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Sensoren verfügen im Allgemeinen über einen
elektrischen Kabelanschluss, durch den der Sensor mit der Energie
versorgt und über
den die Messwerte des Sensors elektrisch weitergeleitet werden.
Das Kabel ist oft unerwünscht,
da es Kosten durch Installation, Material und Wartung verursacht. Weiterhin
erschwert oder verhindert ein Kabel den Einsatz von Sensoren an
rotierenden oder bewegten Teilen, unter harten Umgebungsbedingungen
(Hitze, Explosionsgefahr, Hochspannung, im Vakuum usw.) und an schwer
zugänglichen
Stellen.
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Eine Möglichkeit, das Kabel zur Übertragung der
Sensordaten zu vermeiden, besteht darin, die Messdaten vom Ort der
Messung zu einer entfernten Auswerteeinheit per Funk zu übertragen.
Diese bisher bekannten Funksensoren haben jedoch einen wesentlichen
Nachteil: Sie benötigen
eine Batterie oder ähnliche
Energiequelle, die durch Anschaffung und insbesondere Wartung erhebliche
Kosten verursacht. Der Einsatz bzw. die Lebensdauer von Batterien
wird häufig
auch durch die Umgebungsbedingungen (z.B. sehr hohe oder tiefe Temperaturen)
limitiert.
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Weiterhin ist z.B. aus M. Kossel,
H.R. Benedickter, R. Peter, W. Bächtold: „MICROWAVE BACKSCATTER
MODULATION SYSTEMS", 2000 IEEE MTT-S International Microwave Symposium, Boston,
MA, USA, 11–16
Juni 2000, Band 3, Seiten 1427–30
das Prinzip der modulierten Rückstreuung zur
Funkdatenübertragung
unter den Namen Backscatter oder auch Backscatter-Transponder bekannt. Zugehörige Vorrichtungen
werden etwa in
EP 646983
A2 ,
EP 712010
A1 ,
EP 853245
A2 ,
EP 899682
A2 ,
US
20010000430 A1 ,
US
6107910 A1 ,
US
6236314 B1 und WO 1999008402 A1 beschrieben.
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Darüber hinaus wird in
DE 10025561 A1 ein energieautarker
Hochfrequenzsender beschrieben, bei dem in einem elektromechanischen
Wandler mechanische Energie in elektrische Energie gewandelt, gleichgerichtet
und unter Einwirkung einer Logikbaugruppe einer Hochfrequenzsendestufe
zugeführt wird.
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Davon ausgehend liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, einen extrem kostengünstigen und leicht in großen Stückzahlen
zu realisierenden, energieautarken Hochfrequenzsender zu entwickeln.
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Diese Aufgabe wird durch die Erfindungen der
unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung basiert auf zwei grundlegende Ideen.
Die erste besteht in der Trennung der Erzeugung der Energie für die durch
den energieautarken Hochfrequenzsender zu sendenden Information
und der Erzeugung der Energie, die für den Sendevorgang selbst benötigt wird.
Ausgehend von der Erkenntnis, dass in Minimalfall nur die Energie
für die zu
sendende Information zu erzeugen ist, kann auf eine Energieerzeugung
für den
Sendevorgang selbst und die dafür
notwendigen Bauteile verzichtet werden.
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Dieser Erkenntnis folgen zahlreiche
eingehende Überlegungen,
wie eine minimale Bauteilekonfiguration für einen energieautarken Hochfrequenzsender
aussehen kann. Diese Überlegungen gipfeln
schließlich
in der überraschenden
Idee, eine durch einen Wandler erzeugte Wechselgröße direkt und
ohne Zwischenspeicherung zur Modulation des Signals des Hochfrequenzsenders
zu nutzen. Dadurch kann auf die im Stand der Technik notwendigen Gleichrichtungsschaltungen
oder Elemente mit nichtlinearer Kennlinie verzichtet werden, die üblicherweise
notwendig sind, um ein Wechselenergie zu akkumulieren. Demzufolge
kann auch auf jegliche Elemente die zu einer Energiespeicherung
notwendig wären
verzichtet werden.
