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    公开号:WO1989011701A1
    申请号:PCT/CH1989/000090
    申请日:1989-05-18
    公开日:1989-11-30
    发明作者:Peter A. Neukomm
    申请人:Stiftung Hasler-Werke；
    IPC主号:G06K7-00
    专利说明:
    [0001] Abfrage- und Fernwirkgerät, Verfahren zum Betrieb und Verwendung desselben
    [0002] Die Erfindung betrifft ein Abfrage- und Fernwirkgerät, ein Verfahren zum Betrieb und die Verwendung desselben entsprechend den unabhängigen Ansprüchen.
    [0003] Kontaktlos arbeitende Abfrage- und Fernwirkgeräte sind bekannt. So beschreibt beispielsweise die Schrift US 4 075 632 eine Abfrage- und Detektiereinrichtung, die sich aus zwei getrennten Teilgeräten zusammensetzt. Das eine Teilgerät umfasst eine eigenresonante Dipolantenne, an deren Klemmen eine HF-Gleichrichterschaltung für die Stromversorgung eines Messwert-Senders und eines digital betriebenen Belastungs-Umschalters angeschlossen ist. Das andere Teilgerät weist eine Richtantenne auf, die eine unmodulierte HF-Trägerwelle in Richtung zur genannten Dipolantenne ausstrahlt. Die letztere Antenne verursacht durch die Wirkung des Belastungs-Umschalters eine schwache, modulierte Rückstrahlung, die beim anderen Teilgerät durch eine Empfangsantenne aufgefangen wird. Nach einer Methode, die denjenigen der Radartechnik ähnelt und bei der die Phase zwischen der abgestrahlten HF-Trägerwelle und der empfangenen Rückstrahlung eine Rolle spielt, wird diese letztere detektiert. Die weitere Verarbeitung erfolgt durch eine spezielle Emp ängereinrichtung.
    [0004] Es ist weiter bekannt, dass batterielose Geräte in Versuchstiere implantiert oder in unzugängliche, geschlossene Geräten integriert werden. In diesen Fällen ersetzt eine drahtlose, meist induktive Fernspeisung die Batterie und ermöglicht auf diese Weise eine zeitlich kaum begrenzte Einsatzzeit. Derartige Geräte weisen jeweils eine Antenne oder Spule auf, die dem von aussen angelegten Wechselfeld laufend Energie entzieht. Die Einrichtung nach der genannten US-Schrift arbeitet mit grossen Antennen und bei relativ grossen Abständen zwischen den beiden Teilgeräten im elektromagnetischen Fernfeldr was für mancherlei Anwendungen unerwünscht ist. Insbesondere ist die Einrichtung nicht geeignet zum Implantieren in ein Versuchstier. Hierbei spielen die Grosse, Antennen- Verstimmungen, Streustrahlungen, mangelnde HF-Entkopplung u.a. eine wesentliche Rolle.
    [0005] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Methode anzugeben, wie Messeinrichtungen oder ähnliches, die unzugänglich angeordnet sind, kontaktfrei und sicher abfragbar bzw. beeinflussbar sind. Insbesondere soll sich diese Methode eignen für Langzeit-Üntersuchungen in lebenden Organismen. Sie soll aber auch geeignet sein zur alltäglichen Verwendung von jedermann in handlicher Form, z.B. in Kartenform.
    [0006] Die Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche geben Ausgestaltungen der Erfindung an.
    [0007] Im folgenden wird die Erfindung anhand von fünf Figuren beispielsweise näher beschrieben. Es zeigen:
    [0008] Fig. 1 - Blockschaltbild eines Abfrage- und Fernwirkgerätes Fig. 2 - Trägerwelle, Signal-Strom und modulierte Feldstärke Fig. 3 - Zusammenhang zwischen Signal und ünterträgerfrequenz Fig. 4 - detaillierteres, zweites Blockschaltbild des
    [0009] Abfrage- und Fernwirkgerätes Fig. 5 - Schematische Darstellung eines Abfrage- und
    [0010] Fernwirkgerätes mit mehreren Teilgeräten.
