / or due to changes in the properties of the dielectric from the measured physical quantity.
  • a variable capacitor can be used, consisting of plates of conductive material separated by air space or other elasto-plastic dielectric material, as well as a material with dielectric conductivity, depending on the measured physical quantity.
  • Inductance can change due to a change in the shape of the conductor constituting the inductance and / or due to a change in the properties of the material in the immediate vicinity of such a conductor.
  • An electromagnetic field and a transmitter-receiver circuit galvanically connected to an electromagnetic field generator and a parametric detector can be used as communication with the sensor.
  • two circuits can be used as communication with the sensor, one of which is receiving, the other is transmitting or an arbitrary combination of several such receiving, transmitting and receiving-transmitting circuits.
  • a method for remote measurement and control of physical quantities which consists in determining the value of the measured physical quantity from the value of the resonant frequency of the sensor, depending on the measured physical quantity.
  • the resonant frequency of the sensor is determined by creating an alternating electromagnetic field in the zone where the sensor is located using a generator. The frequency of such a field is changed by changing the frequency of the generator in a given range, while using a parametric detector that records the change in the amplitude-phase characteristics of the electromagnetic field, determine the coincidence of frequencies the electromagnetic field of the generator with the resonant frequency of the sensor, which corresponds to the value of the measured physical quantity.
  • Measurements can be carried out remotely (without using galvanic communication), in particular, the sensors can be located inside a moving object, on the object, or in close proximity to it. A similar use of a system with fixed objects is also possible. For example, to control pressure and temperature through the tank wall.
  • the system is distinguished by the absence in the design of the sensor of batteries, analog-to-digital conversion, microprocessor or other signal processing, coding and modulation.
  • the main structural elements of the sensor - capacitance and inductance are connected in parallel, of which one or both together are sensitive elements and continuously change when the measured physical quantities change, which allows for analog measurement.
  • a combination of several sensitive elements in the sensor and / or several sensors is allowed, in particular, for compensation or joint measurement of several physical quantities. For example, for measuring tire pressure with regard to temperature compensation.
  • the device is very simple and allows continuous monitoring of the values of physical quantities.
  • FIG. 1 depicts one of the variants of the scheme of the system of remote measurement and control of physical quantities.
  • the main components of the system of remote measurement and control of physical quantities are sensor 1, transceiver circuit 2, electromagnetic field generator 3 and parametric detector 4, control and signal processing unit 5.
  • Generator 3 and detector 4 can use a common transceiver circuit made in the form of inductance L2 , and / or be combined, or use several independent circuits, each of which can be receiving, or transmitting or receiving-transmitting.
  • FIG. 1 shows a variant of the circuit when the generator 3 and the detector 4 use a common transceiver circuit L2.
  • Sensor 1 is a passive oscillatory circuit consisting of inductance L1 and capacitor C1, which are selected so that the resonant frequency of sensor 1 corresponds to the selected range of the system, while the capacitance and / or inductance may be able to vary depending on the measured physical quantity.
  • Variants of the sensor’s execution can be: a sensor, where the inductance is made similar to RFID tags sensors, in particular, a glued sensor (sensor sticker) on a flexible base, or a sensor with an inductance made along the perimeter of the bus, or a micro-sensor, or a sensor of increased area (for example, to increase the range), or a sensor with an inductance active in two or three dimensions.
  • a sensor where the inductance is made similar to RFID tags sensors, in particular, a glued sensor (sensor sticker) on a flexible base, or a sensor with an inductance made along the perimeter of the bus, or a micro-sensor, or a sensor of increased area (for example, to increase the range), or a sensor with an inductance active in two or three dimensions.
  • Other versions of the inductance, capacitance and sensor as a whole are possible, allowing measurements in this way.
  • a container with an elastic dielectric and a movable plate can be used.
  • the movable plate moves toward the fixed plate, as a result of which the capacitance of the variable capacitor C1 increases.
  • the plate With a decrease in pressure, due to the intrinsic elasticity and / or the elasticity of the dielectric separating plate, the plate moves away from the fixed plate and the capacitance decreases.
  • the resonant frequency of the sensor 1 continuously depends on the change in the electric capacitance of the variable capacitor C1, which in turn continuously depends on the air pressure acting on the sensor 1.
  • an interelectrode material, dielectric conductivity and / or size, which depend on humidity can be used, which similarly leads to a change in the capacitance of the capacitor and, as a result, a change in the resonant frequency of the oscillatory circuit of the sensor and allows the measurement of humidity way.
  • a material with a sufficient coefficient of thermal expansion for example polyethylene, can be used as the interelectrode material of the capacitance C1 of the sensor 1.
  • the interelectrode material expands and the capacitance of the capacitor changes, since the distance between the plates changes, which also leads to a change in the resonant frequency of the oscillatory circuit of the sensor 1 and allows temperature measurement by the proposed method.
  • the inductance L1 of the sensor 1 can also be used, which has the ability to change depending on the temperature due to a change in the shape of the conductor constituting the inductance and / or due to changes in the properties of the material in the immediate vicinity of such a conductor, which also allows temperature measurement in the described way.
  • other principles of dependence of the capacitance C1 and / or inductance L1 and, accordingly, the resonant frequency of the oscillatory circuit of the sensor 1 on the measured physical quantity can be used.
  • the passive oscillatory circuit used in the sensor has a new, previously unknown property, namely, the dependence of the resonant frequency of the oscillatory circuit on various physical parameters of at least the following: pressure, temperature, humidity.
  • the receiving circuit L2 can consist of several turns of conductive material (it can be made, for example, in the form of a flexible element fixed under the wing of a car body).
  • the electromagnetic field generator 3 and the transceiver circuit 2 act by the electromagnetic field on the oscillating circuit of the sensor 1 located in the field of action of such a field, while the frequency is continuously or in steps or by another algorithm changes in a predetermined range corresponding to the pressure measurement range - scanning is performed.
  • one of the frequencies of this frequency range coincides (located close enough to detect resonance) with the resonant frequency of the oscillatory circuit of the sensor 1.
  • the implementation of the proposed system may be different:
  • an alternating electromagnetic field is generated by the device by means of two interconnected electromagnetic circuits of the same resonant frequency (according to the principle of metal detectors), one of which is used to register the loop sensor and is external to the loop sensor, and the other is the reference one.
  • the loops are set to one and the same resonant frequency and work in phase.
  • a sensor in the field of the measuring circuit which is a passive oscillatory circuit
  • it due to the presence of its own resonant frequency, leads to a change in the resonant frequency of the external circuit, which through a special electrical circuit, which is a comparator, leads to the appearance of a beating device at the output.
  • the beat frequency changes with a change in the resonant frequency of the sensor and is a parameter that determines the pressure acting on the sensor (pressure inside the car tire).
  • one transceiver circuit 2 (it can be from one to several turns of wire depending on the frequency of generation) and the electromagnetic field generator 3 connected to it.
  • Measurement is carried out by recording changes in the amplitude-phase characteristics of the generated electromagnetic field when the frequency coincides with the resonance the frequency of the oscillatory circuit 3 and the sensor 1 located in such an electromagnetic field and the perceived circuit 2.
  • a single radiating circuit is used, which, at the same time, is used as a receiving circuit.