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Wenn die Wechselgröße schließlich zur
Modulation eines Reflektors verwendet wird, kann auf die Energieerzeugung
für den
Sendevorgang selbst verzichtet werden, indem die Energie eines Abfragesignals
ausgenutzt wird.
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Dementsprechend weist die Vorrichtung
einen Wandler zum Wandeln von Umgebungsenergie in eine Wechselgröße und einen
Reflektor auf, der durch die Wechselgröße modulierbar ist.
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Zum Betreiben der Vorrichtung, die
ihren Zustand oder Zustandsänderungen
per Funk übermittelt,
wird Umgebungsenergie aus der Umgebung des Wandlers als eine vor
Ort (also an dem Ort bzw. in direkter Nähe der Vorrichtung) verfügbare Energie
verwendet. Bei dieser Energie kann es sich um thermische Energie,
akustische Energie, mechanische oder elektrische bzw. elektromagnetische
Energie handeln. Vorausgesetz wird, dass es sich bei der verfügbaren Energie
bzw. der daraus abgeleiteten bzw. gewandelten Größe, die wie im Folgenden dargestellt zur
Messung und/oder zur Funk-Datenübertragung einer
Messgröße genutzt
wird, um eine Wechselgröße handelt.
Insbesondere ist die Wechselgröße eine Wechselspannung
und/oder ein Wechselstrom.
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Das erfindungsgemäße Prinzip zeichnet sich also
dadurch aus, dass die aus der vor Ort verfügbaren Energie abgeleitete
Wechselgröße dazu
genutzt wird, einen Funkwellenreflektor in seinen Reflexionseigenschaften,
insbesondere seinem Reflexionsfaktor, zu modulieren.
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Der Reflektor ist vorzugsweise ein
Reflektor für
ein elektromagnetisches Signal, insbesondere für ein Hochfrequenzsignal. Dieser
Funkwellenreflektor ist aus der Distanz von einer Basisstation mit
einem Funksignal bestrahlbar. Dieses Funksignal liegt vorzugsweise
im Frequenzbereich 100 kHz bis 100 GHz. Das von der Basisstation gesendete
Signal wird an dem Funkwellenreflektor reflektiert. Dazu weist die
Vorrichtung vorzugsweise eine Antenne auf. Die Vorrichtung bildet
damit einen energieautarken Backscatter-Transponder.
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Da der Reflektor durch die besagte
Wechselgröße in seinem
Reflexionsfaktor moduliert wird, wird auf das am Funkwellenreflektor
reflektierte Signal eine Modulation aufgeprägt. Die Basisstation empfängt das
modulierte Reflexionssignal des Sensors und wertet es aus. Durch
die Modulation ist das reflektierte Signal von anderen festen Reflexionen,
die z.B. an Gegenständen,
die im Erfassungsbereich des Sensors stehen, hervorgerufen werden,
sehr einfach zu unterscheiden.
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Vorzugsweise ist die Vorrichtung
eingerichtet, um eine Messgröße in Form
einer zu messenden Sensorgröße zu messen.
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Die Messgröße kann im einfachsten Fall
die Wechselgröße also
im Funksignal die Modulation selbst sein. Dann wandelt der Wandler
die Umgebungsenergie in Abhängigkeit
der Messgröße in die Wechselgröße, so dass
die Messgröße über die
Modulation des Reflektors messbar ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann
in einer etwas komplizierteren Ausführung des Prinzips die Wechselgröße aber
auch durch die Messgröße oder
eine weitere Messgröße in charakteristischer
Weise beeinflusst werden. Dazu weist die Vorrichtung Mittel auf,
um die Wechselgröße in Abhängigkeit
einer Messgröße zu beeinflussen,
so dass die Messgröße über die
Modulation des Reflektors messbar ist. Diese Mittel sind insbesondere
in oder an einer Zuleitung angeordnet, die die Wechselgröße dem Reflektor
zuleitet. Geeignete Mittel sind z.B. zustandsabhängige passive Filter oder Dämpfungsglieder
bzw. zustandsabhängige
Energiewandler die das Wechselsignal und somit die Modulation abhängig von
der Messgröße charakteristisch
beeinflussen bzw. vorgeben.