    [0011] Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Abfrage- und Fernwirkgerätes AFG. Dieses umfasst zwei Teilgeräte A und B, die voneinander galvanisch und räumlich mehr oder weniger weit getrennt sind und die über je eine Antennenanordnung 1 bzw. 11 miteinander in Wechselwirkung stehen, was durch einen geknickten Pfeil 2 symbolisiert ist.
    [0012] Das erste Teilgerät A weist neben seiner Antennenanordnung 1 einen HF-Generator 4, eine HF-Zuleitung 3 zur Verbindung des Generators 4 und der Antennenanordnung 1 und einen HF- Demodulator 56 auf. Hierzu kommen als externe Einheiten eine Speiseeinheit 58, z.B. eine Batterie, zum Speisen des HF-Generators 4, eine Diskriminator- und Signal¬ verarbeitungseinheit 8 sowie eventuell eine Befehlsgebereinheit 60.
    [0013] Das zweite Teilgerät B weist neben seiner Antennenanordnung 11 einen HF-DC-Konverter 14, einen spannungsgesteuerten Widerstand 16 und einen Modulator 62 auf. Hierzu kommen als externe Einheiten ein Signalgeber 19, beispielsweise ein Messwertwandler, der eine Temperatur in eine Spannung wandelt, und eventuell eine Befehlsempfängereinheit 27.
    [0014] Das Abfrage- und Fernwirkgerät AFG arbeitet wie folgt: Der HF-Generator 4 erzeugt laufend eine nichtmodulierte Schwingung mit einer annähernd konstanten Frequenz von z.B. 27 MHz. Diese Frequenz wird im folgenden als Trägerfrequenz TF bezeichnet. Aufgrund der genannten Schwingung entsteht auf der Zuleitung 3 eine TF-Welle, die als fortlaufende Welle vom HF-Generator 4 zur Antennenanordnung 1 und als rücklaufende Welle von der Antennenanordnung 1 zurück zum HF-Generator 4 läuft. Die Antennenanordnung 1 ist so ausgebildet, dass sie für die Trägerfrequenz TF eigenresonant ist und einen erheblichen Teil der bei der Antennenanordnung 1 ankommenden Leistung der fortlaufenden Welle abstrahlt. Fig. 2 zeigt in Zeile a die abgestrahlte Welle der Trägerfrequenz TF.
    [0015] Die Antennenanordnung 11 des zweiten Teilgerätes B ist ebenfalls eigenresonant für die Trägerfrequenz TF und empfängt einen Teil der abgestrahlten HF-Leistuny. Im HF-DC- Konverter 14 wird hieraus ein Gleichstrom l bei etwa konstanter Spannung U erzeugt. Ein Teil dieses über die Verbindungsleitung 15 fliessenden Stromes i durchfliesst den spannungsgesteuerten Widerstand 16. Der Rest dient zum Speisen des Modulators 62, des Signalgebers 19 und eventuell des Befehlsempfängers 27.
    [0016] Der Signalgeber 19 ermittelt über eine Mess-Sonde den Wert eines zu messenden Zustandes, z.B. eine Temperatur und gibt an seinem Ausgang ein Signal S ab, insbesondere, eine dem jeweiligen Messwert zugeordnete Spannung. Der Modulator 62 wandelt dieses jeweilige Signal S in eine zugeordnete Unterträgerfrequenz f um. Fig. 3 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Signal S und der Unterträgerfrequenz f, der aus messtechnischen Gründen bevorzugt linear ist. Die mittlere Unterträgerfrequenz ist als Nominalfrequenz fr, angegeben, um welche die jeweilige aktuelle Unterträgerfrequenz in einem gewissen Bereich schwankt. Nach dem internationalen IRIG- Standard (Inter-Range Instrumentation Group) ist dabei eine Schwankungsbreite 2*Δf von etwa ± 7,5% der Normfrequenz fn nicht zu überschreiten.
    [0017] Die ünterträger-Nominalfrequenz f„ ist gegenüber der Trägerfrequenz TF niederfrequent und liegt vorzugsweise im Kilohertz-Bereich. Die jeweils aktuelle ünterträgerfrequenz f entspricht wie beschrieben dem Signal S und ist damit Träger der zu übertragenden bzw. der abgefragten Informatio .