  • the method of direct detection of the signal voltage on circuit 2 is used;
  • two circuits can be used, one of which is used to create an electromagnetic field, and the other to register the electromagnetic radiation of sensor 1.
  • An arbitrary combination of such transmitting, receiving, or transceiving circuits can be used, including , in order to increase accuracy, range, reduce energy consumption, work with sensors in different orientations;
  • - can be used in various frequency ranges of the electromagnetic field, waveforms and scanning algorithms known from the prior art.
  • the design of the sensor is simple, contains a minimum of elements (inductance and variable capacitance), and there is no need to use batteries on the sensor itself to operate, unlike reviewed analogues and prototype.
  • the sensor can be placed in a cap screwed onto the wheels instead of the usual caps, or made by spraying inductance and variable capacitance on a flexible base, for example, a self-adhesive polymer film similar to that used in anti-theft systems in supermarkets (so-called RFID tags), and glued onto inner surface tires or be made in the form of a contour around the perimeter of the wheel.
  • RFID tags self-adhesive polymer film similar to that used in anti-theft systems in supermarkets
  • Other sensor designs may also be used to implement the described measurement method. It is possible to combine several sensors in one sensor and / or to share several such sensors.
  • the control and signal processing unit 5 in addition to the ones described above, can perform the functions of presenting the current value of the measured physical quantity, storing historical values and signaling that maximum values have been reached, both for a person and in the form of an information interface for other devices.

Abstract

The invention relates to the field of measurement and monitoring equipment and is intended for measuring, monitoring and signalling a departure from a set range of physical magnitudes. The system for remote measurement and monitoring comprises: at least one sensor in the form of a passive oscillatory circuit comprising an inductance and a capacitance, wherein the magnitude for the capacitance and/or inductance changes depending on the measured magnitudes, thereby changing the resonant frequency of the sensor; an electromagnetic field generator; a parametric resonance detector; and a signal control and processing unit, wherein the inductance and the capacitance have a resonant frequency corresponding to a selected range. The capacitance is changed by virtue of a change in the inter-electrode space and/or by virtue of a change in the properties of the dielectric. The inductance is changed by virtue of a change in the shape of the conductor and/or by virtue of a change in the properties of the material in the direct vicinity of this conductor. The method consists in determining the value of a measured magnitude on the basis of the value of the resonant frequency of the sensor, which is dependent on the measured magnitude, which is determined by means of a generator having a frequency which is changed within a set range, wherein the detector is used to determine the correspondence of the frequency of the generator with the resonant frequency of the sensor, which corresponds to the value of the measured magnitude.

Description

Система дистанционного измерения и контроля физических величин и способ дистанционного измерения и контроля физических величин  System for remote measurement and control of physical quantities and method for remote measurement and control of physical quantities
Изобретение относится к области контрольно-измерительного оборудования и предназначено для измерения, мониторинга и сигнализации о выходе из заданного диапазона физических величин (например, давления, температуры, влажности). The invention relates to the field of instrumentation and is intended for measuring, monitoring and signaling the exit from a given range of physical quantities (for example, pressure, temperature, humidity).
Изобретение может быть использовано в различных областях техники и промышленности. Например, для мониторинга и предупреждения о снижении или разности давлений в пневматических шинах транспортного средства, определения места проникновения в трубопровод влаги, возникновения повреждений или дефектов полиэтиленовой оболочки, сварных и стыковых соединений. А также для измерения других физических величин. Датчик имеет простую конструкцию - состоит из емкости и индуктивности, параметры одной из которых или обеих зависят от одной или от нескольких измеряемых физических величин.  The invention can be used in various fields of technology and industry. For example, to monitor and warn of a decrease or difference in pressure in the pneumatic tires of a vehicle, to determine the place of penetration of moisture into the pipeline, the occurrence of damage or defects in the polyethylene sheath, and welded and butt joints. And also for measuring other physical quantities. The sensor has a simple design - it consists of capacitance and inductance, the parameters of one of which or both depend on one or several measured physical quantities.
Ввиду широкой области применения изобретения, анализ аналогов и его описание приводится на примере широко распространенной системы - системы дистанционного контроля давления в шинах автомобильных колес (TirePressureMonitoringSystem - TPMS).  Due to the wide scope of the invention, the analysis of analogues and its description is given on the example of a widespread system - a system for remote monitoring of tire pressure in automobile wheels (TirePressureMonitoringSystem - TPMS).
Из уровня техники в области оперативного дистанционного контроля давления в автомобильных шинах известна система (п. РФ - 25760, опубл. 10.08.201 1), направленная на использование миниатюрных электронных элементов в стандартных конструкционных решениях: первичный датчик, монтируемый в колесе и дисплейный пульт. Такой датчик состоит из: датчика давления и датчика температуры, аналого- цифровых преобразователей (АДП), микропроцессора приёмо-передающего устройства (мини приемо-передатчик). Используется одно- или двунаправленный канал связи с модуляцией и кодированием. Питание первичного датчика осуществляется от элемента питания, как правило, это литиевая одноразовая батарейка. Работают данные системы следующим образом: давление и температура в шинах автомобильных колес измеряется чувствительными элементами и после оцифровки и формирования информационного пакета микропроцессорным контроллером посредством приемо-передающего устройства, встроенного в датчик, информация по радиоканалу передается на дисплейный пульт в автомобиле. Дисплейный пульт также снабжен приемо-передающей радиоаппаратурой и микропроцессорным контроллером для обработки принятых от датчиков сигналов, вычисления и отображения на дисплее измеренных значений давления каждого колеса. По похожей схеме, например, устроена система Parkmaster TPMS-4-05 - прямая встраиваемая система контроля давления в шинах 3-го поколения (TPMS). From the prior art in the field of operational remote monitoring of tire pressure, a system is known (Cl. RF - 25760, publ. 08/10/2011 1), aimed at the use of miniature electronic elements in standard structural solutions: a primary sensor mounted in a wheel and a display panel. Such a sensor consists of: a pressure sensor and a temperature sensor, analog-to-digital converters (ADP), a microprocessor of a transceiver (mini transceiver). A unidirectional or bidirectional communication channel with modulation and coding is used. The primary sensor is powered by a battery; as a rule, it is a lithium disposable battery. These systems work as follows: the pressure and temperature in the tires of automobile wheels is measured by sensitive elements and after digitizing and generating an information package by a microprocessor controller using a transceiver built into the sensor, information is transmitted via a radio channel to the display panel in the car. The display panel is also equipped with radio transmitting and receiving equipment and a microprocessor controller for processing signals received from sensors, calculating and displaying the measured pressure values of each wheel. For a similar scheme, for example, the Parkmaster TPMS-4-05 system is installed - a direct built-in tire pressure monitoring system of the 3rd generation (TPMS).