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Die Energie zur Modulation der Rückstreuung
zu einem sensorischen Zweck wird aus der Energie der Messgröße bzw.
aus mit Veränderungen der
Messgröße einhergehenden
Energieereignissen gewonnen und dadurch ein autarker fernauslesbarer Funksensor
gebildet. Das Sende- und Empfangsteil der Basisstation und die verwendeten
Signale können
im Prinzip identisch zu üblichen
Backscattersystemen ausgeführt
sein.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren ergibt sich analog
zur Vorrichtung. Dies gilt auch für seine bevorzugten Weiterbildungen.
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Weitere wesentliche Vorteile und
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
anhand der Figuren. Dabei zeigt:
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1 den
Grundaufbau eines energieautark modulierten Backscatter-Transponders
und energieautark fernabfragbaren Funksensors,
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2a eine
mögliche
Ausführung
eines energieautark modulierten Backscatter-Transponders in Form
eines energieautark fernabfragbaren Körperschallsensors,
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2b eine
konkrete schaltungstechnische Lösung
für den
energieautark modulierten Backscatter-Transponder aus 2a,
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3 eine
mögliche
Applikation des energieautark fernabfragbarer Körperschallsensors aus 2a,
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4 eine
mögliche
Ausführung
eines energieautark modulierten Backscatter-Transponders als Temperatursensor,
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5 eine
Ausführungsform
mit zwei Pfaden.
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1 zeigt
den Grundaufbau des energieautark modulierten Backscatter-Transponders und
energieautark fernabfragbaren Funksensors. Der energieautark modulierter
Backscatter-Transponder
EAMBT umfasst zumindest folgende Komponenten. Mit dem Energiewandler
EW wird eine verfügbare
Umgebungsenergie in Form einer Energiewechselgröße in eine elektrische Wechselgröße bzw. ein
Wechselsignal WSig gewandelt.
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Optional wird dieses Wechselsignal
noch mit einer Anpassschaltung derart angepasst, dass es als resultierendes
Modulationssignal MSig besonders gut zur Modulation des modulierbaren
Reflektors MR geeignet ist. Die ursprüngliche Wechselgröße in Form
eines Wechselsignals wird in diesem Fall also in eine abgeleitete
Wechselgröße in Form
eines Modulationssignals gewandelt.
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Insbesondere kann es günstig sein,
wenn diese Anpassschaltung einen Transformator umfasst. Der Modulierbare
Reflektor kann z.B. eine Antenne sein, deren Anpassung an ihrem
Ein- bzw. Ausgang mit dem Modulationssignal MSig variiert wird.
Abhängig
von ihrer Anpassung reflektiert die Antenne ein Funksignal, das
sie empfängt,
mehr oder weniger stark (Amplitudenmodulation) oder reflektiert es
mit einem mehr oder weniger großen
Phasenversatz (Phasenmodulation) oder reflektiert abhängig vom
Modulationssignal MSig bei unterschiedlichen Frequenzen unterschiedlich
stark (Frequenzmodulation). Dieser Effekt der modulierten Reflektion
wird in der weitergehenden Ausführung
dazu genutzt, den Backscatter-Transponder EAMBT per Funk aus der Ferne
mit einer Basisstation BS abzufragen.
