DE3782888T2

DE3782888T2 - Mit einer spritze implantierbarer identifikationstransponder.

Info

Publication number: DE3782888T2
Application number: DE8787901959T
Authority: DE
Inventors: John Bradin; C Koturov; A Loeb; Thomas Milheiser; Vern Taylor
Original assignee: Hughes Aircraft Co; Destron IDI Inc
Current assignee: Raytheon Co; Destron Fearing Corp
Priority date: 1986-02-25
Filing date: 1987-02-24
Publication date: 1993-07-08
Anticipated expiration: 2007-02-25
Also published as: EP0258415A1; NZ219408A; ATE82827T1; NZ233454A; EP0258415A4; NZ233455A; CA1325051C; DE3782888D1; EP0258415B1; WO1987004900A1

Description

Fachgebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft Identifikations-Antwortgeräte zur Implantation in Tiere zu deren Identifikation, verwendbar zum Überwachen von Wanderungsformen oder -mustern und für andere Zwecke. Genauer betrifft diese Erfindung ein Identifikations-Antwortgerät, das passiv ist, was bedeutet, daß es all seine Betriebsleistung oder -energie von einer Abfragevorrichtung erhält, das ausreichend klein ist, um mit einer Spritze implantiert zu werden, wodurch die Notwendigkeit eines chirurgischen Verfahrens oder Eingriffs vermieden wird, und das auf Abfrage hin ein die Identität des bestimmten Tieres anzeigendes Signal liefert, und das über einen Zeitraum von Jahren haltbar und zuverlässig ist.

Hintergrund der Erfindung

Es gibt viele Anwendungen, in denen ein Antwortgerät oder Transponder verwendbar sein würde, das bzw. den ein Tier zur automatischen Identifikation des Tieres tragen oder bei sich haben kann. Typische Verwendungen umfassen die Überwachung von Wanderungsformen oder -mustern von Wildtieren, um deren Gewohnheiten zu studieren, und zum Schaffen einer automatischen Identifikation von Haustieren, zum Steuern von automatischen Fütterungsvorrichtungen und ähnliches und zum Nachweisen oder Verifizieren ihrer Identität, z. B. in Zusammenhang mit Rennpferden. Automatisch betriebene Antwortgeräte wären auch nützlich im Zusammenhang mit der Überwachung von Labortieren für eine große Vielfalt von experimentellen Zwecken.
Der Stand der Technik zeigt eine Anzahl von Antwortgeräten oder Transpondern, die eine Identifikation von Tieren ermöglichen. Jedoch beinhaltet keine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung, die die Erfinder kennen, all die Merkmale oder Eigenschaften, die erwünscht wären. So z. B. Fathauers U. S. Patent Nr. 3,541,995, das ein Antwortgerät zeigt, das an einem Halsband oder ähnlichem eines Tieres angebracht werden kann, um es als zu einer bestimmten Klasse oder Art gehörend zu identifizieren. Die Fathauer-Vorrichtung ist relativ groß und sperrig und nicht geeignet zur Identifikation von Wildtieren.
Besonders im Zusammenhang mit der Aufzeichnung oder dem Nachfolgen von Bewegungen von Wildtieren ist es wünschenswert, daß Antwortgeräte geschaffen werden, die extrem klein sind, und die ohne weiteres in die Tiere implantiert werden können. Ein implantierbares Antwortgerät bietet den Vorteil, daß es nicht anfällig für einen Verlust ist, und daß es die Bewegung des Tieres nicht behindert. Insbesondere wäre es wünschenswert, Antwortgeräte oder Transponder zu schaffen, die ohne das Erfordernis von chirurgischen Verfahren oder eingriffen in Tiere implantierbar sind. Zu diesem Zweck zeigt Jefferts et al., U. S. Patent Nr. 3,313,301, die Injektion eines Drahtstückes mit magnetischen Eigenschaften in ein Tier mittels einer Spritze oder im großen und ganzen ähnlichen Vorrichtung. Siehe im allgemeinen Jefferts et al. U. S. Patent Nr. 3,128,744, 4,233,964, 3,820,545 und 3,545,405.
Die Präsenz oder das Vorhandensein eines Tieres, das einen Splitter oder Span eines Drahtes in sich implantiert enthält, kann durch eine induktive Spule oder ähnliches automatisch detektiert werden; jedoch kann das Tier bei einer solchen Anordnung nicht spezifisch oder bestimmt identifiziert werden. Somit ist es nicht möglich, die Bewegungen eines individuellen Tieres, sondern nur einer großen Anzahl von ihnen aufzuzeichnen. Jefferts et al. U. S. Patent Nr. 4,233,964 zeigt ein ähnlich implantiertes Abzeichen, das in seiner äußeren Oberfläche Rillen ausgebildet enthält, so daß ein individuelles Tier durch Röntgen und Analysieren des Rillenmusters identifiziert werden kann. Dies ist im Gebrauch offensichtlich ein schwer handzuhabendes System und eignet sich nicht selbst ohne weiteres zum automatischen Überwachen der Bewegungen von bestimmten Tieren.
Der Stand der Technik umfaßt auch Antwortgeräte, die eine Indikation oder Feststellung der Identität eines bestimmten Tieres auf eine Abfrage durch eine automatische Abfragevorrichtung hin schaffen. Die Tieridentifikation erfordert somit keinen Bedienereingriff. So Hanton et al. im U. S. Patent Nr. 4,262,632, das ein Antwortgerät zum Zurückhalten oder Zurückbleiben im zweiten Magen eines wiederkäuenden Tieres zeigt. Das Antwortgerät nach Hanton et al. ist darauf ausgerichtet, von einem Abfragegerät abgefragt zu werden, die gesamte Betriebsleistung von dem Abfragegerät mittels einer induktiven Kopplung zu erhalten, und in Abhängigkeit von der Abfrage ein Identifikationssignal zu übermitteln. Hanton et al. lehrt ferner, daß solch ein Antwortgerät für die Haltbarkeit, einem weiteren wichtigen Aspekt von Vorrichtungen dieses Typs, geeignet in Glas eingekapselt werden kann. Jedoch ist das Antwortgerät nach Hanton et al. mit ungefähr dreiviertel Inches (1,91 cm) im Durchmesser bei 3 Inches (7,62 cm) Länge angegeben. Ein solches Antwortgerät kann in einem Tier nur durch einen chirurgischen Eingriff oder indem das Tier veranlaßt wird, es zu schlucken, z. B. durch Verwendung einer herkömmlichen veterinären "Kugelkanone" (Engl. "balling gun"), implantiert werden. Ein derartiges Antwortgerät ist nicht zur Verwendung im Zusammenhang mit wild lebenden Tieren geeignet, da es übermäßig kompliziert sein würde, diese eingriffe oder Verfahren auf eine große Anzahl von Tieren, wie Fischen, anzuwenden, deren Wanderungsform oder -muster studiert werden sollen. Das Antwortgerät nach Hanton et al. ist nicht nur zu groß für eine geeignete Implantation mittels einer Spritze oder einer automatischen Maschine, wie in einigen der Patente von Jefferts et al. gezeigt ist, sondern es ist physikalisch zu groß, um in ein relativ kleines Tier, wie einen Fisch, eine Labormaus oder ähnliches, implantiert zu werden.
Es besteht daher ein Bedarf in der Technik nach einem Antwortgerät, das klein genug ist, um in ein relativ kleines Tier, wie einen Fisch, einspritz- oder maschinen-implantiert zu werden, und das außerdem eine Identifikation des individuellen Tieres liefert, wenn es durch ein passendes Abfragegerät abgefragt wird, so daß die Bewegungen von individuellen Tieren mittels Abfragegeräten studiert werden können, die die Position des Tieres ohne den Eingriff einer menschlichen Bedienperson aufzeichnen.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Antwortgerät zu schaffen, das die Identifikation eines individuellen Tieres liefert, wenn es abgefragt wird, und das außerdem klein genug ist, um in ein Tier, wie einen Fisch, einspritz- oder maschinen-implantiert zu werden.
Es wird von den Fachleuten erkannt werden, daß es wichtig ist, daß ein Antwortgerät zur Tieridentifikation in der Funktion langlebig ist, und es ist demgemäß eine Aufgabe der Erfindung, ein Antwortgerät zu schaffen, das über einen Zeitraum von Jahren dauerhaft und zuverlässig funktioniert, das außerdem einspritz-implantierbar ist, und das eine Identifikation des bestimmten Tieres liefert, wenn es abgefragt wird.
Bestimmte Antwortgeräte nach dem Stand der Technik sind zur Übertragung des Identifikationssignals von Batterien abhängig. Andere Antwortgeräte nach dem Stand der Technik werden durch das Abfragegerät selbst auf dem Weg einer induktiven Kopplung betrieben. Dies ist bei Hanton et al. gezeigt. Jedoch ist den Anmeldern weder eine Entgegenhaltung bekannt, die ein einspritz-implantierbares Antwortgerät zeigt, das geeignet ist, mittels einer induktiven Kopplung an ein Abfragegerät betrieben zu werden, noch eine, nach der das Antwortgerät zusätzlich eine Identifikation eines individuellen oder einzelnen Tieres überträgt, und dies zu schaffen ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Es ist eine wichtige Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zur Überwachung der Bewegung von individuellen, kleinen Tieren zu schaffen, um deren Wanderungsmuster oder -verhalten und ähnliches zu studieren, bei dem die Aufzeichnung der Bewegungen von individuellen oder einzelnen Tieren möglich ist, und bei dem die Daten, die die Bewegung der einzelnen Tiere aufzeichnen, ohne Eingreifen eines Bedieners zusammengetragen werden.
Abgesehen von der Tatsache, daß Antwortgeräte nach dem Stand der Technik, die Identifikationssignale übertragen, zu groß sind, um im Zusammenhang mit kleinen Tieren verwendbar zu sein, müssen sie, wenn sie im Zusammenhang mit Tieren, außer mit Wiederkäuern, verwendet werden sollen, chirurgisch implantiert werden.
Einer der bedeutenden Nachteile von chirurgischer Implantation von Antwortgeräten sind die Kosten. Ein weiterer Nachteil ist die Wahrscheinlichkeit einer Infektion, insbesondere im Falle von Wildtieren oder Haustieren, die wünschenswerterweise sofort nach dem operativen Eingriff freigelassen werden. Operative Eingriffe verunstalten auch das Tier in gewissem Grade, was im Fall von wertvollen Tieren unerwünscht ist. Operative Eingriffe sind für die Besitzer von Haustieren psychologisch traumatisch oder belastend. Aus ähnlichen Gründen ist die Identifikation von Tieren durch Ohrplaketten oder -abzeichen und ähnliches, was allgemein im Rahmen des Standes der Technik ist, im Falle von wertvollen Haustieren und Lieblingstieren unerwünscht. Derartige externe Vorrichtungen neigen ferner dazu, verloren zu werden.
Aus all diesen Gründen sucht die Technik ein neues Identifikations-Antwortgerät, das durch Spritzen oder gleichartiges ohne chirurgische Eingriffe implantierbar ist, so daß das Antwortgerät auf eine einfache und schnelle Weise implantiert werden kann, bei der die Möglichkeit einer Infektion im Vergleich zur chirurgischen Implantation außerordentlich verringert ist, und bei der die Entstellung des Tieres verglichen mit einer von einem chirurgischen Eingriff zurückbehaltenen Narbe oder der beständigen unerwünschten Präsenz eines Ohranhängers oder -etiketts oder ähnlichem auf einen nicht wahrnehmbaren Nadelstich begrenzt ist. Diese Schwierigkeiten und Mängel des Standes der Technik zugunsten einer einfachen Einspritz-Implantation eines Antwortgerätes zu beheben, das dennoch dauerhaft funktioniert, das keine Batterie benötigt, und das eine Identifikation des individuellen Tieres liefert, sind daher wichtige Aufgaben der Erfindung.
Wie oben angegeben, zeigt der Stand der Technik auch Mechanismen zum automatischen Implantieren von Identifikationsanhängern oder -plaketten in Tiere, wie Fische. Siehe dazu Jefferts' Patent Nr. 3,820,545 und Debrotnik et al.'s Patent Nr. 3,369,525. Während derartige Mechanismen scheinbar eine gewisse Nützlichkeit haben, ist es wunschgemäß berücksichtigt, ein Antwortgerät zu schaffen, das durch Verwendung einer verhältnismäßig üblichen Spritze implantierbar ist, die weniger sperrig und besser für die Verwendung im Freien geeignet ist. Insbesondere ist es eine Aufgabe eines Gesichtspunktes der Erfindung, eine Kombination aus einer konventionell abgepackten, sterilen Kanüle und einem Identifikations-Antwortgerät zu schaffen, so daß das individuelle Implantieren der Antwortgeräte in Tiere mit der gesamten benötigten Ausrüstung in einer einzigen sterilen Verpackung erreicht werden kann, die auf einer Einmal- oder Wegwerf-Basis verwendet wird; die Kanüle wird dann einfach entfernt, weggeworfen oder vernichtet. Auf diese Weise ist die Sterilität sichergestellt und die Bequemlichkeit des Bedieners oder Anwenders ist optimiert.