Недостаток описанного аналога заключается в сложности конструкции самого датчика, представляющего собой сложную электронную схему, в которую входят описанные выше электронные компоненты, что значительно увеличивает стоимость и вес датчика, а также снижает надежность его работы. Кроме того, для работы датчика необходим элемент питания (батарея), расположенный непосредственно в датчике. Батарея имеет ограниченный ресурс работы, особенно при низкой температуре (в зимнее время), и монтируется в датчик как неразборный элемент. После выработки ресурса батареи требуется замена датчика целиком. В случае использования датчиков, расположенных внутри шин, дополнительно требуется разборка колес.  The disadvantage of the described analogue is the complexity of the design of the sensor itself, which is a complex electronic circuit that includes the electronic components described above, which significantly increases the cost and weight of the sensor, and also reduces the reliability of its operation. In addition, a sensor requires a battery (battery) located directly in the sensor. The battery has a limited service life, especially at low temperatures (in winter), and is mounted in the sensor as a non-separable element. After running out of battery life, the entire sensor needs to be replaced. In the case of using sensors located inside the tires, wheel disassembly is additionally required.
В отличие от этого аналога, предлагаемая система:  In contrast to this analogue, the proposed system:
1) имеет очень простую конструкцию датчика, который состоит только из двух элементов электроники - индуктивности и переменного конденсатора и не содержит ни элемента питания, ни аналого-цифрового преобразователя, ни микропроцессора, ни специально выделенного передатчика;  1) has a very simple sensor design, which consists of only two elements of electronics - inductance and a variable capacitor and does not contain a battery, or an analog-to-digital converter, or a microprocessor, or a dedicated transmitter;
2) имеет датчик, который обладает значительно меньшими массой и стоимостью, повышенной механической и температурной устойчивостью;  2) has a sensor that has significantly lower mass and cost, increased mechanical and temperature stability;
3) имеет другой принцип дистанционной передачи информации - о давлении судят по изменению параметров электромагнитного поля, возникающему при совпадении излучаемой частоты с резонансной частотой колебательного контура датчика. В свою очередь, резонансная частота колебательного контура через переменную емкость и/или индуктивность зависит от измеряемой физической величины. В случае измерения давления в автомобильных шинах может использоваться переменная емкость, как описано ниже. Таким образом, не применяются ни модуляция, ни кодирование сигнала, ни элемент питания на датчике.  3) has another principle of remote transmission of information - the pressure is judged by the change in the parameters of the electromagnetic field that occurs when the emitted frequency coincides with the resonant frequency of the oscillatory circuit of the sensor. In turn, the resonant frequency of the oscillatory circuit through a variable capacitance and / or inductance depends on the measured physical quantity. In the case of measuring tire pressure, a variable capacitance may be used as described below. Thus, neither modulation, nor signal coding, nor a battery on the sensor are used.
Известна система мониторинга в шинах без источника питания (п . США •Νι.200601 97655 , 07.09.2006). Данное устройство использует поглощение и накопление энергии СВЧ электромагнитного поля в датчике, далее использует эту энергию для питания схемы измерения, преобразования, обработки и кодированной передачи. Кроме схемы питания, система аналогична рассмотренному выше аналогу.  A known monitoring system in tires without a power source (U.S. • Νι.200601 97655, 09/07/2006). This device uses the absorption and accumulation of microwave energy of the electromagnetic field in the sensor, then uses this energy to power the measurement, conversion, processing and encoded transmission circuits. In addition to the power circuit, the system is similar to the analogue discussed above.
Известен индикатор давления (п. ЕПВ 1 1043577, В60С23/00, опубл. 1 1.10.2000). В данном аналоге чувствительный элемент, емкость, включена в RC цепочку (резистивно- емкостную цепь), которая, в свою очередь, включена в электрическую цепь генератора колебаний. Изменение давления приводит к изменению емкости, что, в свою очередь, приводит к изменению частоты колебаний генератора. Далее переменный сигнал с генератора колебаний поступает на микропроцессор, который измеряет частоту колебаний, кодирует сигнал и посылает через радиопередатчик на радиоприемное устройство, располагающееся рядом с колесом. В этой системе чувствительный элемент - емкость, как и в аналогах, рассмотренных выше, имеет гальваническую связь с микропроцессором, также присутствуют кодирование сигнала и элемент питания на датчике. A known pressure indicator (p. EPO 1 1043577, B60C23 / 00, publ. 1 1.10.2000). In this analogue, the sensitive element, the capacitance, is included in the RC circuit (resistive-capacitive circuit), which, in turn, is included in the electrical circuit of the generator fluctuations. A change in pressure leads to a change in capacitance, which, in turn, leads to a change in the oscillation frequency of the generator. Next, an alternating signal from the oscillation generator is fed to the microprocessor, which measures the frequency of oscillations, encodes the signal and sends it through a radio transmitter to a radio receiver located next to the wheel. In this system, the sensitive element - the capacitance, as in the analogs discussed above, has a galvanic connection with the microprocessor, there are also signal coding and a battery on the sensor.
Отличие предлагаемой системы от данного аналога заключается в том, что емкость и индуктивность в аналоге не являются элементами генератора, но образуют пассивный колебательный контур, который находится в электромагнитном поле, генерируемым внешним излучателем, также не используется гальваническая связь между таким пассивным колебательным контуром и другими элементами системы.  The difference of the proposed system from this analogue is that the capacitance and inductance in the analogue are not elements of a generator, but form a passive oscillatory circuit, which is in the electromagnetic field generated by an external emitter, and galvanic coupling between such a passive oscillatory circuit and other elements is also not used. system.
Известен способ радиочастотной идентификации (RFID, п. US20080218352), заключающийся в определении наличия контура с заранее известной фиксированной резонансной частотой методом генерации электромагнитного поля и определением параметров такого поля. Недостатком является то, что частота контура фиксирована и не зависит от физических величин, и соответственно не позволяет организовать измерение таких величин.  A known method of radio frequency identification (RFID, p. US20080218352), which consists in determining the presence of a circuit with a predetermined fixed resonant frequency by generating an electromagnetic field and determining the parameters of such a field. The disadvantage is that the frequency of the circuit is fixed and does not depend on physical quantities, and therefore does not allow to organize the measurement of such quantities.
Известно устройство сигнализации о снижении давления в шине автомобиля (п. РФ >2149105, В60С23/02, опубл. 20.05.2000), содержащее колебательный контур, устанавливаемый на колесе транспортного средства, шунтируемый переключателем в случае чрезмерного снижения давления и связанный индуктивно с катушкой связи, расположенной на корпусе транспортного средства. Катушка через усилитель тока соединена с генератором, а через компаратор - с одним из входов логического фазового детектора, другой вход которого подключен к выходу генератора. Указанный детектор выявляет изменение фазы сигнала на катушке при шунтировании колебательного контура и включает сигнализатор.  A device for signaling a decrease in pressure in the tire of a car is known (Cl. RF> 2149105, B60C23 / 02, publ. 05.20.2000), comprising an oscillating circuit mounted on the wheel of a vehicle, shunted by a switch in the event of an excessive decrease in pressure and connected inductively to the communication coil located on the vehicle body. The coil is connected to a generator through a current amplifier, and through a comparator to one of the inputs of a logic phase detector, the other input of which is connected to the generator output. The specified detector detects a change in the phase of the signal on the coil when bypassing the oscillatory circuit and turns on the detector.