    [0018] Durch den Modulator 62 und den ihm nachgeschalteten, spannungsgesteuerten Widerstand 16 wird die Stärke des Stromes i sinusförmig mit der jeweiligen Unterträgerfrequenz f variiert. (Fig. 2, Zeile b.) Die Stromschwankungen bilden dabei eine Amplitudenmodulation mit konstanter Modulationstiefe und der jeweiligen, die Information tragenden ünterträgerfrequenz f.
    [0019] Der in der beschriebenen Weise a plitudenmoduliαrte Strom I stellt für die zweite Antennenanordnung 11 eine sinusförmig schwankende Energiesenke dar, welche die Antennenanordnung 11 entsprechend belastet und die Feldstärke des Trägerfrequenzwelle in der Nähe der Antenne 111 absorptionsmoduliert. Fig. 2, Zeile c zeigt die auf diese Weise modulierte Feldstärke in der Nähe der Antennenanordnung 11.
    [0020] Die mit der jeweiligen Unterträgerfrequenz f schwankende Belastung wirkt zurück zur ersten Antennenanordnung 1 des ersten Teilgerätes A und beeinflusst vor allem die auf der HF-Zuleitung 3 rücklaufende Welle. Der HF-Demodulator 56 detektiert die Schwankungen dieser rücklaufenden Welle und gibt an seinem Ausgang ein Sinusignal mit der jeweiligen Unterträgerfrequenz f ab. Die Diskriminator- und Signalverarbeitungseinheit 8 ermittelt hieraus unter Verwendung des Zusammenhangs von Fig. 3 das Signal S bzw. den vom Signalgeber 19 ermittelten Wert des gemessenen physikalischen Zustandes. Dieser Wert kann dann entweder analog oder digital aufgezeichnet oder als Ausgangssignal SS ausgegeben werden.
    [0021] Bei der beschriebenen Arbeitsweise wird vorausgesetzt, dass die beiden Antennenanordnungen 1 und 11 in Kopplung stehen. Hierunter wird eine so starke Wechselwirkung verstanden, dass die Rückwirkung auf die rücklaufende Welle durch den HF-Demodulator 56 detektierbar ist. Eine solche Kopplung besteht nicht, wenn sich die zweite Antennenanordnung 11 im Fernfeld des von der ersten Antennenanordnung 1 abgestrahlten Feldes befindet. Eine solche Kopplung besteht dagegen in ihrem Nahfeld, also vorwiegend bei relativ geringem räumlichen Abstand beider Antennenanordnungen 1 und 11.
    [0022] Die beim Betrieb des Abfrage- und Fernwirkgerätes AFG entstehende Streustrahlung kann mit einem nicht gezeigten, konventionellen AM-Empfänger (Amplitudenmodulation) empfangen und demoduliert werden. Das hierbei entstehende Ausgangssignal lässt sich ebenfalls in einem Diskriπinator entsprechend der Einheit 8 auswerten.
    [0023] Die eventuell vorhandene Befehlsgebereinheit 60 ermöglicht eine Modulation der Trägerfrequenz TF an deren Quelle, d.h. im HF-Generator 4. Diese Modulation kann im zweiten Teilgerät B empfangen und von der Befehlsempfängereinheit 27 ausgewertet werden, so dass zum Beispiel ein nicht gezeigter, nachgeschalteter Aktuator aktiviert oder sonstwie beeinflusst werden kann. Es ist somit möglich, mit dem Abfrage- und Fernwirkgerät AFG Information in beiden Richtungen, d.h. vom zweiten B zum ersten Teilgerät A und umgekehrt vom ersten A zum zweiten Teilgerät B zu übertragen.