Übersicht der Erfindung

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Antwortgerät geschaffen, welches dazu ausgelegt ist, in ein Tier einspritz-implantiert zu werden und, sobald es implantiert ist, mit einem Abfragegerät induktiv gekoppelt zu werden, welches ein alternierendes Abfragesignal überträgt, mit: einer Spule zur induktiven Kopplung mit dem Abfragegerät und zum Übertragen eines Identifikationssignals; einer integrierten Schaltung, die mit der Spule verbunden ist; und einem nicht porösen Verkapselungselement, welches geeignet ist, die Spule und die integrierte Schaltung zur Einspritz- Implantation in ein Tier abzudichten; wobei die integrierte Schaltung eine Einrichtung zum Speichern eines Identifikationscodes, eine Einrichtung zum Übertragen eines Identifikationssignals im wesentlichen sofort nach Erfassung des Abfragesignals und eine Gleichrichtereinrichtung zum Wandeln des alternierenden, durch das Abfragegerät übertragenen und durch die Spule empfangenen Abfragesignals aufweist, und zwar in eine geeignete Form zum Speisen oder Betreiben der Schaltung in Verbindung mit der parasitären Kapazität der integrierten Schaltung, wodurch die Übertragung des Identifikationssignals ohne eine diskrete Energiespeichereinrichtung erreicht werden kann.
Bei den Ausführungen der Erfindung dient die Spule als eine Empfangsantenne zum Empfangen der Abfragesignale zum Aktivieren des Antwortgeräts und zum Empfangen von Leistung für seinen Betrieb. Dieselbe Antenne wird zum Übertragen des Identifikationssignals verwendet. Die integrierte Schaltung kann ein einzelner Komplementär-Metalloxid-Halbleiter- (CMOS-) Chip sein, der ausgestattet ist, alle Schaltungsfunktionen auszuführen, die die Detektion des Abfragesignals, die Umwandlung des empfangenen Signals in DC zum Speisen oder Betreiben der Übertragungsoperationen, die Speicherung und Bereitstellung des Identifikationscodes, die Erzeugung der Übertragungssignalfrequenz und die Modulation des übertragenen Signals gemäß dem Code und seiner Übertragung beinhalten. Die Schaltung überträgt in Echtzeit, so daß keine gesonderte Energiespeichervorrichtung erforderlich ist; die parasitäre Kapazität innerhalb des CMOS-Chips ist ausreichend. Die Schaltung teilt die Abfragesignalfrequenz durch mehrere Teiler, um zwei Frequenzen zu erzeugen, die dazu verwendet werden, ein durch Frequenz- Ein- und Ausschaltung moduliertes (Engl. "frequency-shiftkeyed"; FSK-moduliert) Ausgangssignal zu schaffen, wobei die Übertragungsfrequenz in Übereinstimmung mit dem gespeicherten Identifikationssignal variiert. Das Antwortgerät oder der Transponder kann in Glas oder einem ähnlich haltbaren Material eingekapselt sein und ist bei der bevorzugten Ausführung 10 mm (0,40 '') lang und 2 mm (0,080 '') im Durchmesser. Es kann zusammen mit einer wegwerfbaren Kanüle zur geeigneten Einspritz-Implantation in ein Tier bereitgestellt werden. Zusammen mit einer im wesentlichen herkömmlichen Abfrage- und Datenspeicherungsausrüstung wird ein komplettes Tier-Überwachungssystem geschaffen, das sowohl zum Überwachen von Wanderbewegungen von Wildtieren als auch von Labortieren, Haustieren und Viehbestand geeignet ist.
Die Erfindung wird unter Verweisung auf die zugehörige Zeichnung besser verständlich, in der:
Fig. 1 ein Gesamtsystem zum Überwachen oder Anzeigen der Bewegungen von wandernden Fischen zeigt;
Fig. 2 eine bevorzugte sterile Verpackung zur Antwortgeräte-Implantation einschließlich des Antwortgeräts nach der Erfindung zusammen mit einer wegwerfbaren, sterilen Kanüle zeigt;
Fig. 3 in schematischer Form eine Querschnittsansicht einer hypodermalen oder subkutanen Spritze zusammen mit der Kanülen-Antwortgerät-Anordnung von Fig. 2 zeigt und darstellt, wie diese Anordnung verwendet werden kann, um das Antwortgerät in einen Fisch oder ähnliches ohne die Notwendigkeit eines operativen Eingriffes oder chirurgischen Verfahrens einzuspritzen;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht der Antwortgeräte- Anordnung gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 5 eine Draufsicht der aktiven Bestandteile des Antwortgeräts nach der Erfindung zeigt;
Fig. 6 eine Seitenansicht der aktiven Komponenten des Antwortgeräts nach der Erfindung zeigt;
Fig. 7 eine Rückseitenansicht der aktiven Bestandteile des Antwortgeräts nach der Erfindung zeigt;
Fig. 8, die die Fig. 8a bis 8e enthält, bestimmte alternative Anordnungen der aktiven Elemente des Antwortgeräts nach der Erfindung zeigt;
Fig. 9 das Datencodierungs- und -kommunikationsformat zeigt, das bei der bevorzugten Ausführung der Erfindung eingesetzt wird;
Fig. 10 ein Blockdiagramm der Schaltungen des Abfragegeräts und des Antwortgeräts gemäß der Erfindung sowie bestimmte Überwachungssystem-Komponenten zeigt;
Fig. 11 ein Logik- oder Daten-Level-Diagramm der Antwortgeräteschaltung gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 12 ein genaues schematisches Diagramm der verwendeten Gleichrichtungs- oder Demodulations- und Regelungsschaltung und das einer in dem Antwortgerät der Erfindung eingesetzten Schmitt-Triggerschaltung zeigt; und
Fig. 13 die programmierbare Feldschaltung genau angibt, die den Identifikationscode speichert.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungen

Wie oben angegeben, ist eine der Aufgaben der Erfindung die Schaffung eines Antwortgeräts, das in einem Überwachungssystem zur Überwachung der Bewegungen von wandernden Tieren, wie Fischen, verwendbar ist. Große wandernde Populationen oder Gesamtzahlen erfordern, daß die verwendeten Antwortgeräte aus Gründen der Kosten und Zuverlässigkeit relativ einfach aufgebaut und sehr leicht implantierbar sind. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein derartiges Überwachungs- oder Anzeigesystem zu schaffen, bei dem die Bewegungen von individuellen oder einzelnen Tieren detektiert oder festgestellt werden können. Dies erfordert, daß das Antwortgerät eine Identifikation des einzelnen Tieres liefert, und nicht nur ein Signal liefert, das die Anwesenheit eines Tieres mit einem implantierten Antwortgerät angibt.
Fig. 1 zeigt die Hauptkomponenten des Überwachungssystems. Es ist ein Fischschwarm 10 gezeigt, der sich zwischen einer Anzahl von Abfragegeräten 12 hindurchbewegt. Einige Anteile der Fische haben in sich Antwortgeräte implantiert, die allgemein mit 14 bezeichnet sind. Die Abfragegeräte übertragen kontinuierlich ein Abfragesignal, das eine einfache Sinuswelle mit konstanter Frequenz sein kann. Wenn die Fische, die in sich Antwortgeräte implantiert haben, zwischen den Abfragegeräten 12 schwimmen, wird Energie induktiv an die Antwortgeräte 14 gekoppelt, die daraufhin einen Identifikationscode übertragen, der die Identität eines individuellen oder einzelnen Fisches angibt. Diese Signale können gemultiplext und über ein Kabel 16 zur Datenverarbeitungsanlage geleitet werden, die allgemein mit 20 bezeichnet ist. Diese kann einen Taktgeber oder eine Uhr 22 und eine Zeiterfassungs- (Engl. "time stamp") und Datenspeicherungsvorrichtung 24 enthalten, um die Identifikation eines Fisches mit der Zeit, zu der der Fisch das Abfragegerät 12 passiert hat, zu verbinden. Die Anordnung des Abfragegeräts wird üblicherweise ein Teil der gesamten ebenso erzeugten Datenaufzeichnung sein. Diese Informationen können mit den Daten, die frühere Bewegungen der einzelnen Fische angeben, und die, wie bei 26 angezeigt, gespeichert sind, und mit den Standorten kombiniert werden, an denen die Fische ursprünglich mit Antwortgeräten versehen worden sind. Eine Bericht- oder Reporterzeugungseinrichtung 28, die typischerweise ein geeignet programmierter Digitalcomputer ist, ist dann in die Lage versetzt, diese Daten in Beziehung zu setzen, um einen Bericht zu liefern, der die Bewegung der Fische angibt.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist eine Anzahl von Abfragegeräten 12 vorgesehen, und sie sind in einem relativ engen Kanal angeordnet. Es ist zu erkennen, daß die Abfragegeräte in schematischer Form gezeigt sind. Eine bevorzugte Form des Abfragegeräts enthält eine Röhre, durch die die Fische bei Wanderungsbewegungen gezwungen sind, zu schwimmen, so wie Lachse zum Laichen stromaufwärts wandern, wodurch sie gezwungen werden, Stufen oder Leitern (Engl. "ladders") hinaufzuklettern. Die Röhren können induktive Spulen um sie herumgewickelt aufweisen, die kontinuierlich Energie aussenden. Wenn ein Lachs, der in sich ein Antwortgerät implantiert hat, durch die Röhre schwimmt, veranlaßt das Abfragegerät das Antwortgerät, eine Identifikation des Fisches zu übermitteln, die dann in der Zeiterfassungs- und Datenspeicherungseinheit 24 gespeichert und zur späteren Reporterzeugung durch den Bericht- oder Reportgenerator 28 verwendet wird.
Der Reportgenerator 28 kann aus einer breiten Vielfalt von Typen sein, ausgewählt, z. B. in Übereinstimmung mit bestimmten Untersuchungserfordernissen. Zum Beispiel könnte es wünschenswert sein, zu bestimmen, in welchem Umfang einzelne Lachse in die Flüsse, in denen sie geboren oder geschlüpft sind, zum Laichen zurückkehren. Wenn einzelne Lachse gefangen und mit Antwortgeräten gekennzeichnet werden, die imstande sind, ihre individuellen Identitäten in einem bestimmten Jahr zu übersenden oder übertragen, könnte ihre spätere Rückkehr automatisch durch das in Fig. 1 gezeigte System detektiert werden. Dies kann aufschlußreich mit einem System verglichen werden, bei dem ein Fisch mit einem Symbol gekennzeichnet oder markiert wurde, das von einer Bedienungsperson oder einem Anwender erkennbar ist. Dies erfordert, daß die Bedienungsperson den Fisch ein zweites Mal fängt, um die Markierung oder das Abzeichen zu lesen. Entsprechend dem in Fig. 1 gezeigten System braucht die Bedienungsperson den Fisch nur ein erstes Mal fangen, wobei bei diesem Mal ein Antwortgerät in das Tier einspritz-implantiert wird; danach kann die Datenerzeugung und die Report- oder Berichterzeugung völlig automatisiert werden.
Wie oben dargelegt, zeigt der Stand der Technik eine Anzahl von Antwortgeräten, von denen einige, sowie jene im Patent von Hanton et al. gezeigten, geeignet sind, ein Identifikationssignal zu übersenden, das die Identität eines bestimmten Tieres angibt. Jedoch sind alle dem Anmelder bekannten Antwortgeräte nach dem Stand der Technik, die diese Fähigkeit haben, viel zu groß, um in kleine Tiere, wie Fische, implantiert oder eingesetzt zu werden, und erfordern chirurgische Implantation oder Schlucken durch das Tier. Die chirurgische Implantation wirft viele Schwierigkeiten auf. Die Kosten stehen an der Spitze; jedoch wird eine weitere Schwierigkeit durch die Wahrscheinlichkeit von Infektionen aufgeworfen, insbesondere wo das Tier unmittelbar nach der Implantation in die Wildnis zurückgelassen wird, was natürlich, wenn es überhaupt möglich ist, besonders wünschenswert ist. Entsprechend einem Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Antwortgerät vorgesehen, das einspritz-implantierbar ist. Dies vermeidet das Trauma oder die Belastung, welche(s) mit dem chirurgischen Eingriff verbunden ist, und die Wunde in dem Tier ist so klein, daß eine Infektion im wesentlichen vergleichsweise weniger gegeben ist. Weiter noch vermeidet die Einspritz-Implantation Vernarbung oder Entstellung von Haustieren und ist daher weit weniger traumatisch als chirurgische Eingriffe sowohl für die Haustiere als auch deren Besitzer und ist natürlich viel weniger entstellend als das Anbringen einer Ohrplakette oder ähnliches sein würde.
Um die Kosten des Implantierens von Antwortgeräten zu verringern, sollte die Bequemlichkeit für die Bedienperson maximiert werden, ohne die Ziele Sterilität und Minimierung von Verwundungen der Tiere zu beeinträchtigen. Fig. 2 zeigt eine Kombination einer sterilen Kanüle 30 mit einem sterilisierbaren Antwortgerät 32 gemäß der Erfindung, und wie später ausführlich dargelegt wird, bereits innerhalb des Röhrenabschnitts der Kanüle bereitgestellt. Wie gezeigt, können die Kanüle 30 mit dem darin untergebrachten Antwortgerät 32 beide zusammen in einer sterilen Verpackung 34 bereitgehalten werden; dies wird klarerweise die Bequemlichkeit der Bedienungsperson maximieren, die lediglich die Verpackung 34 zu öffnen, die Muffe der Kanüle an der Spritze anzubringen, das Antwortgerät zu injizieren und die Kanüle wegzuwerfen braucht.