Недостатками данного устройства являются дискретное измерение, наличие низконадежных механических частей (реле), не наблюдаемость датчика в случае выхода из строя (ошибка второго рода). Такой датчик регистрирует только наличие резонанса при шунтировании индуктивности емкостью (замыкание контура контактами реле). Фактически устройство проводит не аналоговое измерение, а дискретную регистрацию порогового значения. Другими словами, это решение позволяет только отслеживать критический предел снижения давления (по принципу "да - нет"). В отличие от этого аналога, предлагаемая система проводит аналоговое измерение в широком диапазоне изменения давления с высокой точностью (соизмеримой с проводными аналоговыми системами измерения), контролирует работоспособность датчика и системы связи, а также не содержит подвижных частей, таких как реле. The disadvantages of this device are discrete measurement, the presence of low-reliable mechanical parts (relays), and the unobservability of the sensor in case of failure (error of the second kind). Such a sensor detects only the presence of resonance when shunting the inductance by the capacitance (circuit closure by relay contacts). In fact, the device does not conduct an analog measurement, but discrete registration of a threshold value. In other words, this solution only allows you to track the critical limit of pressure reduction (on a yes-no basis). In contrast to this analog, the proposed system performs analog measurement in a wide range of pressure changes with high accuracy (commensurate with wired analog measurement systems), monitors the operability of the sensor and communication system, and also does not contain moving parts, such as relays.
В качестве прототипа выбрано устройство для контроля давления в шинах автомобиля (п. РФ Jfs 94028846, В60С23/04, опубл. 27.08.1996), содержащее приемопередатчик, снабженный индуктивностью, посредством которой возбуждается перестраиваемый резонансный контур, установленный на ободе колеса. В состав контура входят индуктивность, контакты реле давления и две емкости. Параллельно индуктивности резонансного контура, которая может быть выполнена единой или разбитой на две секции, постоянно подключена диагностическая емкость. Чувствительным элементом тут также является механическое реле.  As a prototype, a device was selected for monitoring tire pressure in a car (paragraph RF Jfs 94028846, В60С23 / 04, publ. 08.27.1996), containing a transceiver equipped with an inductance, by means of which a tunable resonant circuit mounted on the wheel rim is excited. The circuit includes inductance, pressure switch contacts and two capacitors. In parallel with the inductance of the resonant circuit, which can be performed as a single unit or divided into two sections, a diagnostic capacitance is constantly connected. A sensitive element here is also a mechanical relay.
Данный прототип, в отличие от рассмотренного выше аналога (п. РФ Ν°2149105), дополнен контрольной емкостью, что позволяет определять ошибку второго рода, т.е. позволяет диагностировать полный отказ датчика или приемо-передающей системы.  This prototype, in contrast to the analogue discussed above (clause of the Russian Federation Ν ° 2149105), is supplemented with a control capacity, which makes it possible to determine the error of the second kind, i.e. allows you to diagnose a complete failure of the sensor or transceiver system.
Недостатки данного прототипа аналогичны недостаткам предыдущего устройства, за исключением определения ошибки второго рода. В качестве чувствительного элемента также используется реле. Авторами дополнительно предложена возможность увеличения количества переключаемых контактов реле и количества постоянных емкостей, подключаемых к контуру, что приводило бы к изменению резонансной частоты контура ступенями. Однако такое решение усложняет и удорожает конструкцию, снижает надежность, добротность и дальность действия, не решая при этом задачу аналогового измерения.  The disadvantages of this prototype are similar to the disadvantages of the previous device, with the exception of determining errors of the second kind. A relay is also used as a sensing element. The authors additionally proposed the possibility of increasing the number of switched relay contacts and the number of constant capacitors connected to the circuit, which would lead to a change in the resonant frequency of the circuit in steps. However, this solution complicates and increases the cost of the design, reduces reliability, quality factor and range, without solving the problem of analog measurement.
В отличие от прототипа предлагаемая система дистанционного измерения физических величин имеет простую и надежную конструкцию, проводит аналоговое измерение в широком диапазоне изменения физической величины с достаточно высокой точностью, может иметь повышенную устойчивость к агрессивным механическим, температурным и другим воздействиям, а также не содержит механических частей. Чувствительным элементом является изменяемая емкость и/или индуктивность.  Unlike the prototype, the proposed system for remote measurement of physical quantities has a simple and reliable design, performs analog measurement in a wide range of changes in physical quantities with fairly high accuracy, can have increased resistance to aggressive mechanical, temperature and other influences, and also does not contain mechanical parts. The sensitive element is a variable capacitance and / or inductance.
Техническим результатом заявленного изобретения является создание простых, надежных и точных системы и способа дистанционного контроля и измерения физических величин, как минимум, следующих: давление, температура, влажность, позволяющих удаленно проводить непрерывное аналоговое измерение. В частности, предлагаемая система позволяет улучшить точность измерения давления в автомобильных шинах по сравнению с аналогами, использующими реле, а также упростить конструкцию, существенно снизить стоимость, повысить надежность и срок службы датчиков по сравнению с аналогами, использующими микропроцессорный датчик. The technical result of the claimed invention is the creation of a simple, reliable and accurate system and method for remote monitoring and measurement of physical quantities, at least the following: pressure, temperature, humidity, allowing remotely conduct continuous analog measurement. In particular, the proposed system allows to improve the accuracy of measuring pressure in automobile tires in comparison with analogues using relays, and also to simplify the design, significantly reduce the cost, increase the reliability and service life of sensors in comparison with analogues using a microprocessor sensor.
Технический результат достигается следующими устройством и способом: система дистанционного измерения и контроля физических величин содержит, по крайней мере, один датчик, представляющий собой пассивный колебательный контур, состоящий из индуктивности и подключенной параллельно ей емкости. Величина емкости и/или индуктивности имеют возможность изменяться в зависимости от измеряемых физических величин, изменяя, таким образом, резонансную частоту датчика. Система также содержит генератор электромагнитного поля на колебательный контур, параметрический детектор резонанса и блок управления и обработки сигналов. Индуктивность и емкость контура выполнены таким образом, чтобы резонансная частота датчика соответствовала выбранному диапазону работы системы. Емкость имеет возможность меняться за счет изменения межэлектродного пространства и/или за счет изменения свойств диэлектрика от измеряемой физической величины. В качестве емкости может быть использован переменный конденсатор, состоящий из пластин из токопроводящего материала, разделенных воздушным пространством или другим упруго-пластичным диэлектрическим материалом, а так же материалом с диэлектрической проводимостью, зависящей от измеряемой физической величины. Индуктивность может изменяться за счет изменения формы проводника, составляющего индуктивность и/или за счет изменения свойств материала, находящегося в непосредственной близости такого проводника. В качестве связи с датчиком может быть использовано электромагнитное поле и приемо-передающий контур, гальванически связанный с генератором электромагнитного поля и параметрическим детектором. Также в качестве связи с датчиком могут быть использованы два контура, один из которых приемный, другой - передающий или произвольная комбинация нескольких таких приемных, передающих и приемо- передающих контуров.  The technical result is achieved by the following device and method: a system for remote measurement and control of physical quantities contains at least one sensor, which is a passive oscillatory circuit, consisting of an inductance and a capacitor connected in parallel to it. The value of the capacitance and / or inductance have the ability to vary depending on the measured physical quantities, thus changing the resonant frequency of the sensor. The system also contains an electromagnetic field generator for an oscillatory circuit, a parametric resonance detector, and a control and signal processing unit. The inductance and capacitance of the circuit are designed so that the resonant frequency of the sensor corresponds to the selected range of the system. The capacitance has the ability to change due to changes in the interelectrode space and / or due to changes in the properties of the dielectric from the measured physical quantity. As the capacitance, a variable capacitor can be used, consisting of plates of conductive material separated by air space or other elasto-plastic dielectric material, as well as a material with dielectric conductivity, depending on the measured physical quantity. Inductance can change due to a change in the shape of the conductor constituting the inductance and / or due to a change in the properties of the material in the immediate vicinity of such a conductor. An electromagnetic field and a transmitter-receiver circuit galvanically connected to an electromagnetic field generator and a parametric detector can be used as communication with the sensor. Also, two circuits can be used as communication with the sensor, one of which is receiving, the other is transmitting or an arbitrary combination of several such receiving, transmitting and receiving-transmitting circuits.