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Die Basisstation beinhaltet hierzu
zumindest eine Signalquelle S, mit der das Abfragesignal ASig erzeugt
und über
eine Sendeantenne als Funksignal ASig' in Richtung des Backscatter-Transponders EAMBT
abgestrahlt wird. Am Backscatter-Transponder EAMBT wird dieses Signal
moduliert reflektiert. Das so reflektierte Funksignal RSig wird über eine Empfangsantenne
empfangen und mit einem Signalvergleicher SV mit dem gesendeten
Abfragesignal ASig verglichen. Abgesehen von einer kleinen Laufzeitverzögerung aufgrund
der Strecke von der Basisstation zum Backscatter-Transponder EAMBT und zurück und ggf.
aufgeprägten
Störsignalen
unterscheiden sich Abfragesignal ASig und reflektiertes Funksignal
RSig lediglich durch die Modulation, die dem reflektierten Funksignal
RSig durch den Backscatter-Transponder
EAMBT aufgeprägt
wurde. Durch den Vergleich von Abfragesignal RSig und reflektiertem
Funksignal RSig kann somit direkt ein Abbild MSig' von dem Modulationssignal
MSig in der Basisstation gebildet werden und somit die zur Messgröße gehörende Energiewechselgröße energieautark
aus der Ferne per Funk gemessen werden.
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Ausgestaltet und angewendet werden
können
der erfindungsgemäße energieautark
modulierte Backskatter-Transponder
und energieautark fernabfragbare Funksensor in vielfältiger Form.
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2a zeigt
eine einfache Ausführung
als energieautarker, fernabfragbarer Körperschallsensor. Bei dem Energiewandler
handelt es hier um einen Schallwandler, vorzugsweise einen piezoelektrischen
Schall- oder Ultraschallwandler. Empfängt dieser ein akustisches
Signal AkSig, so wandelt er es in ein elektrisches Signal. Dieses
elektrische Modulationssignal MSig = AKSig', das im Folgenden zur
Modulation des modulierbaren Reflektors verwendet wird, ist im Prinzip
ein Abbild des akustischen Signals. Der modulierbare Reflektor umfasst
vorzugsweise einen Feldeffekttransistor mit dem die Anpassung seiner
Antenne, wie oben schon angedeutet, variiert wird. Vorzugsweise
werden hierzu jene Typen von Feldeffekttransistoren verwendet, die
sich auch um den Arbeitspunkt OV, d.h. ohne zusätzliche Vorspannung, modulieren
lassen. In 2b ist eine einfache beispielhafte
Ausführung
dargestellt. Durch die Spannung, die der Piezo-Schallwandler SW
erzeugt, wird das Gate des Feldeffekttransistors und somit der Leitwert
der Drain-Source Strecke moduliert. Die Kondensatoren C2 und C3
dienen zur Anpassung der Antenne A. Die Schaltung verdeutlicht einen maßgeblichen
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung, nämlich deren
besonders einfache und preiswerte Umsetzbarkeit.
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Als für die vorliegende Schaltung
geeignete Feldeffekttransistor-Typen wären z.B. die Typen SST310 von
Vishay oder etwa MGF4953A von Mitsubishi zu nennen.
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Neben Feldeffekttransistoren sind
natürlich auch
alle anderen Bauelemente geeignet, die ihren bzw. einen Leitwert
bzw. die Reflexions- bzw. Übertragungsfunktion
abhängig
von einer angelegten Spannung ändern.
Geeignet wären
z.B. Transistoren, Dioden, Varaktoren, steuerbare Dielektrika, mikromechanische
Schalter oder Phasenschieber (MEMs) usw.
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Die Basisstation BS enthält einen
Festfrequenzoszillator OSZ, der das Abfragesignal ASig erzeugt.
Das Abfragesignal wird über
die in dieser Ausführung
kombinierte Sende-Empfangsantenne
SEA abgestrahlt. Die Sende-Empfangsantenne SEA dient ebenso zum
Empfang des moduliert reflektierten Signals RSig. Der Richtkoppler
RK dient zur Trennung von Sende- und Empfangssignal. Der schon für 1 beschriebene Signalvergleich
erfolgt hier durch einen Mischer, d.h. das Sendesignal ASig wird mit
dem reflektierten Signal RSig gemischt und vorzugsweise anschließend mit
einem Filter FLT gefiltert. Das Filter FLT wird vorzugsweise als
Bandpass oder Tiefpass ausgeführt.