    [0024] Fig. 4 zeigt ein detaillierteres, weiteres Blockschaltbild des Abfrage- und Fernwirkgerätes AFG. Im Bild links unten ist das erste Teilgerät A dargestellt. Dessen Antennen¬ anordnung 1 setzt sich aus einer Schleifenantenne 101 und einem zugeordneten Anpassnetzwerk 102 zusammen. Der Durchmesser der Antenne 101 beträgt beispielsweise 10 cm und entspricht damit bei der genannten Trägerfrequenz TF von 27 MHz nur einem Bruchteil der zugehörigen Wellenlänge. Das Anpassnetzwerk 102 ist so ausgebildet, dass sich die genannte Eigenresonanz der Antenennanordnung 1 für die Trägerfrequenz TF ergibt.
    [0025] Die HF-Zuleitung 3 ist eine Zweidrahtleitung. Ausgebildet als Koaxialleitung kann sie ohne weiteres 100 m lang sein, also eine sehr erhebliche Länge aufweisen.
    [0026] Der HF-Demodulator 56 ist ausgebildet als ein Richtkoppler 5 mit einer nachgeschalteten Detektordiode 6. Der Richtkoppler 5 ist so an die eine Ader der HF-Zuleitung 3, z.B. den Innenleiter des genannten Koaxialkabels, angekoppelt, dass die rücklaufende Welle abgetastet wird. (In den Figuren 4 und 5 ist das Symbol für den Richtkoppler versehentlich richtungsfalsch gezeichnet.) Die Detektordiode 6 ist eine HF-Diode zur Trennung der Unterträgerfrequenz f von der Trägerfrequenz TF.
    [0027] Die Antennenanordnung 11 des zweiten Teilgerätes B umfasst ebenfalls eine Schleifenantenne 111 mit einem zugeordneten Anpassnetzwerk 112. Das letztere setzt sich aus zwei Kondensatoren 20, 21 zusammen, von denen der eine (20) als Parallelkapazität die beiden Anschlüsse der Schleifenantenne 111 verbindet und der andere (21) als Ankopplungskapazität und Gleichstromsperre dient. Die Dimensionierung ist so gewählt, dass sich einerseits die genannte Eigenresonanz der Antennanordnung 11 für die Trägerfrequenz TF ergibt. Andererseits sollte die Kapazität des zweiten Kondensators 21 höchstens ein Drittel der Kapazität des ersten Kondensators 20 betragen. Hierdurch ergibt sich bei korrekter Belastung der Antennenanordnung 11 durch den nachgeschalteten HF-DC-Konverter 14 und die nachfolgenden Einheiten 16, 17, 62, 19 ein maximaler Energiebezug aus dem elektromagnetischen Trägerfeld. Bei Leerlauf oder Kurzschluss in den nachfolgenden Einheiten 16, 17, 62, 19 wird der Energiebezug kleiner, da sich hierbei eine wesentliche Resonanzverschiebung der Antennenanordnung 11 ergibt. Dieser Effekt ist von erheblichem Vorteil, wie weiter unten noch erklärt wird.
    [0028] Der Durchmesser der Antenne 111 ist bevorzugt etwas geringer als derjenige der Antenne 101, z.B. beträgt er 8 cm.
    [0029] Der HF-DC-Konverter 14 setzt sich aus zwei Gleichrichter¬ dioden 30, 31, zwei Ladekondensatoren 22, 24 und zwei Filterdrosseln 23, 25 zusammen. Für den Kondensator 22 gilt bevorzugt die Dimensionierungsregel , dass seine Kapazität nur so gross ist, dass der an ihm auftretende Rippel des Ladestromes zwischen etwa 10 und 20% der Spannung U an den beiden Ausgangspolen 30, 31 des Konverters 14 beträgt. Hierdurch werden die bei jeder Periode der Trägerfrequenz TF auftretenden Ladestrom-Impulse niedrig und breit, was sich vorteilhaft auf die Diodenbelastung und die Niedrighaltung von Oberschwingungen der Trägerfrequenz TF auswirkt. Die beiden Filterdrosseln 23, 25 bilden zusammen mit dem Kondensator 24 ein LC-Filter zum Glätten der an den Ausgangspolen auftretenden Spannung U bzw. zur Unterdrückung der verbleibenden Hochfrequenzanteile. Der HF-DC-Konverter 14 bildet damit eine Einheit, die einen hohen HF-DC- Konversions-Wirkungsgrad aufweist, die höhere Amplituden von OberSchwingungen der Trägerfrequenz TF wirkungsvoll verhindert und die eine HF-entkoppelte Spannung- U abgibt.