Способ дистанционного измерения и контроля физических величин, заключающийся в определении значения измеряемой физической величины по значению резонансной частоты датчика, зависящей от измеряемой физической величины. Резонансную частоту датчика определяют путем создания в зоне нахождения датчика переменного электромагнитного поля с помощью генератора. Частоту такого поля изменяют путем изменения частоты генератора в заданном диапазоне, при этом с помощью параметрического детектора, фиксирующего изменение амплитудно-фазовых характеристик электромагнитного поля, определяют совпадение частот электромагнитного поля генератора с резонансной частотой датчика, которая соответствует значению измеряемой физической величины. A method for remote measurement and control of physical quantities, which consists in determining the value of the measured physical quantity from the value of the resonant frequency of the sensor, depending on the measured physical quantity. The resonant frequency of the sensor is determined by creating an alternating electromagnetic field in the zone where the sensor is located using a generator. The frequency of such a field is changed by changing the frequency of the generator in a given range, while using a parametric detector that records the change in the amplitude-phase characteristics of the electromagnetic field, determine the coincidence of frequencies the electromagnetic field of the generator with the resonant frequency of the sensor, which corresponds to the value of the measured physical quantity.
Измерения могут проводиться удаленно (без использования гальванической связи), в частности, датчики могут находиться внутри подвижного объекта, на объекте или в непосредственной близости от него. Также возможно аналогичное использование системы с неподвижными объектами. Например, для контроля давления и температуры через стенку бака.  Measurements can be carried out remotely (without using galvanic communication), in particular, the sensors can be located inside a moving object, on the object, or in close proximity to it. A similar use of a system with fixed objects is also possible. For example, to control pressure and temperature through the tank wall.
Система отличается отсутствием в конструкции датчика элементов питания, аналого-цифрового преобразования, микропроцессора или иной обработки сигнала, кодирования и модуляции. Основные конструктивные элементы датчика - емкость и индуктивность, включены параллельно, из которых одна или обе вместе являются чувствительными элементами и непрерывно изменяются при изменении измеряемых физических величин, что позволяет проводить аналоговое измерение. Допускается комбинация нескольких чувствительных элементов в датчике и/или нескольких датчиков, в частности, для компенсации или совместного измерения нескольких физических величин. Например, для измерения давления в автомобильных шинах с учетом температурной компенсации. В отличие от аналогов устройство получается очень простым и позволяет вести непрерывный мониторинг значений физических величин.  The system is distinguished by the absence in the design of the sensor of batteries, analog-to-digital conversion, microprocessor or other signal processing, coding and modulation. The main structural elements of the sensor - capacitance and inductance, are connected in parallel, of which one or both together are sensitive elements and continuously change when the measured physical quantities change, which allows for analog measurement. A combination of several sensitive elements in the sensor and / or several sensors is allowed, in particular, for compensation or joint measurement of several physical quantities. For example, for measuring tire pressure with regard to temperature compensation. Unlike analogues, the device is very simple and allows continuous monitoring of the values of physical quantities.
Сущность изобретения поясняется фигурой (фиг. 1), на которой изображен один из вариантов схемы системы дистанционного измерения и контроля физических величин.  The invention is illustrated by the figure (Fig. 1), which depicts one of the variants of the scheme of the system of remote measurement and control of physical quantities.
Основными составными частями системы дистанционного измерения и контроля физических величин являются датчик 1, приёмопередающий контур 2, генератор электромагнитного поля 3 и параметрический детектор 4 , блок управления и обработки сигналов 5. Генератор 3 и детектор 4 могут использовать общий приемопередающий контур, выполненный в виде индуктивности L2, и/или быть совмещены, либо использовать несколько самостоятельных контуров, каждый из которых может быть приемным, или передающим или приемо-передающим. На фиг. 1 показан вариант схемы, когда генератор 3 и детектор 4 используют общий приемопередающий контур L2.  The main components of the system of remote measurement and control of physical quantities are sensor 1, transceiver circuit 2, electromagnetic field generator 3 and parametric detector 4, control and signal processing unit 5. Generator 3 and detector 4 can use a common transceiver circuit made in the form of inductance L2 , and / or be combined, or use several independent circuits, each of which can be receiving, or transmitting or receiving-transmitting. In FIG. 1 shows a variant of the circuit when the generator 3 and the detector 4 use a common transceiver circuit L2.
Датчик 1, представляет собой пассивный колебательный контур, состоящий из индуктивности L1 и конденсатора С1, которые подбирают таким образом, чтобы резонансная частота датчика 1 соответствовала выбранному диапазону работы системы, при этом емкость, и/или индуктивность, могут иметь возможность изменяться в зависимости от измеряемой физической величины.  Sensor 1 is a passive oscillatory circuit consisting of inductance L1 and capacitor C1, which are selected so that the resonant frequency of sensor 1 corresponds to the selected range of the system, while the capacitance and / or inductance may be able to vary depending on the measured physical quantity.
Вариантами исполнения датчика могут быть: датчик, где индуктивность выполнена аналогично датчикам RFID меток, в частности наклеиваемый датчик (датчик-стикер) на гибком основании, или датчик с индуктивностью, выполненной по периметру шины, или микродатчик, или датчик увеличенной площади (например, для увеличения дальности), или датчик с индуктивностью активной в двух или в трех измерениях. Возможны другие варианты исполнения индуктивности, емкости и датчика в целом, позволяющие вести измерения указанным способом. Variants of the sensor’s execution can be: a sensor, where the inductance is made similar to RFID tags sensors, in particular, a glued sensor (sensor sticker) on a flexible base, or a sensor with an inductance made along the perimeter of the bus, or a micro-sensor, or a sensor of increased area (for example, to increase the range), or a sensor with an inductance active in two or three dimensions. Other versions of the inductance, capacitance and sensor as a whole are possible, allowing measurements in this way.