Die Grenzfrequenzen von FLT sind vorzugsweise so zu wählen, dass
sie den Grenzen des interessierenden Frequenzbereichs des akustischen
Signals AkSig bzw. denen vom Modulationssignal MSig entsprechen.
Durch die dargestellte Mischeranordnung wird die Modulation, d.h.
im Prinzip das Modulationssignal MSig vom Träger, d.h. im Prinzip ASig getrennt.
Am Ausgang des Filters FLT kann man daher ein Abbild AkSig'' von
AkSig' bzw. AkSig abgreifen und darstellen bzw. weiterverarbeiten.
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Bei der hier dargestellten Ausführung der
Basisstation handelt es sich in den Grundzügen um ein übliches Dauerstrich- oder Doppler-Radar.
Alle bekannten Ausführungen
solcher Systeme können
somit direkt auf die erfindungsgemäße Lösung übertragen werden. Auch die
Möglichkeit,
den Reflexionsfaktor bzw. die Anpassung einer Antenne über einen Feldeffekttransistor
zu modulieren, sind in vielfältiger Form
Stand der Technik. Bekannte Schaltungen sind daher leicht auf die
erfindungsgemäße Lösung zu übertragen.
Konkretere Ausführungen,
werden daher von diesen Komponenten hier nicht mehr vorgestellt, da
sie dem Experten ohnehin bekannt sind bzw. in der einschlägigen Literatur
nachzulesen sind. Der dargestellte energieautarke fernabfragbare
Körperschallsensor
ist beispielsweise, wie in 3 gezeigt wird,
zur Messung und Überwachung
von Körperschall-
und Schwingungsvorgängen
an rotierenden Teilen geeignet.
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Bauelemente, die ebenfalls gut mit
einem EAMBT überwacht
werden könnten,
sind etwa Elemente von Fahrzeugen, Antrieben und Maschinen wie Räder, Achsen,
Federungselemente, Lager, Elemente der Lager wie Wälzkörper oder
Lagerringe, Lüftungs- und Turbinenschaufeln,
Kolben, Zahnräder,
Riemen usw.
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Besonders hingewiesen sei an dieser
Stellen, dass es bei einer komplizierteren Ausführung der Basisstation auch
möglich
ist, die Entfernung zu einem Backscatter-Transponder mit modulierter
Reflektion zu bestimmen. Ausführungsformen,
die auf einen energieautark modulierten Backscatter-Transponder EAMBT übertragbar
sind, finden sich in M. Vossiek, R. Roskosch, und P. Heide: "Precise
3-D Object Position Tracking using FMCW Radar", 29th European Microwave
Conference, München, Deutschland,
1999, und in den Dokumenten
DE 19957536 A1 ,
DE 19957557 A1 und insbesondere
in
DE 19946161 A1 .
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Alternativ zu dem dargestellten Schallsensor,
können
natürlich
auch andere Wandlerprinzipien in der ansonsten gleichen Anordnung
eingesetzt werden, um andere Größen zu messen.
Geeignet wären z.B.
pyroelektrische Wandler, photoelektrische Wandler, piezoelektrisch
Druck- oder Biegewandler oder auch gängige Generatorprinzipien mit
Magnet und Spule.
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Als Abfragesignal der Basisstation
werden vorzugsweise die Frequenzen verwendet, wie sie auch sonst
bei Transpondersystemen günstig
und üblich
sind, also z.B. 125 kHz, 250 kHz, 13.7 MHz, 433 MHz, 869 MHz, 2.45
GHz oder 5.8 GHz. Günstig ist
es, dass die Frequenz des Abfragesignals deutlich größer – z.B. um
den Faktor 10 – als
die Frequenz der Wechselgröße WSig
gewählt
wird, da dann in der Basisstation der Träger, also das Abfragesignal,
mit einfachen Mitteln von der Modulation, also WSig, getrennt werden
kann.