Fig. 3 zeigt die Anordnung der Kanüle 30 mit dem Antwortgerät 32 darin, die zu einer Spritze 36 zusammengesetzt wurden. Ein Fluid 38, das antiseptisch und/oder antibiotisch sein kann, kann verwendet werden, um das Antwortgerät 32 in ein Tier zu treiben, wie einen Fisch, der gestrichelt oder schattiert bei F gezeigt ist, wobei gleichzeitig das Antwortgerät in das Tier getrieben oder gedrängt und die Wunde sterilisiert wird, so daß die Möglichkeit einer Infektion im wesentlichen minimiert ist. In anderen Beziehungen ist die Spritze konventionell, enthält einen Bolzen 40, der einen Kolben 42 bewegt, um das Fluid 38 und folglich das Antwortgerät 32 auf das Drücken darauf durch den Bediener in das Tier zu drängen.
Es ist zu erkennen, daß Fig. 3 als Schema zu betrachten ist, und nicht als eine Beschränkung der Erfindung. Insbesondere kann die Spritze das Antwortgerät auch einfach mittels einer Stange, die an dem Bolzen 40 angebracht ist, in das Tier F treiben oder drängen, wodurch das Fluid 38 eliminiert ist. Andere Formen der Implantation sind ebenso möglich, einschließlich der Einrichtung einer Anzahl von Kanülen-Antwortgeräte-Anordnungen in einem Magazin, das zu einer automatisch ladenden Injektionsvorrichtung geliefert wird. Die Verwendung des Ausdrucks "einspritz-implantierbar" oder Äquivalente hierin und in den zugehörigen Ansprüchen sollte daher nicht zur Beschränkung der Erfindung auf die genaue Anordnung, die in Fig. 3 gezeigt ist, herangezogen werden.
Fig. 4 zeigt eine teilweise Querschnittsdarstellung des Antwortgerätes 32 gemäß der Erfindung. Es enthält ein äußeres Verkapselungselement 50, das aus Glas gebildet sein kann, eine Spule 52, einen Integrierte-Schaltungs-Chip 54, Leitungen 56, die den Chip 54 mit der Spule 52 verbinden, und ein Trägerelement 58. Die Spule 52 ist auf einen Spulenbildner 60 aufgewickelt. Die Glasverkapselung ist bevorzugt, da Glas im Vergleich zu anderen möglichen Ver- oder Einkapselungsmaterialien, wie Plastik, nicht porös, korrosionsbeständig und für Sterilisation verwendbar ist. Die Glasverkapselung von Antwortgeräten ist in den technischen Fachkenntnissen enthalten; siehe U. S. Patent Nr. 3,935,612 von Fisher et al.
Wie oben dargelegt, ist es für die Erreichung der Aufgaben der Erfindung wichtig, daß das Antwortgerät 32 physikalisch klein genug ist, um mittels einer Spritze implantierbar zu sein, um operative Eingriffe bzw. chirurgische Verfahren zu vermeiden. Die in Fig. 4 gezeigte Anordnung hat einen Außendurchmesser zwischen 2,025 bis 2,075 mm (0,081 bis 0,083 Inch) und ist ungefähr 10,125 mm (0,405 Inch) lang. Die Spule 52 enthält 1200 Windungen von Stärke-SO- (Engl. "50-gauge") Aluminiumdraht, dessen Leiter einen Durchmesser von 25 um (0,001 Inch) hat. Der Spulenbildner 60 ist aus Ferrit gebildet und ist ungefähr 0,75 mm (0,030 Inch) im Durchmesser bei ungefähr 5 mm (0,20 Inch) Länge. Das Ergebnis ist eine Spule von ungefähr 6500 Mikro-Henry Induktivität bei der bevorzugten Abfragefrequenz von 400 kHz, und mit einem DC-Widerstand von ungefähr 250 Ohm. Der Außendurchmesser dieser Spule 52 ist ungefähr 1,575 mm (0,063 Inch) und sie paßt innerhalb des Ein- oder Verkapselungsgehäuses mit einem kleinen übrigbleibenden Rauminhalt, wie gezeigt ist. Die Spule ist sowohl zum Detektieren des Abfragesignals als auch zum Übertragen des Identifikationssignals geeignet.
Der Integrierte-Schaltungs-Chip 54, dessen Schaltung später ausführlich beschrieben wird, ist 1,13 mm (0,045 Inch) im Quadrat. Es ist eine vollständig in sich abgeschlossene oder unabhängige Einheit und enthält all die Schaltungen, die notwendig sind, um die Antwortgeräte-Funktionen aus zuführen, einschließlich des Antwortens auf das Abfragesignal, Speichern eines Identifikationscodes, Auslesen des Codes auf Abfrage, Erzeugung geeigneter Signalfrequenzen zur Frequenz-ein- und -ausschaltmodulierten Übertragung (Engl. "frequency-shift-keyed transmission"; FSK-modulierte Übertragung) des Codes zum Abfragegerät und Lieferung der geeigneten Identifikationssignalsequenz. Insbesondere sind keine Speicherkondensatoren und keine Quarzoszillatoren oder andere gesonderte Schaltungselemente erforderlich.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf die Spulen-Chip-Träger- Anordnung, wobei das ver- oder einkapselnde Glaselement 50 entfernt ist. Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht der Spulen- Chip-Träger-Anordnung und Fig. 7 zeigt eine Rückseitenansicht. Wie zu sehen ist, ist die vollständige Verbindung der Spule 52 mit dem Chip 54 durch die zwei Leitungen 56 hergestellt. Diese beiden leiten Leistung, die sie von einem Abfragegerät erhalten haben, auf dem Weg einer induktiven Kopplung zu der Spule 52 an den Chip 54 und leiten das Identifikationssignal von der integrierten Schaltung 54 zur Übertragung an das Abfragegerät zurück an die Spule 52.
Wie festgestellt werden kann, enthält der Träger 58 zwei abstehende Ohren 58a, die in ihrer Umfangsform im allgemeinen kreisförmig sind, um in eine kreisförmige Glasröhre zu passen, die zur Bildung des Verkapselungselements 50 verwendet wird. Der Träger 58 ist so geformt, daß er den Integrierte-Schaltung-Chip 54 in einer darin ausgebildeten Aussparung 58b aufnimmt, und die abstehenden Ohrenelemente 58a sind so geformt, daß sie den im allgemeinen zylindrischen Spulenbildner 60 aufnehmen, was alles im großen und ganzen in Fig. 7 gezeigt ist.
Es ist zu beachten, daß, obwohl ein Antwortgerät mit zylindrischer Form, 10 mm (0,400 Inch) lang und 2 mm (0,080 Inch) im Durchmesser beschrieben wurde, andere Formen und etwas größere oder kleinere Größen wahrscheinlich auch verwendbar oder brauchbar sind. Es ist jedoch anzunehmen, daß geeignete einspritz-implantierbare Antwortgeräte nicht mehr als 12,5 mm (0,5 Inch) lang sein sollten und einen Querschnittsbereich von nicht mehr als ungefähr 0,01 Quadratinches haben sollten. (Das 2 mm (0,080 Inch) OD oder Außendurchmesser aufweisende Antwortgerät der Erfindung hat einen Querschnittsbereich von ungefähr 1,77 mm² (0,005 Quadratinches)). Die Erfindung soll deshalb nicht auf die gezeigte genaue Ausführung beschränkt sein.
Fig. 8, die die Fig. 8a bis 8e enthält, zeigt eine Anzahl von zusätzlichen Anordnungen für die aktiven Elemente des Antwortgeräts nach der Erfindung. In Fig. 8a ist der Integrierte-Schaltungs-Chip 54 auf einem Träger 68 montiert, der wünschenswerterweise integral mit dem Spulenbildner 68a ausgebildet sein wird, um ein Teil zu eliminieren. Die Leitungen 56 verbinden den Chip mit den Spulen 52, wie gezeigt ist.
Fig. 8b zeigt eine zusätzliche Variation der in Fig. 8a gezeigten Ausführung, wobei der Spulenbildner 70a allgemein zylindrisch ist und einen Mittelbereich mit verringerter Querschnittsabmessung und größeren Endelementen 70b aufweist. Der Integrierte-Schaltungs-Chip 54 ist an einem der Endelemente 57b angebracht.