В частности, при использовании системы для дистанционного контроля давления в шинах автомобильных колес может применяться емкость с упругим диэлектриком и подвижной пластиной. При воздействии давления воздуха, подвижная пластина придвигается к неподвижной пластине, в результате чего емкость переменного конденсатора С1 увеличивается. При уменьшении давления, за счет собственной упругости и/или упругости разделяющего пластины диэлектрика, пластина отодвигается от неподвижной пластины и емкость уменьшается. Таким образом, резонансная частота датчика 1 непрерывно зависит от изменения электрической емкости переменного конденсатора С1, которая в свою очередь непрерывно зависит от давления воздуха, воздействующего на датчик 1. Таким образом, мы получили возможность непрерывного аналогового изменения резонансной частоты датчика 1 от давления и/или других физических величин.  In particular, when using a system for remote monitoring of tire pressure in automobile wheels, a container with an elastic dielectric and a movable plate can be used. When exposed to air pressure, the movable plate moves toward the fixed plate, as a result of which the capacitance of the variable capacitor C1 increases. With a decrease in pressure, due to the intrinsic elasticity and / or the elasticity of the dielectric separating plate, the plate moves away from the fixed plate and the capacitance decreases. Thus, the resonant frequency of the sensor 1 continuously depends on the change in the electric capacitance of the variable capacitor C1, which in turn continuously depends on the air pressure acting on the sensor 1. Thus, we have the opportunity to continuously change the resonant frequency of the sensor 1 on the pressure and / or other physical quantities.
Для измерения влажности в емкости С1 датчика 1 может использоваться межэлектродный материал, диэлектрическая проводимость и/или размер, которого, зависят от влажности, что аналогично приводит к изменению емкости конденсатора и, как следствие, изменению резонансной частоты колебательного контура датчика и позволяет вести измерения влажности предлагаемым способом.  To measure the humidity in the capacitance C1 of the sensor 1, an interelectrode material, dielectric conductivity and / or size, which depend on humidity, can be used, which similarly leads to a change in the capacitance of the capacitor and, as a result, a change in the resonant frequency of the oscillatory circuit of the sensor and allows the measurement of humidity way.
Для измерения температуры в качестве межэлектродного материала емкости С1 датчика 1 может использоваться материал с достаточным коэффициентом температурного расширения, например полиэтилен. При воздействии на такой конденсатор температуры, межэлектродный материал расширяется и емкость конденсатора изменяется, поскольку меняется расстояние между пластинами, что также приводит к изменению резонансной частоты колебательного контура датчика 1 и позволяет вести измерение температуры предлагаемым способом.  To measure the temperature, a material with a sufficient coefficient of thermal expansion, for example polyethylene, can be used as the interelectrode material of the capacitance C1 of the sensor 1. When exposed to a temperature capacitor, the interelectrode material expands and the capacitance of the capacitor changes, since the distance between the plates changes, which also leads to a change in the resonant frequency of the oscillatory circuit of the sensor 1 and allows temperature measurement by the proposed method.
Для измерения температуры также может использоваться и индуктивность L1 датчика 1, которая имеет возможность изменяться в зависимости от температуры за счет изменения формы проводника, составляющего индуктивность и/или за счет изменения свойств материала, находящегося в непосредственной близости такого проводника, что также позволяет вести измерение температуры описанным способом. Аналогично могут использоваться другие принципы зависимости емкости С1 и/или индуктивности L1 и, соответственно, резонансной частоты колебательного контура датчика 1 от измеряемой физической величины. Таким образом, у пассивного колебательного контура, используемого в датчике, появляется новое, ранее не известное свойство, а именно - зависимость резонансной частоты колебательного контура от различных физических параметров как минимум, следующих: давление, температура, влажность. To measure the temperature, the inductance L1 of the sensor 1 can also be used, which has the ability to change depending on the temperature due to a change in the shape of the conductor constituting the inductance and / or due to changes in the properties of the material in the immediate vicinity of such a conductor, which also allows temperature measurement in the described way. Similarly, other principles of dependence of the capacitance C1 and / or inductance L1 and, accordingly, the resonant frequency of the oscillatory circuit of the sensor 1 on the measured physical quantity can be used. Thus, the passive oscillatory circuit used in the sensor has a new, previously unknown property, namely, the dependence of the resonant frequency of the oscillatory circuit on various physical parameters of at least the following: pressure, temperature, humidity.
При использовании системы для контроля давления в автомобильных шинах приемный контур L2 может состоять из нескольких витков токопроводящего материала (может быть выполнен, например, в виде гибкого элемента, закрепленного под крылом кузова автомобиля).  When using a system for monitoring tire pressure in automobile tires, the receiving circuit L2 can consist of several turns of conductive material (it can be made, for example, in the form of a flexible element fixed under the wing of a car body).
При измерении давления в шине такой системой генератор электромагнитного поля 3 и приемопередающий контур 2 воздействуют электромагнитным полем на колебательный контур датчика 1, находящийся в зоне действия такого поля, при этом частота непрерывно или ступенями или по иному алгоритму изменяется в заданном диапазоне, соответствующем диапазону измерения давления - производится сканирование. При этом одна из частот данного частотного диапазона совпадает (находится достаточно близко для обнаружения резонанса) с резонансной частотой колебательного контура датчика 1. В результате происходит поглощение и переизлучение энергии наведенного электромагнитного поля колебательным контуром датчика 1. Это приводит к изменению амплитудно-фазовой характеристики электромагнитного поля, которое воспринимается приемо-передающим контуром 2, определяется параметрическим детектором 4, и фиксируется блоком управления и обработки сигналов 5 как отклик датчика 1 на данной частоте. Электронный блок управления и обработки сигналов 5 располагается внутри автомобиля. По значению обнаруженной резонансной частоты контура датчика 1 судят о давлении в шине.  When measuring the pressure in the tire by such a system, the electromagnetic field generator 3 and the transceiver circuit 2 act by the electromagnetic field on the oscillating circuit of the sensor 1 located in the field of action of such a field, while the frequency is continuously or in steps or by another algorithm changes in a predetermined range corresponding to the pressure measurement range - scanning is performed. In this case, one of the frequencies of this frequency range coincides (located close enough to detect resonance) with the resonant frequency of the oscillatory circuit of the sensor 1. As a result, the energy absorbed and re-emitted from the induced electromagnetic field by the oscillatory circuit of the sensor 1. This leads to a change in the amplitude-phase characteristic of the electromagnetic field , which is perceived by the transceiver circuit 2, is determined by a parametric detector 4, and is fixed by the control and signal processing unit 5 as the response of sensor 1 at a given frequency. The electronic control unit and signal processing 5 is located inside the car. The value of the detected resonant frequency of the sensor circuit 1 judges the pressure in the tire.
Реализация предлагаемой системы может быть различной:  The implementation of the proposed system may be different:
- переменное электромагнитное поле генерируется устройством, посредством двух взаимосвязанных электромагнитных контуров одинаковой резонансной частоты (по принципу металлоискателей), один из которых используется для регистрации датчика- контура и является внешним по отношению к датчику-контуру, а другой - опорный.Изначально контуры настроены на одну и ту же резонансную частоту и работают синфазно. Однако, если в поле измерительного контура находится датчик, представляющий собой пассивный колебательный контур, то он, за счёт наличия собственной резонансной частоты, приводит к изменению резонансной частоты внешнего контура, которое через специальную электрическую схему, представляющую собой компаратор, приводит к появлению на выходе устройства биения. Частота биения изменяется с изменением резонансной частоты датчика и является параметром, по которому определяют давление, воздействующее на датчик (давление внутри автомобильной шины). - an alternating electromagnetic field is generated by the device by means of two interconnected electromagnetic circuits of the same resonant frequency (according to the principle of metal detectors), one of which is used to register the loop sensor and is external to the loop sensor, and the other is the reference one. Initially, the loops are set to one and the same resonant frequency and work in phase. However, if there is a sensor in the field of the measuring circuit, which is a passive oscillatory circuit, then it, due to the presence of its own resonant frequency, leads to a change in the resonant frequency of the external circuit, which through a special electrical circuit, which is a comparator, leads to the appearance of a beating device at the output. The beat frequency changes with a change in the resonant frequency of the sensor and is a parameter that determines the pressure acting on the sensor (pressure inside the car tire).