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Basierend auf den bisherigen Ausführungen können aber
auch noch sehr viel weitergehende Sensor- und Identifikationssysteme
realisiert werden. Die Grundidee hierbei besteht darin, dass das
durch den Wandler erzeugte Wechselsignal nun nicht mehr direkt selbst
die ausschließliche
Sensorinformation beinhaltet, sondern dass dieses Signal durch einen
weiteren Effekt bzw. eine weitere Messgröße in seiner Beschaffenheit
charakteristisch verändert
wird und aus der Größe der Veränderung
in der Basisstation die Messgröße abgeleitet
werden kann. Die charakteristische Veränderung könnte natürlich auch im Sinne einer Kodierung
bewusst und definiert veranlasst sein mit dem Ziel, Objekte identifizieren
zu können.
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Die Grundidee der weiterführenden
Ausgestaltung wird anhand der einfachen Ausführung in 4 dargestellt. Im Prinzip handelt es
sich um dieselbe Ausgestaltung wie in 2.
Der Unterschied besteht darin, dass die elektrische Wechselgröße AkSig'
nun nicht direkt zur Modulation des modulierbaren Reflektors MR
verwendet wird, sondern zuvor z.B. durch ein temperaturabhängiges Bandpassfilter TBPF
charakteristisch abhängig
von der Temperatur gefiltert wird. Die Verstimmung des Filters kann
leicht durch temperaturabhängige
Widerstände
oder Ähnliches
realisiert werden.
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Angenommen die Frequenzen des akustischen
Signals sind über
einen längeren
Beobachtungszeitraum über
dem Verstimmbereich von TBPF nahezu gleich verteilt bzw. die Verteilung
ist in etwa bekannt, so ist die spektrale Leistungsdichteverteilung
bzw. daraus abgeleitete Größen wie
z.B. der Schwerpunkt oder das Maximum des Spektrums von AkSig "
ein direktes Maß für die Temperatur.
Beispielsweise durch eine Fouriertransformation von AkSig'' in einer
Auswerteeinheit AE könnten
diese Werte leicht abgeleitet werden.
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Neben einer Filterung sind natürlich auch noch
andere durch Messgrößen bedingte
Beeinflussungen der Wechselgröße WSig
zur Kodierung der Messgröße denkbar.
Geeignet wären
z.B. Laufzeitglieder, Phasenschieber, Dämpfungsglieder. Bei Verwendung
von Filtern sind Resonatorfilter mit Bandpass- oder Bandsperrcharakteristik besonders
geeignet, da zum einen ihr Einfluss auf die Signaleigenschaften
mit einfachen Mitteln auszuwerten ist und sie zum anderen einfach
realisiert werden können. Ebenso
denkbar wäre
es, dass der Wandler selbst durch eine physikalische oder chemische
Größe in seinen
Wandlungseigenschaften charakteristisch verändert wird, also dass z.B.
die Frequenz eines Schallwandlers temperaturabhängig oder abhängig von
mechanischen Randbedingungen wie Druck oder Spannung ist.
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Auch können auf diese Weise nicht
nur Temperatursensoren, sondern in ähnlicher Weise auch Drucksensoren,
Feuchtigkeitssensoren oder chemische, energieautark fernabfragbare
Sensoren realisiert werden. Im Prinzip ist jedes passive Sensorelement
geeignet, mit dem man das Modulationssignal MSig in charakteristischer
Weise verändern
kann. Natürlich
muss man das Modulationssignal MSig auch nicht ausschließlich als
Träger
für die
Sensorinformation dienen, sondern es kann zusätzlich, wie schon oben dargestellt
wurde, selbst auch Sensorinformationen tragen.
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Bei der Darstellung der Ausführung in 4 wurde davon ausgegangen,
dass die Beschaffenheit wie z.B. die spektrale Verteilung der Wechselgröße WSig
bekannt ist. Hiervon kann allerdings nicht immer ausgegangen werden.