Fig. 8c zeigt noch eine weitere Variation dieses Konzepts, bei dem der Spulenbildner wieder einen Mittelbereich 72a mit verringerter Querschnittsfläche und größeren Enden 72b aufweist; in diesem Fall ist die integrierte Schaltung 54 auf einem Verlängerungselement 74 montiert, das integral mit dem Spulenbildner 72 ausgebildet oder ein gesondertes Teil sein kann, wenn es gewünscht ist.
Die Fig. 8d und 8e zeigen jeweils Seiten und Bodenansicht von noch einer weiteren möglichen Ausführung der Erfindung. In diesem Fall ist die Verbindung von der Spule 52 zu der integrierten Schaltung 54 durch zwei leitende "Spuren" 76 auf einer Seite einer Schaltungsplatte 78 gebildet, an der die Spule 52 und die integrierte Schaltung 54 montiert sind. Das Schaltungsplattenmaterial kann aus einer breiten Vielfalt von Materialien einschließlich Glas, Keramik, Plastik und Epoxyd oder Epoxydharz gewählt werden.
Bei der bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Signal, bei dem das Antwortgerät einen Identifikationscode übermittelt oder überträgt, der das bestimmte Antwortgerät und damit das Tier, in welches es implantiert ist, identifiziert, in einem Frequenz-ein- und -ausschaltmodulierten (Engl. "frequency-shift-keyed"; FSK-moduliert), Manchestercodierten (Engl. "Manchester encoded") Format. Das Übertragungs- oder Kommunikationsformat ist in Fig. 9 gezeigt, welche anhand der mit "Signal" bezeichneten Linie die Frequenz des von dem Antwortgerät übertragenen oder transmittierten und von dem Abfragegerät empfangenen oder detektierten Signals veranschaulicht. Das Signal enthält einen Synchronisationsanteil, der mit "Sync" bezeichnet ist, und einen Identifikationsdatenanteil, der mit "ID Daten" bezeichnet ist. Der "Sync"-Anteil enthält eine Einleitung oder einen Vorspann, der vier identische Bits enthält, einen niedrigen Abschnitt, während dem die Frequenz für eine Periode oder Zeitdauer niedrig bleibt, die länger als die der Bitzellen ist, wie angegeben ist, einen ähnlichen hohen Abschnitt und ein Null-Datenbit. Der tatsächliche Identifikationscode beginnt daran anschließend wie angegeben. Zum Beispiel sind fünf Datenbits, die die Sequenz "11001..." codieren, gezeigt. Wie angegeben ist, ist das Manchester- Codierungsschema so durchgeführt, daß sich für ein "Eins"- Bit die Übertragungsfrequenz während der Bitzelle von der höheren Frequenz zur niedrigeren ändert; das umgekehrte ist zutreffend für ein "Null"-Bit.
Bei der bevorzugten Ausführung beträgt die Abfragefrequenz 400 kHz und die zwei Identifikationssignal-Übertragungsfrequenzen sind 40 und 50 kHz. Die integrierte Schaltung 54 enthält Einrichtungen oder Mittel zur wahlweisen Teilung der Abfragefrequenz durch 8 und 10, um zu der gewünschten Frequenz des Identifikationssignals zu gelangen. Andere Abfragefrequenzen und Divisoren oder Teiler liegen innerhalb des Umfangs der Erfindung.
Die Fig. 10 zeigt allgemein in einem Blockdiagramm die Form des Strom- oder Schaltkreises des Antwortgerätes, das allgemein mit 32 bezeichnet ist, und jene des Abfragegerätes, das allgemein mit 12 bezeichnet ist, zusammen mit einer Speichereinrichtung 24, einer Uhr oder einem Taktgeber 22 und einer Anzeigenerzeugungseinrichtung 28, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Der Abfragegerät-Schaltkreis ist im wesentlichen so, wie in der gemeinsam beantragten anhängigen Anmeldung mit der Seriennummer 814,492, angemeldet am 30. Dezember 1985, nun U. S. Patent Nr. 4,730,188, offenbart und hierin durch die Bezugnahme aufgenommen ist. Kurz angegeben, enthält das Abfragegerät 12 eine Signalquelle 100, die eine Sinuswelle von 400 kHz erzeugt, und einen Verstärker 102. Das Abfragesignal wird an die Abfragespule 104 geliefert, welche es wie bei 106 angegeben, an die Spule 108 überträgt (entsprechend der Spule 52 der Fig. 4 bis 8), wodurch das Abfragesignal induktiv an das Antwortgerät 32 gekoppelt ist. Das von der Spule 108 empfangene Abfragesignal wird an eine einzige integrierte Schaltung 54 geliefert, in welcher es gleichgerichtet und reguliert oder angepaßt wird, wie bei 110 angegeben ist, wodurch DC-Spannung für die verbleibenden Funktionen des Chips 54 geliefert wird, wie bei 111 angegeben ist. Die anderen Funktionen des Chips 54 sind, wie erwähnt, die Identifikation des individuellen oder einzelnen Antwortgeräts zu speichern, Signale von geeigneter Frequenz zur Übertragung des Identifikationscodes zu erzeugen, und die Übertragungsfrequenz in Übereinstimmung mit dem gespeicherten Code und gemäß dem in Fig. 9 gezeigten Frequenz-ein- und -ausschaltmodulierten (Engl. "frequency-shift-keyed"; FSK-moduliert), Manchester-codierten (Engl. "Manchester encoded") Format zu modulieren. Der Chip 54 erzeugt "Signal +" und "Signal -" Signale, die geliefert werden an und übertragen werden durch die Spule 108, wie bei 106 angegeben ist. Das Identifikationssignal wird von der Spule 104 in dem Abfragegerät empfangen. Das empfangene Identifikationssignal wird zu einem Bandpaßfilter 112 geleitet, um jegliche Spuren des Abfragesignals zu entfernen. Das bandpaßgefilterte Identifikationssignal wird dann bei 114 verstärkt und bei 116 demoduliert. Dies erzeugt eine Identifikation des Tieres, welche dann bei 24 zusammen mit einer Zeiterfassung oder "Stempel zeit" von dem Taktgeber oder der Uhr 22 gespeichert werden kann, der bzw. die die Zeit angibt, zu der das Tier an dem Abfragegerät vorbei kam. Anschließend können diese Daten zur Anzeige- und Analyseeinheit, die allgemein mit 28 bezeichnet ist, für jeden gewünschten Zweck geliefert oder geleitet werden.
Fig. 11 zeigt ein Logik-Diagramm der Schaltung des Antwortgerätes gemäß der Erfindung. Die in Fig. 11 gezeigte Schaltung zeigt Logik-Gates oder -Tore und andere Schaltungselemente, die, wie von den in der Technik Erfahrenen verstanden werden wird, ohne weiteres auf einem einzigen Integrierte-Schaltungs-Chip durch Auswahl der gewünschten Einzelheiten aus einer "Zellen-Bibliothek" (Engl. "cell library") und Herstellung passender Zwischenverbindungen ausführbar sind. Die Ausführbarkeit der in Fig. 11 gezeigten Schaltung in einer einzigen integrierten Schaltung wird daher als im Erfahrungsschatz der derzeitigen Technik liegend angesehen; jedoch offenbaren die Fig. 12 und 13 in weiteren Details bestimmte Schaltungselemente, die zum Verständnis der Ausführung der Erfindung nützlich sein können.