- посредством одного приемо-передающего контура 2 (может представлять собой от одного до нескольких витков провода в зависимости от частоты генерирования) и подключенного к нему генератора электромагнитного поля 3. Измерение производится путем регистрации изменения амплитудно-фазовых характеристик генерируемого электромагнитного поля при совпадении частоты с резонансной частотой колебательного контура 3 и датчика 1 , находящегося в таком электромагнитном поле и воспринимаемым контуром 2. Таким образом, в данном методе измерения используется один излучающий контур, который, в то же время, используется и как приемный контур. Для регистрации амплитудно-фазовых характеристик используется метод прямого детектирования напряжения сигнала на контуре 2;  - by means of one transceiver circuit 2 (it can be from one to several turns of wire depending on the frequency of generation) and the electromagnetic field generator 3 connected to it. Measurement is carried out by recording changes in the amplitude-phase characteristics of the generated electromagnetic field when the frequency coincides with the resonance the frequency of the oscillatory circuit 3 and the sensor 1 located in such an electromagnetic field and the perceived circuit 2. Thus, in this measurement method, A single radiating circuit is used, which, at the same time, is used as a receiving circuit. To record the amplitude-phase characteristics, the method of direct detection of the signal voltage on circuit 2 is used;
- в вышеописанной системе вместо одного приемо-передающего контура могут использоваться два контура, один из которых используется для создания электромагнитного поля, а другой - для регистрации электромагнитного излучения датчика 1. Может использоваться произвольная комбинация таких передающих, принимающих, или приемопередающих контуров, в том числе, в целях повышения точности, дальности, снижения энергозатрат, работы с датчиками в различной ориентации;  - in the above system, instead of one transceiver circuit, two circuits can be used, one of which is used to create an electromagnetic field, and the other to register the electromagnetic radiation of sensor 1. An arbitrary combination of such transmitting, receiving, or transceiving circuits can be used, including , in order to increase accuracy, range, reduce energy consumption, work with sensors in different orientations;
- также могут использоваться и другие способы определения резонансной частоты такого контура датчика 1 с помощью внешнего электромагнитного излучения;  - other methods can also be used to determine the resonant frequency of such a circuit of the sensor 1 using external electromagnetic radiation;
- могут использоваться различные частотные диапазоны электромагнитного поля, формы сигнала и алгоритмы сканирования, известные из уровня техники.  - can be used in various frequency ranges of the electromagnetic field, waveforms and scanning algorithms known from the prior art.
Благодаря тому, что чувствительный элемент датчика давления 1 является также и элементом самого колебательного контура, то конструкция датчика получается простой, содержит минимум элементов (индуктивность и переменная емкость) и при этом для работы датчика нет необходимости использовать элементы питания на самом датчике, в отличие от рассмотренных аналогов и прототипа. Датчик может размещаться в колпачке, навинчивающемся вместо обычных колпачков на колеса, или изготавливаться путем напыления индуктивности и переменной емкости на гибком основании, например, самоклеющейся полимерной пленки аналогично использующейся в противокражных системах в супермаркетах (т.н. RFID-метки), и наклеиваться на внутреннюю поверхность шины или изготавливаться в виде контура по периметру колеса. Также могут быть использованы и другие конструкции датчика, позволяющие реализовать описанный способ измерения. Возможна комбинация нескольких чувствительных элементов в одном датчике и/или совместное использование нескольких таких датчиков. Due to the fact that the sensitive element of the pressure sensor 1 is also an element of the oscillatory circuit itself, the design of the sensor is simple, contains a minimum of elements (inductance and variable capacitance), and there is no need to use batteries on the sensor itself to operate, unlike reviewed analogues and prototype. The sensor can be placed in a cap screwed onto the wheels instead of the usual caps, or made by spraying inductance and variable capacitance on a flexible base, for example, a self-adhesive polymer film similar to that used in anti-theft systems in supermarkets (so-called RFID tags), and glued onto inner surface tires or be made in the form of a contour around the perimeter of the wheel. Other sensor designs may also be used to implement the described measurement method. It is possible to combine several sensors in one sensor and / or to share several such sensors.
Блок управлении и обработки сигналов 5, дополнительно к описанным выше, может выполнять функции представления текущего значения измеряемой физической величины, хранения исторических значений и сигнализации о достижении предельньк значений, как для человека, так и в виде информационного интерфейса для других устройств.  The control and signal processing unit 5, in addition to the ones described above, can perform the functions of presenting the current value of the measured physical quantity, storing historical values and signaling that maximum values have been reached, both for a person and in the form of an information interface for other devices.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Система дистанционного измерения и контроля физических величин, содержащая, по крайней мере, один датчик, представляющий собой пассивный колебательный контур, состоящий из индуктивности и подключенной параллельно ей емкости, отличающаяся тем, что величина емкости и/или индуктивности имеет возможность меняться в зависимости от измеряемых физических величин, изменяя резонансную частоту датчика, в систему введены генератор электромагнитного поля на колебательный контур, параметрический детектор резонанса и блок управления и обработки сигналов, при этом индуктивность и емкость контура выполнены таким образом, чтобы резонансная частота датчика соответствовала выбранному диапазону работы системы. 1. The system of remote measurement and control of physical quantities, containing at least one sensor, which is a passive oscillatory circuit, consisting of an inductance and a capacitor connected in parallel with it, characterized in that the value of the capacitance and / or inductance has the ability to vary depending on measured physical quantities, changing the resonant frequency of the sensor, an electromagnetic field generator is introduced into the system onto an oscillating circuit, a parametric resonance detector, and a control and processing unit and signals, while the inductance and capacitance of the circuit are designed so that the resonant frequency of the sensor corresponds to the selected range of the system.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что емкость имеет возможность меняться за счет изменения межэлектродного пространства и/или за счет изменения свойств диэлектрика от измеряемой физической величины.  2. The system according to claim 1, characterized in that the capacitance has the ability to change due to changes in the interelectrode space and / or due to changes in the properties of the dielectric from the measured physical quantity.
3. Система по п.2, отличающаяся тем, что емкость выполнена в виде подвижных токопроводящих пластин, разделенных воздушным пространством или другим упруго- пластичным диэлектрическим материалом, меняющем форму или размер в зависимости от измеряемой физической величины.  3. The system according to claim 2, characterized in that the capacitance is made in the form of movable conductive plates separated by air space or other elasto-plastic dielectric material that changes shape or size depending on the measured physical quantity.
4. Система по п.2, отличающаяся тем, что в качестве диэлектрика емкости использован материал с диэлектрической проводимостью, зависящей от измеряемой физической величины.  4. The system according to claim 2, characterized in that a material with a dielectric conductivity depending on the measured physical quantity is used as the dielectric of the capacitance.