    [0030] Die Verbindungsleitung 15 zwischen dem HF-DC-Konverter 14 und dem Spannungsgesteuerten Widerstand 16 unterliegt keinen besonderen Anforderungen, da es sich bei ihr im wesentlichen um eine Gleichstromleitung handelt. Ihre Länge kann von wenigen Zentimetern bis zu einigen Metern betragen. Bevorzugt ist sie verdrillt, um Störungen von aussen abzuwehren.
    [0031] Ueber die Verbindungsleitung 15 von den beschriebenen Einheiten abgesetzt sind der spannungsgesteuerte Widerstand 16, ein Spannungsregulator 17, der Modulator 62 und der Signalgeber 19.
    [0032] Der Widerstand 16 ist beispielsweise als npn-Transistor mit einer geeigneten Beschaltung zur Linearisierung und Temperaturkompensation ausgebildet. Der Modulator 62 ist ein spannungsgesteuerter Oszillator VCO (Voltage Controlled Oscillator) und der Signalgeber 19 setzt sich wie beschrieben aus einer Mess-Sonde und einem Messwandler zusammen, ausgebildet für die jeweilige Messaufgabe.
    [0033] Der Oszillator des Modulators 62 ist ausgebildet für die Normfrequenz fn (Fig. 3). Er variiert in Abhängigkeit vom Signal S bzw. der vom Signalgeber 19 abgegebenen Mess- Spannung seine Unterträgerfrequenz f in der beschriebenen Weise. Mit der jeweiligen Unterträgerfrequenz f steuert er den Widerstand 16. Dies bedeutet eine smusförnige Modulation des durch den Widerstand 16 fliessenden Stromes i mit der jeweiligen Unterträgerfrequenz f bei konstanter Modulationstiefe, wie sie anhand von Fig. 2 beschrieben wurde .
    [0034] Zur Verminderung der Störabhängigkeit ist es schliesslich noch vorteilhaft, wenn in der Diskriminator- und Signalverarbeitungseinheit 8 ein Bandpassfilter enthalten ist, das nur den Bereich der übertragenen Unterträger¬ frequenz f passieren lässt.
    [0035] Fig. 5 zeigt schematisch ein Abfrage- und Fernwirkgerät AFG, das zusätzlich zum bisher besprochenen ersten (A) und zweiten Teilgerät B weitere Teilgeräte C, D, E aufweist. Diese weiteren Teilgeräte entsprechen im wesentlichen dem zweiten Teilgerät B, jedoch verwendet jedes einen zugeordneten, anderen Frequenzbereich für seine Nominal- Unterträgerfrequenz fB bis fD. Diese Frequenzen sind bevorzugt nach dem genannten IRIG-Standard gestaffelt, so dass die Unterträgerfrequenzen fB bis fD und ihre Oberschwingungen sich gegenseitig kaum stören können. Zur geringen gegenseitigen Beeinflussung trägt weiter die sinusförmige Modulation bei, da bei dieser keine bzw. nur geringe Oberschwingungen auftreten.
    [0036] Jedes der Teilgeräte B bis D bildet eine vollständig unabhängige, in sich geschlossene Einheit. Jede der Antennanordnungen 11B bis HD muss jedoch in der genannten Kopplung mit der Antennenanordnung 1 des ersten Teilgerätes A stehen. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn alle Antennen 111B bis 111D in zueinander eng benachbarten Ebenen angeordnet werden, d.h. sozusagen flächengleich übereinander gelegt werden. Bei der genannten Dimensionierung ergibt sich dann eine gleichmässige Energieverteilung auf alle Teilgeräte B bis D, d.h. jede der Antennen 111B bis 111D absorbiert dann etwa die gleiche HF-Leistung.
    [0037] Falls eine unterschiedliche Energieverteilung gewünscht wird, kann dies durch unterschiedliche Antennengrössen , durch Ändern des Kopplungsfaktors und/oder durch geeignete, zusätzliche Elemente im Anpassnetzverk 112 auf einfache Art erreicht werden.