Die in Fig. 11 gezeigte Schaltung ist an den Klemmen 120, 122, bezeichnet als "AC-Eingang" mit der Spule verbunden. Das AC-Eingangs-Signal ist natürlich das 400 kHz Abfragesignal, das von dem Abfragegerät 12 von Fig. 10 erzeugt wurde. Dieses Signal wird bei 124 gleichgerichtet und spannungsreguliert, was zur Erzeugung von stabilem DC an den Punkten VDD und VSS führt. Das AC-Eingangs-Frequenzsignal wird auch an eine Schmitt-Triggerschaltung 126 geliefert, die, wie die Fachleute wissen, eine Zeit- oder Taktverzerrung (Engl. "clock jitter") der ansteigenden Flanke der AC- Leistungs-Wellenform unterdrückt. Der Gleichrichter/Regulator 124 und der Schmitt-Trigger 126 sind in Fig. 12 ausführlich dargestellt. Die Ausgabe der Schmitt-Triggerschaltung 126 wird an eine erste Zählerschaltung 128 geliefert, die eine Anzahl von J-K-Flip-Flops enthält, die wie dargestellt verbunden sind, um das Eingangssignal durch 100 zu teilen, um ein 4 kHz Ausgangssignal zu erzeugen. Dieses Ausgangssignal definiert die Bitzellen, während derer die individuellen Bits des in Fig. 9 gezeigten Identifikationssignals übertragen werden, und wird an mehrere Logik-Gate- Elemente geliefert, die, gemäß ihrer Verbindung einen Manchester-Codierer enthalten, was alles von den in der Technik Erfahrenen leicht verstanden wird.
Der Identifikationscode wird in einem programmierbaren 40-Bit-Feld oder -Array 132 gespeichert, das nachfolgend im Zusammenhang mit Fig. 14 ausführlich beschrieben ist. Es ist mit acht Eingängen R0 bis R7 ausgestattet; diese werden durch einen zweiten Zähler 134 sequentiell geordnet, der eine Anzahl von wie gezeigt verbundenen J-K-Flip-Flops in Verbindung mit einer Anzahl von Logik-Gates oder -Toren G2 bis G9 enthält. Wenn die Logik-enthaltenden Gates G2 bis G9 und der Zähler 134 zusammen geeignete Eingaben durch Auswahl einer von acht Reihen, die je fünf Bits speichern, in das 40-Bit-Feld 132 schaffen, werden die fünf in der ausgewählten Reihe gespeicherten Bits des Identifikationscodes auf den Leitungen C1 bis C5 ausgegeben. Eines dieser fünf Bits wird dann von den Gates G11 bis G15 ausgewählt, die selbst durch einen dritten Zähler 136 sequentiell geordnet oder sequentiert werden. Der dritte Zähler 136 erzeugt auch die in Fig. 9 gezeigte Einleitungs- oder Vorspanninformation; da dies bezüglich aller Antwortgeräte das gleiche ist, ist es wie gezeigt fest verdrahtet. Im Vergleich variiert das im Gate-Feld oder -Array 132 gespeicherte Identifikationssignal von Antwortgerät zu Antwortgerät, um die Identifikation des individuellen oder einzelnen Tieres zu liefern.
Die Ausgaben oder Ausgänge der Gates G11 bis G15 werden zum Gate G16 geleitet, welches sie kombiniert und puffert oder zwischenspeichert und sie an den Manchester-Codierer 130 liefert. Das Ausgangssignal des Manchester-Codierers 130 wird zum Gate G22 geliefert, welches als seine andere Eingabe die Ausgabe des Flip-Flops 138 des zweiten Zählers 134 empfängt, getaktet vom Gate G21. Die Q&sub1; und Ausgaben des Flip-Flops 138 bestimmen, ob die Vorspann- oder Identifikationsinformation zur jeweils gegebenen Zeit gesendet wird; Q1 von 138 kontrolliert über das Gate G20 den Fluß der Vorspann- oder Einleitungsinformation, die an G20 vom dritten Zähler 136 durch das Gate G10 geliefert wird. Die Gates oder Tore G20 und G22 leiten daher die Vorspann- und die Identifikationsinformation jeweils zu den Gates G23, G24 und damit zu einem vierten Zähler 140. Der Zähler 140 dividiert das auf Leitung 143 von dem Schmitt-Trigger 126 empfangene Eingangssignal entweder durch acht oder zehn, abhängig von dem Eingang zum Flip-Flop 142, der den Divisor in Abhängigkeit vom Wert der Signalausgabe beim Gate G24 zwischen acht und zehn hin und her schaltet. Entsprechend steuern die vom Gate G24 gelieferten Daten die Frequenz des vom Zähler 140 auf Leitung 144 ausgegebenen Signals, so daß es zwischen 40 und 50 kHz ist, in Übereinstimmung mit dem oben im Zusammenhang mit Fig. 9 beschriebenen Manchestercodierten, Frequenz-ein- und -ausschaltmodulierten (Engl. "frequency-shift-keyed"; FSK-moduliert) Identifikationssignals. Dieses Signal wird an den Ausgangstreiber N1 geliefert, der dann das Identifikationssignal zur Spule leitet, die mit den Anschlüssen 120, 122 wie oben angegeben, verbunden ist. Unter der Voraussetzung, daß die Logik der Schaltung vollständig in Fig. 11 gezeigt ist, ist anzunehmen, daß zusätzliche Betriebseinzelheiten der Antwortgeräte-Schaltung den Fachleuten ohne weiteres einleuchtend sind.
Fig. 12 zeigt ausführlich den Schaltkreis des Ganzwellengleichrichters und Spannungsregulators 124 und den Schaltkreis der Schmitt-Triggerschaltung 126, die beide in Blockdiagrammform in Fig. 11 gezeigt sind. Fig. 12 zeigt auch deutlich die Spule 52 und ihre Verbindung zum Rest des Antwortgeräte-Schaltkreises. Wie in Fig. 12 gezeigt ist, ist die Spule 52 in der Mitte oder im Zentrum eines von Dioden D1 und D2 und N-Kanal-Einrichtungen M1 und M2 gebildeten Ganzwellen-Brückengleichrichters verbunden, so daß eine DC-Spannung zwischen den Punkten VDD und VSS erzeugt wird, wie gezeigt ist. Die Dioden D1 und D2 sind, wie gezeigt, Zenerdioden, um die Spannungsregelung zu erreichen, während M11 der Ausgangstreiber (N1 in Fig. 11) ist.
Der Schmitt-Triggerschaltkreis 126 enthält Transistoren M3 bis M10, die wie gezeigt verbunden sind, in einer herkömmlichen CMOS-Schmitt-Trigger-Ausführung. Das Ausgangssignal ist als "CLK" bezeichnet. Dies ist die Signaleingabe zum ersten Zähler 128 und zum Flip-Flop 142 von Fig. 11.
Wie gestrichelt bei 150 gezeigt ist, existiert ein Kondensator zwischen VDD und VSS. Die gestrichelte Darstellung dieses Kondensators bedeutet, daß damit angezeigt wird, daß der Kondensator nicht durch ein bestimmtes Schaltungselement geschaffen ist, sondern daß es die parasitäre Kapazität ist, die als ein unvermeidbarer Vorfall oder Effekt der Verwendung eines CMOS-Schaltkreises auftritt. Entsprechend eines wichtigen Gesichtspunktes der Erfindung ist eine diskrete Kapazität (Kondensator) zur Energiespeicherung für die Übertragung des Abfragesignals nicht gesondert erforderlich, da das Antwortgerät der Erfindung im wesentlichen in Echtzeit auf die Detektion eines Abfragesignals antwortet und daher keine Energie für eine anschließende Übertragung speichern braucht. Dies steht im Vergleich z. B. zu dem großen gesonderten Kondensator, der nach dem oben beschriebenen Patent von Hanton et al. erforderlich ist. Die parasitäre Kapazität 150 hilft beim Glätten der Übertragungen des Ausgangssignals von dem Brückengleichrichter, der durch die Dioden D1 bis D2 und die Transistoren M1 und M2 gebildet ist, und beim Zurückhalten von Ladung zwischen VDD und VSS während der Nulldurchgänge des AC-Leistungs-Signals. Wiederum wird angenommen, daß das Verständnis im einzelnen und die Ausführung des in Fig. 12 gezeigten Schaltkreises im Erfahrungsschatz der Technik liegt.