5. Система по п.1, отличающаяся тем, что индуктивность имеет возможность изменяться за счет изменения формы проводника, составляющего индуктивность и/или за счет изменения свойств материалов, находящихся в непосредственной близости такого проводника.  5. The system according to claim 1, characterized in that the inductance has the ability to change due to a change in the shape of the conductor constituting the inductance and / or due to a change in the properties of materials in the immediate vicinity of such a conductor.
6. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве связи с датчиком использовано электромагнитное поле и приемо-передающий контур, гальванически связанный с генератором электромагнитного поля и параметрическим детектором.  6. The system according to claim 1, characterized in that the electromagnetic field and the transceiver circuit galvanically connected to the electromagnetic field generator and a parametric detector are used as a connection with the sensor.
7. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве связи с датчиком использованы два контура, один из которых приемный, другой передающий или произвольная комбинация таких приемных, передающих и приемо-передающих контуров.  7. The system according to claim 1, characterized in that two circuits are used as communication with the sensor, one of which is receiving, the other transmitting or an arbitrary combination of such receiving, transmitting and receiving-transmitting circuits.
8. Способ дистанционного измерения и контроля физических величин, заключающийся в определении значения измеряемой физической величины по значению  8. The method of remote measurement and control of physical quantities, which consists in determining the value of the measured physical quantity from the value
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) резонансной частоты датчика, зависящей от параметра измеряемой физической величины, которую определяют путем создания в зоне расположения датчика с помощью генератора переменного электромагнитного поля> частоту которого изменяют путем изменения частоты генератора в заданном диапазоне, при этом с помощью параметрического детектора, фиксирующего изменение амплитудно-фазовых характеристик электромагнитного поля, определяют совпадение частоты электромагнитного поля генератора с резонансной частотой датчика, по обнаруженной резонансной частоте судят о текущем значении измеряемой физической величины. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the resonant frequency of the sensor, which depends on the parameter of the measured physical quantity, which is determined by creating a variable electromagnetic field generator in the zone of the sensor’s location > whose frequency is changed by changing the frequency of the generator in a given range, while using a parametric detector that records the change in amplitude-phase characteristics the electromagnetic field, determine the coincidence of the frequency of the electromagnetic field of the generator with the resonant frequency of the sensor, according to the detected resonance At the current frequency, the current value of the measured physical quantity is judged.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
PCT/RU2012/000305 2012-04-19 2012-04-19 System for remote measurement and monitoring of physical magnitudes and method for remote measurement and monitoring of physical magnitudes WO2013157979A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2012/000305 WO2013157979A1 (en) 2012-04-19 2012-04-19 System for remote measurement and monitoring of physical magnitudes and method for remote measurement and monitoring of physical magnitudes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2012/000305 WO2013157979A1 (en) 2012-04-19 2012-04-19 System for remote measurement and monitoring of physical magnitudes and method for remote measurement and monitoring of physical magnitudes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013157979A1 true WO2013157979A1 (en) 2013-10-24

Family

ID=49383798

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2012/000305 WO2013157979A1 (en) 2012-04-19 2012-04-19 System for remote measurement and monitoring of physical magnitudes and method for remote measurement and monitoring of physical magnitudes

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2013157979A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103727964A (en) * 2013-11-22 2014-04-16 中北大学 Mechanical parameter measuring system and method based on LC resonance sensor
WO2017025353A1 (en) * 2015-08-11 2017-02-16 Continental Teves Ag & Co. Ohg Device for measuring a measurement variable

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU657371A1 (en) * 1976-08-02 1979-04-15 Московский Ордена Ленина Авиационный Институт Им.С.Орджоникидзе Capacitance-type sensor parameter converting device
RU94028846A (en) * 1994-08-02 1996-08-27 Акционерное общество "Научно-технический центр АвтоВАЗ" Device for pressure monitoring inside vehicle tyres
US20060197655A1 (en) * 2005-02-24 2006-09-07 Yi Luo Batteryless tire pressure monitoring system
RU2425760C1 (en) * 2010-07-12 2011-08-10 Закрытое акционерное общество " ОКБ "РИТМ" Automotive tire control system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU657371A1 (en) * 1976-08-02 1979-04-15 Московский Ордена Ленина Авиационный Институт Им.С.Орджоникидзе Capacitance-type sensor parameter converting device
RU94028846A (en) * 1994-08-02 1996-08-27 Акционерное общество "Научно-технический центр АвтоВАЗ" Device for pressure monitoring inside vehicle tyres
US20060197655A1 (en) * 2005-02-24 2006-09-07 Yi Luo Batteryless tire pressure monitoring system
RU2425760C1 (en) * 2010-07-12 2011-08-10 Закрытое акционерное общество " ОКБ "РИТМ" Automotive tire control system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103727964A (en) * 2013-11-22 2014-04-16 中北大学 Mechanical parameter measuring system and method based on LC resonance sensor
WO2017025353A1 (en) * 2015-08-11 2017-02-16 Continental Teves Ag & Co. Ohg Device for measuring a measurement variable
US10527461B2 (en) 2015-08-11 2020-01-07 Continental Teves Ag & Co. Ohg Device for measuring a measurement variable

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6486776B1 (en) RF transponder and method of measuring parameters associated with a monitored object
US6543279B1 (en) Pneumatic tire having transponder and method of measuring pressure within a pneumatic tire
US6412977B1 (en) Method for measuring temperature with an integrated circuit device
US20110221587A1 (en) Tire wear detection device
US7254994B2 (en) Device for detecting and signaling a physical value when connected to a rim, and rim comprising such a device
US6658928B1 (en) Method of monitoring pressure in a pneumatic tire
US6609419B1 (en) Signal transmission in a tire pressure sensing system
US20120255349A1 (en) Micro-power systems
WO2006118011A1 (en) Tire information system and tire used for the same
EP0812270A4 (en) Transponder and sensor apparatus for sensing and transmitting vehicle tire parameter data
US6775632B1 (en) Calibration of a transponders for a tire pressure monitoring system
JP2018533339A (en) System and method for determining the relative position and / or orientation of primary and secondary winding structures
EP1071933B1 (en) Method and apparatus for measuring temperature with an integrated circuit device
EP1071569B1 (en) Rf transponder and method of measuring parameters associated with a monitored object
EP1071570B1 (en) Pneumatic tire having a transponder and method of measuring pressure within a pneumatic tire
US9919570B2 (en) Tire pressure monitoring using half duplex transponder frequency shift
WO2013157979A1 (en) System for remote measurement and monitoring of physical magnitudes and method for remote measurement and monitoring of physical magnitudes
EP1857302B1 (en) Tire inflation pressure determining apparatus
JP2005104312A (en) Information collecting device for tire condition and its relay device
CN100586744C (en) Tire inflation pressure determining apparatus
CN105984288A (en) Code study method of wireless tire pressure monitoring system
US20200103449A1 (en) Wireless passive probe
JPS63306905A (en) Tire air pressure detector
CN210363220U (en) Tracing anti-counterfeiting and working condition monitoring device for vehicle tires
WO2001044000A8 (en) Relaxation oscillator for transponder

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12874686

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12874686

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1