    [0038] Bei der anhand von Fig. 4 erläuterten Dimensionierung des jeweiligen Anpassnetzwerkes 112 und der sinusförmigen Modulation des jeweiligen Konstantspannungs-Stromes i stören sich die Teilgeräte B bis D gegenseitig kaum, so dass ein echter frequenzmultiplexierter Betrieb möglich .ist. Dieser ermöglicht die gleichzeitige Ueberwachung verschiedener physikalischer Grossen. Das genannte Bandpassfilter in der Diskriminator- und Signalverarbeitungseinheit 8 wird dabei vorteilhaft auf die verschiedenen Frequenzbereiche so abgestimmt, dass nur die ünterträgerfrequenzen fB bis fD passieren können.
    [0039] Die geringe gegenseitige Beeinflussung der Teilgeräte B bis D ändert sich auch nicht, wenn eines der Teilgeräte B bis D einen internen Kurzschluss oder eine interne Stromunterbrechung erleidet. Die genannte, hierbei auftretende Verstimmung der jeweils zugeordneten Antennenanordnung 11 bewirkt dies. Diese Eigenschaft ist sehr wichtig, wenn die Teilgeräte unzugänglich untergebracht sind, z.B. wenn sie in einem lebenden Organismus implantiert sind.
    [0040] Statt des genannten frequenzmultiplexierten Betriebes von mehreren parallel betriebenen Teilgeräten B bis D kann natürlich auch ein zeitmultiplexierter Betrieb vorgesehen werden, insbesondere ein gesteuerter Start/Stopp-Betrieb. Weiter kann auch ein einzelnes Teilgerät, z.B. das Gerät B, mehrere angeschlossene Signalgeber 19 seriell abfragen.
    [0041] Aufgrund der langen Verbindungsleitungen 15 können durch die Teilgeräte B bis D gleichzeitig räumlich recht verschiedene Gebiete mit Signalgebern 19 versehen werden. Gleichzeitig können durch diese Geber bzw. Messwertwandler 19 verschiedene physikalische Grossen wie Temperatur, Druck, Taktfrequenz usw. erfasst werden.
    [0042] Wird bei einem der Teilgeräte B bis D ein Befehlsempfänger 27 angeordnet, dann kann über diesen Empfänger eine Aktion ausgelöst werden, z.B. ein Sensor aktiviert werden.
    [0043] Insgesamt sind folgende Kommunikationsfälle mit dem Abfrage- und Fernwirkgerät AFG lösbar:
    [0044] - Informationsübertragung von einem oder von mehreren Teilgeräten B bis D zu einer gemeinsamen Auswertestation, d.h. der Diskriminator- und Signalverarbeitungseinheit 8.
    [0045] - Informationsübetragung vom ersten Teilgerät A zum zweiten B bzw. einem weiteren Teilgerät C bis D. Hierzu sind der Befehlsgeber 60 und der Befehlsempfänger 27 notwendig.
    [0046] - In ormationsübertragung vom zweiten B oder einem weiteren Teilgerät C bis D zu einem anderen dieser Teilgeräte, indem das erste Teilgerät A als Energielieferant und Vermittler zwischengeschaltet wird.
    [0047] - Informationsübertragung vom zweiten Teilgerät B zu einem entfernten AM-Empfänger unter Verwendung der von den Antennenanordnungen 1, 11 ausgehenden Streustrahlung.
    [0048] Anstelle der beschriebenen Modulation mit den Unterträgerfrequenzen f sind auch andere Signalcodierungen möglich, z.B. PCM-Codierungen (Puls Code Modulation) . Weiter kann die Hoch requenz-Amplitudenmodulation durch eine entsprechende Phasenmodulation ersetzt werden.
    [0049] Im HF-Denodulator 56 lässt sich die Detektordiode 6 durch einen Phasendiskrimmator ersetzen.