Fig. 13 zeigt das programmierbare Feld 132. Wie oben dargelegt wurde, enthält das Feld Speicherplatz für 40 Bits des Identifikationscodes. Jedes der Bits ist in einer einzelnen oder individuellen Zelle gespeichert, von denen jede zwei Transistoren enthält. Die 40 Zellen sind in einer 8-mal-5-Matrix angeordnet, von der die Eckelemente in Mol-%13 gezeigt sind. Wie angegeben, enthält jede der Zellen zwei Transistoren 160, 162, von denen jede durch eine schmelzbare Verbindung (Engl. "fusible link") 164 mit einer von fünf gemeinsamen Busleitungen verbunden ist, die als C1 bis C5 bezeichnet sind, während die Gates der Transistoren jeweils mit einer von Positiv- und Negativreihen-Auswahlleitungen bis R7 verbunden sind. Jeder der Transistoren 160, 162 einer jeden Zelle ist mit einer Quelle mit positivem oder negativem Potential verbunden. Bits werden in den Zellen durch Durchbrennen einer oder der anderen der Schmelzsicherungen 164 jeder Zelle gespeichert, und zwar jeweils durch Anwendung einer Überspannung darauf oder durch Laserverdampfung oder ähnliches. Danach kann jede Zelle nur positive oder negative Spannungen durchlassen, wenn sie durch Verbindung mit einer der Reihenauswahlleitungen bis R7 und einer der Spaltenauswahlleitungen C1 bis C5 abgefragt werden. Somit wird die Abfrage des programmierbaren Feldes 132 durch sequentielles Verbinden von bis R7 und C1 bis C5 erreicht; nachdem jede der 40 möglichen Kombinationen oder Verbindungen adressiert wurde, ist das vollständige Abfragesignal aus dem Feld oder Array 132 ausgelesen. Wiederum wird angenommen, daß das genaue Verständnis der Operation des Feldes 32 und seine Ausführung völlig im Erfahrungsbereich der Technik liegen. Zu beachten ist, daß es in jedem gegebenen Moment, wenn eine der Reihenauswahlleitungen bis R7 ausgewählt ist, fünf Ausgaben gibt, eine von jeder der Spaltenauswahlleitungen C1 bis C5; jene, die der abgefragten Zelle entspricht, wird durch die Gates G11 bis G15 ausgewählt, deren Operation von dem Zähler 136 (Fig. 11) geordnet oder sequentiert ist.
Eine Anzahl der oben dargelegten Vorteile des nunmehr ausführlich beschriebenen Antwortgerätes der Erfindung über den Stand der Technik kann nun besser erklärt werden.
Wie oben beschrieben wurde, ist es höchst wünschenswert, daß ein Antwortgerät, das Mittel oder Einrichtungen zur Übertragung einer Identifikation eines bestimmten Tieres enthält, geschaffen wird, welches klein genug ist, um einspritz-implantierbar zu sein. Das vorliegende Antwortgerät erreicht dieses Ziel. Es gibt verschiedene Gesichtspunkte in seiner Ausführung, welche dies möglich machen. Im Vergleich mit dem oben dargelegten, im Patent von Hanton et al. gezeigten Antwortgerät, das ebenfalls eine Identifikation eines bestimmten Tieres überträgt, wenn es abgefragt wird, ermöglicht die Vorrichtung der Anmelder eine drastische Größenreduzierung von der 18,75 mm (0,75 Inch) OD oder Außendurchmesser aufweisenden mal 75 mm (drei Inch) langen Vorrichtung von Hanton et al. auf das 10 mm (0,40 Inch) lange mal 2 mm (0,080 Inch) OD oder Außendurchmesser aufweisende Antwortgerät. Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch Eliminierung oder Weglassen einer Anzahl von gesonderten Schaltungselementen erreicht. Zu beachten ist insbesondere, daß Hanton et al. ihr Antwortgerät so beschreiben, daß es einen Kondensator zur Speicherung von Energie enthält, die auf dem Wege induktiver Kopplung an ein Abfragegerät für eine Zeitspanne erhalten wird, bis ausreichend Energie vorliegt. Hanton et al. offenbaren, daß ein Kondensator von ungefähr 1000 Mikro-Farad bei 6 V Kapazität erforderlich ist. Die Fachleute werden feststellen, daß solch ein Kondensator typischerweise viel größer ist, als das gesamte Antwortgerät der Anmelder. Durch die Schaffung einer Schaltung, die in Echtzeit überträgt, d. h. im wesentlichen sofort nach dem Beginn der Abfrage, vermeiden die Anmelder das Erfordernis, wesentliche Mengen von Energie zu speichern, und sind in der Lage, den gesonderten Kondensator als ein Schaltungselement zu eliminieren. Die beschriebene Schaltung beginnt die Übertragung des Identifikationssignals, nachdem das Abfragesignal in dem ersten Zähler 128 durch 100 geteilt wurde; wenn das Abfragesignal 400 kHz hat, 250 us nach Beginn der Abfrage. Die Ausführung der Schaltung der Anmelder in CMOS-Technologie ermöglicht ferner die insgesamte Verringerung der benötigten Leistung gemäß den allgemein geringen Leistungserfordernissen jener Schaltungsfamilie. Es wird ebenfalls zu schätzen sein, daß das System der Anmelder ein Signal nur über eine Entfernung in der Größenordnung von Inches übertragen muß, um bei Anwendungen, wie Fisch-Wanderungs-Überwachung, zu funktionieren, da die Fische gezwungen werden können, durch eine relativ enge Röhre oder Fischreuse oder ein Wehr in einer Fischleiter (Engl. "fish ladder") hindurchzuschwimmen. Im Vergleich überträgt die Vorrichtung von Hanton et al. das Identifikationssignal über Entfernungen in der Ordnung von mehreren Fuß, was natürlicherweise mehr Leistung und beträchtliche Energiespeicherkapazität erfordert.
Die Vorrichtung von Hanton et al. enthält vorzugsweise auch einen Quarzoszillator zur Erzeugung des Identifikationssignals. Es ist für die Fachleute einzusehen, daß Quarzoszillatoren allgemein nicht zur Herstellung auf demselben Chip wie eine gewöhnliche integrierte Schaltung geeignet sind, so daß mehrere gesonderte Komponenten erforderlich sind. Die Anmelder vermeiden dies durch Erzeugung ihrer zwei Übertragungsfrequenzen durch Integer-Division oder ganzzahlige Teilung des Abfragesignals durch auf der integrierten Schaltung selbst gebildete Schaltungselemente. Auf diese Weise wird das Erfordernis von zusätzlichen gesonderten Schaltungselementen zugunsten der Verwendung von Logik- Gates oder -Toren vermieden, die auf dem Chip selbst hergestellt sind. Es wird zu schätzen sein, daß die Anmelder ebenso ihr Bitzellen-Abstimmsignal aus dem Abfragesignal durch Integer-Division oder ganzzahlige Teilung davon erhalten, wodurch dieser Gesichtspunkt der Vorrichtung weiter vereinfacht wird und zusätzliche Teile, die in anderen Ausführungen erforderlich sein könnten, eliminiert werden.
Ein weiterer Vorteil der Schaltung der Anmelder wird durch die Tatsache geschaffen, daß die Vorrichtung über dieselbe Antenne, Spule 52, sowohl Leistung erhält, als auch übermittelt oder transmittiert, und dies gleichzeitig tut. Dies ermöglicht es einer einzelnen Spule, mehreren Zwecken zu dienen. Um dies zu gestatten, ist die Übertragung bei Frequenzen erforderlich, die im wesentlichen von denen des Abfragesignals verschieden sind. Dies erfordert andererseits die Vermeidung der Verwendung von LC- oder RC-Schaltungen zum Setzen oder Einstellen der Übertragungsfrequenzen. Die Tatsache, daß dies vermieden werden kann, ist ein weiterer Vorteil der Verwendung der ganzzahligen Division zur Erzeugung der Übertragungsfrequenzen durch den Anmelder. Weitere wichtige Gesichtspunkte der Erfindung werden sich zweifellos für die Fachleute herausstellen.
Während eine bevorzugte Ausführung der Erfindung beschrieben wurde, können daran zahlreiche Modifikationen und Verbesserungen gemacht werden, ohne von ihrer wesentlichen Vorstellung und Reichweite abzuweichen. Die obige Offenbarung der Erfindung soll nur exemplarisch und nicht als Begrenzung der Erfindung gelten, welche nur durch die folgenden Ansprüche begrenzt ist.

