用于测量无线传感器中的可变阻抗元件的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及用于测量无线传感器中的可变阻抗元件的系统和方法。一种由电感性发射器供电的无线远程传感器，其被配置为产生基于一个或多个感测的参数而变化的振荡波。该振荡波通过反射阻抗传送到电感性发射器，在此其被检测以确定感测的值。在另一方面中，本发明专利技术提供一种无线远程传感器，其具有惠斯通电桥装置，该惠斯通电桥装置具有内部谐振电路以产生表示感测的值的电磁场。在第三方面中，本发明专利技术提供一种具有来自于基准电路和传感器电路的光反馈的无线远程传感器。在第四方面中，本发明专利技术提供一种无线远程温度传感器，其具有印刷在具有高热膨胀系数的材料上的线圈，使得当温度升高或减小时线圈的尺寸和/或形状变化。

【技术实现步骤摘要】
用于测量无线传感器中的可变阻抗元件的系统和方法
本专利技术涉及无线传感器，并且更具体地涉及用于在无线远程传感器中远程供电和远程确定传感器的值的系统和方法。
技术介绍
无线远程传感器的发展受到越来越多的关注。无线远程传感器可用于多种应用中。例如，无线远程传感器可包括皮肤和体内医用传感器、电感性供电加热和烹饪容器以及位于产品包装内的传感器。某些示例性的无线远程传感器在由Baarman等人于2011年4月8日提交的题为“PointofSaleInductiveSystemsandMethods'’的美国专利申请号No.13/082,503以及由Baarman等人于2011年4月8日提交的题为“PointofSaleInductiveSystemsandMethods”的美国专利申请号No.13/082,513中被示出，这两篇专利申请的全部内容通过引用被并入这里。无线远程传感器方便之处在于其提供了测量相关信息以及将测量结果传送给接收器而无需导线的机制。例如，可通过插入传感器来进行测量。进一步，在进行测量之后，无需拔下传感器。利用体内医用传感器，与传感器进行无线通信的重要性甚至更大。无线远程传感器通常与电感性收发器通信且通过其来供电。这意味着无需导线或其它直接电接触就能够将用于操作传感器的功率提供给无线远程传感器。例如，许多传统的远程传感器从电感性无线电源以无线方式接收功率。利用电感性供电的无线远程传感器，通过反射阻抗将传感器值(例如，远程传感器所测量的值)传送到电感性发射器是少见的。许多传统的无线远程传感器引入了具有电容或电阻的传感器，所述电容或电阻作为待测量的参数的函数而变化。例如，当测量温度时，传感器可能包括具有随温度变化的阻抗的热敏电阻器。作为另一个例子，传感器可能包括具有随温度改变其介电常数的电介质的电容器。远程传感器通常配置有可变电容器或者电阻器，其被布置作为简单的RLC电路的一部分，使得传感器中的变化导致RLC电路的谐振频率的变化。RLC电路电感性耦合到电感性发射器使得通过反射阻抗RLC电路影响电感性发射器中的功率特性。例如，RLC电路的反射阻抗可能影响电感性发射器储能电路中的电流幅度。相应地，在使用时，传感器的值传送回电感性发射器，在电感性发射器中该值能够被监测电感性发射器中的功率特性的传感器检测到，例如，在电感性发射器储能电路中的电流幅度和/或功率的谐振频率方面。经验表明，在电感性发射器中难于检测到无线远程传感器的阻抗的相对小的变化。进一步，这些变化可能被电感性发射器和远程传感器之间的耦合变化或者制造公差的变化所掩盖。
技术实现思路
一方面，本专利技术提供了一种无线远程传感器，该无线远程传感器配置为产生基于一个或多个感测参数而变化的振荡波。该振荡波通过反射阻抗传送到电感性发射器，其在电感性发射器中被检测以确定(多个)感测参数的值。在一个实施例中，振荡波大致是由充电/放电电路产生的方波，方波的低部分与充电时间相对应，且高部分与放电时间相对应。可替代地，振荡波可产生为正弦波。在一个实施例中，该充电/放电电路包括充电子电路和放电子电路。该充电子电路可包括RC电路，其具有在充电周期中充电的充电电容器。在一个实施例中，RC电路包括充电电阻器，并且需要对充电电容器充电的时间根据充电电阻器的值而变化。