Folglich ist es nicht immer möglich,
mit einer so einfachen Ausführung
wie in 4 exakte Messdaten
zu bestimmen bzw. zu übertragen. 5 zeigt eine Ausführung, die
dieses Problem löst.
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Angedeutet ist hier, dass die Wechselgröße WSig
z.B. durch ein Piezoelement PE aus einer mechanischen Wechselgröße abgeleitet
wird. Wesentlich bei der Ausführung
ist, dass das Wechselsignal WSig in zumindest zwei Pfade aufgespaltet
und auf diesen Pfaden unterschiedlich weiterverarbeitet wird. Zur
Realisierung eines Temperatursensors kann der Backscatter-Transponder EAMBT
z.B. in jedem Pfad ein temperaturabhängiges Filternetzwerk TFNW1 bzw.
TFNW2 aufweisen. Diese Filternetzwerke können z.B., so wie zuvor schon
beschrieben wurde, als frequenzbestimmendes Filter, Laufzeitglied,
Phasenschieber oder Dämpfungsglied
ausgeführt
sein.
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Entscheidend ist, dass die Beeinflussung, die
TFNW1 und TFNW2 auf die Wechselgröße WSig angewendet hervorrufen,
in charakteristischer Weise unterschiedlich von der Messgröße – also hier
der Temperatur Temp – abhängig sind.
Die resultierenden unterschiedlich beeinflussten Modulationssignale
MSig1 und MSig2 werden dann nach dem zuvor beschriebenen Abfrageprinzip
auf getrennten Kanälen,
z.B. über
getrennte Frequenzbänder
zu getrennten Basisstationen BS1 und BS2, übertragen und werden dort,
wie zuvor dargestellt wurde, als Signale MSig1' und MSig2' rekonstruiert.
Die Signal-Vergleich-und-Auswerteeinheit SVAE, kann dann basierend
auf den bekannten Eigenschaften von den Filternetzwerken TFNW1 und
TFNW2 den Temperaturmesswert Temp und/oder ein Abbild der Wechselgröße WSig
ableiten.
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Vorzugsweise umfasst die Signal-Vergleich-und-Auswerteeinheit
SVAE hierzu einen Prozessor. Die Grundidee der Ausführung besteht
also darin, die Messgröße nicht
mehr direkt aus absoluten Merkmalsgrößen eines Signals, sondern
aus einem relativen Vergleich zwischen zumindest zwei Signalen MSig1'
und MSig2' abzuleiten. Hierdurch kann sehr viel besser verhindert
werden, dass die möglicherweise
wechselnden und unbekannten Eigenschaften der Wechselgröße WSig
die Auswertung und die Ableitung der Messgröße stören.
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Werden die Filternetzwerke TFNW1
und TFNW2 z.B. als temperaturabhängige
Laufzeitglieder ausgelegt, wobei sich die Laufzeitdifferenz zwischen
den beiden Signalwegen mit der Temperatur charakteristisch ändern soll,
so kann z.B. der Laufzeitunterschied der Signale MSig1' und MSig2',
der dann ein Maß für die Temperatur
darstellt, leicht mit Hilfe einer Kreuzkorrelation zwischen MSig1'
und MSig2' bestimmt werden. Die Lage des Maximums der Kreuzkorrelation
wäre hier
z.B. ein Maß für die Temperatur.
Bei Verwendung von temperaturabhängigen
Phasenschiebe-Elementen in TFNW1 und TFNW2 könnte auch ein einfacher analoger
oder digitaler Phasenkomparator eine vergleichbare Funktion übernehmen.
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Die dargestellte Ausführung stellt
nur eine mögliche
Variante dar. Wie schon oben dargestellt wurde, können auf
dieselbe Art natürlich
auch andere Messgrößen bestimmt
werden. Auch wäre
es denkbar, die Aufteilung in zumindest zwei Pfade nicht erst in
der Ebene der messwertabhängigen
Filternetzwerke durchzuführen,
sondern gleich zumindest zwei getrennte Energiewandler zu verwenden.