Claims

1. Antwortgerät (32), welches dazu ausgelegt ist, in ein Tier einspritz-implantiert zu werden und, sobald es implantiert ist, mit einem Abfragegerät (12) induktiv gekoppelt zu werden, welches ein alternierendes Abfragesignal überträgt, mit:

einer Spule (108; 52) zur induktiven Kopplung mit dem Abfragegerät und zum Übertragen eines Identifikationssignals;

einer integrierten Schaltung (54), die mit der Spule verbunden ist; und

einem nicht porösen Verkapselungselement (50), welches geeignet ist, die Spule und die integrierte Schaltung zur Einspritz-Implantierung in ein Tier abzudichten;

wobei die integrierte Schaltung einer Einrichtung (132) zum Speichern eines Identifikationscodes, eine Einrichtung zum Übertragen eines Identifikationssignals im wesentlichen sofort bei Erfassung des Abfragesignals und eine Gleichrichtereinrichtung (110; D1, D2) zum Wandeln des alternierenden Abfragesignals aufweist, welches durch das Abfragegerät übertragen und durch die Spule empfangen ist, und zwar in eine geeignete Form zum Speisen der Schaltung in Verbindung mit der parasitären Kapazität der integrierten Schaltung, wodurch die Übertragung des Identifikationssignals ohne eine diskrete Energiespeichereinrichtung erreicht werden kann.

2. Antwortgerät nach Anspruch 1, wobei die integrierte Schaltung (54) eine Einrichtung (136) zum Erzeugen einer identifikationssignal-Übertragungsfrequenz durch ganzzahliges Teilen der Frequenz des Abfragesignals aufweist.

3. Antwortgerät nach Anspruch 2, wobei das Verkapselungselement aus Glas ist.

4. Antwortgerät nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Verkapselungselement (50) nicht mehr als etwa 12,5 mm (0,5 inches) lang ist und eine Querschnittsabmessung von nicht mehr als 6,25 mm² (0,01 inches²) hat.

5. Antwortgerät nach einem der Ansprüche 1-4, wobei die Spule (108; 52) ausgelegt ist zum Empfangen eines Abfragesignals einer spezifizierten ersten Frequenz und zum Übertragen eines Identifikationssignals mit einer unterschiedlichen zweiten Frequenz; und wobei die integrierte Schaltung (54) ausgelegt ist zum Erzeugen eines Identifikationssignals, und zwar ansprechend auf die Erfassung des Abfragesignals und gemäß dem gespeicherten Identifikationscode.

6. Antwortgerät nach Anspruch 5, wobei die integrierte Schaltung (54) eine Einrichtung (130, G20-G24) aufweist zum Erzeugen einer Vielzahl von Identifikationssignal- Übertragungsfrequenzen durch Teilen der Frequenz des Abfragesignals durch eine Vielzahl von Teilern und zum Verändern der Frequenz der Übertragung des Identifikationssignals, und zwar ansprechend auf die Werte von Datenbits, die den gespeicherten Identifikationscode bilden.

7. Antwortgerät nach Anspruch 6, wobei die integrierte Schaltung (54) weiterhin eine Einrichtung (128) zum Definieren eines Bitzellenabstandes durch Teilen des Abfragesignals und eine Einrichtung (130) zum Synchronisieren einer Veränderung in der Übertragungsfrequenz des Identifikationssignals mit den Bitzellen aufweist.

8. Antwortgerät nach Anspruch 7, wobei die integrierte Schaltung (54) die Frequenz der Übertragung des Identifikationssignals in der Mitte der Bitzellen variiert, wobei die Richtung der Veränderung bestimmt wird in Antwort auf den Wert des individuellen Datenbits, das in eine der Zellen zu übertragen ist.

9. Antwortgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die integrierte Schaltung (54) ein CMOS-Chip ist.