在一个实施例中，该放电子电路包括电流锁存器，其在放电周期期间将电容器放电。该电流锁存器可配置为通过调制电阻器来对充电电容器进行放电，以产生方波的高部分。可选择该调制电阻器以控制该方波的高部分的幅度。在一个实施例中，该充电/放电电路进一步包括触发器，其促使该充电/放电电路在充电状态和放电状态之间转换。该触发器可以是一个或多个二极管，所述二极管被布置为使得一旦充电电容器充足电时它们的反向击穿电压就被超过。一旦被超过，功率可以通过调制电阻器自由地从充电电容器泄放。在一个实施例中，远程传感器包括两个传感器，以及方波的高部分的持续时间随着一个传感器的值而变化，而方波的低部分的持续时间随另一个传感器的值而变化。第一传感器可设置在充电子电路的内部以改变给充电电容器充电所需的时间。在一个实施例中，充电电容器是RC电路，并且第一传感器是RC电路中的可变阻抗元件，比如可变电阻器和/或可变电容器。第二传感器可设置在充电电容器和放电子电路之间。在一个实施例中，第二传感器是可变电阻器。在一个实施例中，无线远程传感器配置为标准化到恒定电压以便该电路的充电/放电时间不依赖于电感性发射器和无线远程传感器之间的耦合。在一个实施例中，齐纳二极管，或可替代地其它类型的恒压基准，被添加到无线远程传感器。在另一个实施例中，无线远程传感器包括自适应触发器，其配置为将充电时间标准化，而不管耦合的变化或接收电压的变化。在该实施例中，触发器可以包括分压器和比较器。分压器的输出可以被提供作为随着接收功率而变化的比较器的基准输入。使用时，自适应触发器可以配置为使得充电电容器的充电速率的任何变化都符合触发器阈值的相应变化，从而不论接收电压的变化，充电时间都保持基本恒定。在另一个实施例中，无线远程传感器包括电压控制振荡器(“VCO“)，其采用可变阻抗元件作为传感器。可变阻抗元件的阻抗的变化改变VCO的振荡频率。VCO的输出可以直接施加到接收线圈或其可施加到配置为调制负载的调制子电路。例如，如果VCO的内阻足以产生在发射器内可被识别的信号，那么可以不使用单独的调制子电路。如果内阻不足，VCO的输出可以被缓冲并用于触发开关以调制负载。在第二方面，本专利技术提供一种无线远程传感器系统，该系统采用具有内部谐振电路的惠斯通电桥装置，该内部谐振电路产生表示感测值的电磁场。可以使用单独的感测线圈以无线接收电磁场并确定感测值。惠斯通电桥组件将传感器元件内的相对小的变化进行放大，从而使得更容易识别感测参数的值的变化。在替代实施例中，可变阻抗元件可以并入惠斯通电桥的一个或多个腿中和/或并入内部谐振电路中，以允许利用多个传感器元件和/或进一步放大传感器元件内的变化。在第三方面，本专利技术提供了一种无线远程传感器，其具有多个线圈，这些线圈允许系统对随时间的耦合系数的变化、传感器漂移、发射器漂移或者许多其它电势电路变化进行补偿。在该实施例中，无线远程传感器可以包括基准电路和传感器电路。基准电路可以具有固定部件，并且基本上仅仅随着电感性发射器和基准电路之间的耦合的变化以及随时间的电路漂移而变化。传感器电路可以包括随所测量的特性而变化的可变阻抗元件。在使用时，传感器电路可随着阻抗元件的变化而变化，也随着电感性发射器和传感器电路之间的耦合的变化以及随时间的电路漂移而变化。相应地，基准电路的变化可从传感器电路的变化中被有效地减去以便隔离由传感器阻抗元件的变化所引起的变化量。在一个实施例中，基准电路和传感器电路包括用于与电感性发射器通信的LED，以及电感性发射器包括用于确定两个LED的亮度的光学传感器。基准电路可包括固定部件，以便基准LED的亮度的变化主要基于电感性发射器和基准电路之间的耦合系数、LED发射率随时间的变化或者其它形式的随时间的电路漂移。传感器电路可包括可变阻抗元件，该可变阻抗元件的阻抗随感测参数的值而变化。传感器电路内的传感器LED的亮度可以基于传感器阻抗元件的值而变化，还基于耦合系数、LED本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于感测参数的无线远程传感器，包括：配置为从无线功率发射器无线接收功率的接收线圈；以及耦合到所述接收线圈的振荡电路，所述振荡电路的振荡通过反射阻抗传送到无线功率发射器，所述振荡电路具有随着待感测参数的值变化的可变阻抗元件，其中所述振荡随着所述可变阻抗元件的变化而变化。

【技术特征摘要】
2012.05.10 US 61/645185;2012.09.14 US 61/7012051.一种用于感测参数的无线远程传感器，包括：配置为从无线功率发射器无线接收功率的接收线圈；以及耦合到所述接收线圈的振荡电路，由此所述振荡电路的振荡通过反射阻抗传送到无线功率发射器，所述振荡电路具有随着待感测参数的值变化的可变阻抗元件，其中所述振荡的占空比基于所述可变阻抗元件的变化而变化；其中所述振荡电路包括配置为对所述振荡电路交替充电和放电的充电/放电电路，所述振荡与所述充电和放电对应；其中所述充电/放电电路包括具有充电电容器的充电子电路，由通过所述接收线圈无线接收的功率来对该充电电容器充电；其中所述充电/放电电路包括具有电流锁存器的放电子电路，该放电子电路配置为选择性地对所述充电电容器进行放电；其中所述放电子电路包括调制腿，所述调制腿具有调制电阻器，所述调制腿耦合到所述电流锁存器，由此仅当所述电流锁存器导通时才应用所述调制腿；其中所述调制腿通过晶体管耦合到所述电流锁存器，所述调制电阻器具有被选择以引起所述晶体管至少部分地取决于可变阻抗元件而作为放大器工作的值。2.根据权利要求1所述的无线远程传感器，其中所述充电/放电电路包括触发器，该触发器用于使所述充电/放电电路在充电状态与放电状态之间转换，所述触发器是具有反向击穿电压的二极管，所述二极管被选择以当所述充电电容器达到阈值时使所述充电/放电电路从所述充电转换到所述放电。3.根据权利要求1所述的无线远程传感器，其中所述充电子电路包括充电电阻器，所述充电电阻器为所述可变阻抗元件。4.根据权利要求1所述的无线远程传感器，进一步包括放电电阻器，所述放电电阻器为所述可变阻抗元件。5.根据权利要求1所述的无线远程传感器，其中所述振荡电路包括第一可变阻抗元件和第二可变阻抗元件，所述第一可变阻抗元件为所述充电子电路中的可变电阻器，所述第二可变阻抗元件为设置为改变所述放电状态的持续时间的可变电阻器。6.根据权利要求1所述的无线远程传感器，进一步包括用于将提供给所述充电子电路的电压标准化的标准化电路。7.根据权利要求6所述的无线远程传感器，其中所述标准化电路包括电压钳。8.根据权利要求1所述的无线远程传感器，其中所述充电/放电电路包括触发器以及分压器，该触发器用于在充电状态和放电状态之间转换所述充电/放电电路，所述触发器为比较器，该分压器被选择为尽管被提供给所述充电子电路的电压存在变化仍保持基本上一致的充电持续时间。9.根据权利要求8所述的无线远程传感器，其中所述比较器包括耦合到所述分压器的输出的第一输入端和耦合到所述充电子电路的输出的第二输入端。10.根据权利要求9所述的无线远程传感器，其中所述充电/放电电路包括具有电流锁存器的放电子电路，该放电子电路配置为选择性地对所述充电电容器放电，所述比较器的输出耦合到所述电流锁存器，由此所述比较器输出占用所述电流锁存器。11.一种用于感测参数的无线远程传感器，包括:配置为从无线功率发射器无线接收功率的接收线圈；电压控制振荡器，其在操作时耦合到所述接收线圈以从所述接收线圈接收功率；可变阻抗元件，其耦合到所述电压控制振荡器，由此所述电压控制振荡器的输出振荡取决于所述可变阻抗元件的值，所述可变阻抗元件随着待感测参数的值而变化，其中所述输出振荡的占空比基于所述可变阻抗元件的变化而变化；其中所述电压控制振荡器包括配置为对所述电压控制振荡器交替充电和放电的充电/放电电路，所述振荡与所述充电和放电对应；其中所述充电/放电电路包括具有充电电容器的充电子电路，由通过所述接收线圈无线接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·W·库伊文霍文，C·D·狄恩，D·W·巴曼，B·C·梅斯，H·D·阮，M·J·诺尔康克，J·K·施万内克，J·B·泰勒，J·S·小梅尔顿，R·L·斯托达，
申请(专利权)人：捷通国际有限公司，
类型：发明
国别省市：