    [0050] Das Abfrage- und Fernwirkgerät AFG ist kostengünstig, weitgehend störsicher gegen fremde Funksignale und sonstige Störungen, robust und weitgehend ausfal 1sicher . Es kann ein- oder mehrkanalig bei üebertragungsstrecken bis zu 1 m eingesetzt werden (bei den angegebenen Dimensionen und Werten) und erlaubt dauernde oder beliebige, stichprobenartige Abfragen und Deberwachungen über Zeiträume von vielen Jahren. Es eignet sich daher beispielsweise für Anwendungen, bei denen eine Implantation in einen organischen, lebenden Körper erforderlich ist. Bei der genannten Trägerfrequenz TF von 27 MHz kann organisches, tierisches Gewebe von 5 und mehr Zentimetern bei Sendeleistungen von nur 1 W einwandfrei überwunden werden. Allgemein sollten bei Anwendungen in organischen Geweben kein Trägerfrequenzen TF über 50 MHz verwendet werden, da für höhere Frequenzen die Leistungsdichte mit zunehmender Tiefe im Gewebe zu rasch abnimmt. Weiter ist es bei Anwendungen in organischem Gewebe vorteilhaft, wenn die Antenne 101 des ersten Teilgerätes A als elektrisch abgeschirmte Schleifenantenne ausgebildet ist, da eine solche Antenne in ihrem Nahbereich ein vorwiegend magnetisches Wechselfeld aufbaut und weniger verstimmt wird.
    [0051] Wegen der unvermeidlichen Körperbewegungen und den damit gekoppelten, mechanischen Schwingungen der Schleifenantennen 101, 111 sollten zu geringe ünterträgerfrequenzen f vermieden werden. Zu bevorzugen sind Frequenzen f im genannten Kilohertz-Bereich.
    [0052] Die Antenne 101 wird mit Vorteil aussen an der Haut des lebenden Körpers, d.h. eines Versuchstieres befestigt. Die Energiezufuhr kann dann über die genannte lange HF-Zuleitung 3 erfolgen, was der Bewegungsfreiheit des Tieres einen erheblichen Spielraum gibt. In anderer Version kann die Speiseeinheit 58 in Form einer Batterie zusammen mit dem ersten Teilgerät A direkt auf dem Tier angeordnet werden. In diesem Fall ist es notwendig, die empfangenen Daten entweder in der Diskriminator- und Signalverarbeitungs- einheit 8 zu speichern oder die Streustrahlung mit einem konventionellen AM-Eπpfänger (Amplitudenmodulation) aufzufangen und per Funk der Diskriminator- und Signalverarbeitungseinheit 8 zuzuführen.
    [0053] Wegen eventueller Verstimmungen der Antennenanordnungen 11 durch das umgebende organische Gewebe ist es wichtig, dass die Trägerfrequenz TF variierbar und die Antennenanordnung 1 auf die jeweilige Trägerfrequenz TF abstimmbar ist. Diese Forderung ist durch den HF-Generator 4 und das Anpassnetzwerk 102 einfach zu erfüllen.
    [0054] Als weitere Anwendungen sind solche zu nennen, bei denen das zweite Teilgerät B und der angeschlossene Signalgeber 19 in einem ortsfesten Träger unzugänglich eingebettet sind. Hier ist zum Beispiel zu denken an die Einbettung in Beton¬ elemente zur Ueberwachung von z.B. Korrosion, Feuchte, Temperatur, pH-Wert usw., angewendet beispielsweise bei Brücken und Staudammen.
    [0055] Als dritte Kategorie von Anwendungen sind solche zu nennen, bei denen eine kontaktlose Karte abgefragt oder beeinflusst werden soll oder bei denen umgekehrt eine derartige Karte als schlusselähnliches Element dient. Im besonderen handelt es sich um Karten, die mit einer Zugangskontroll-Einrichtung zusammenwirken oder um Kredit- und Scheckkarten. Hierbei beinhaltet ein kartenförmiges Tragerelement jeweils wenigstens ein vollständiges zweites Teilgerät B einschliesslich eines Signalgebers 19, der dann beispielsweise als abfragbarer Digitalspeicher ausgebildet ist.
    [0056] Als vierte Kategorie von Anwendungen sind Raum- Ueberwachungen zu nennen, bei denen die erste Antenne 101 eine erhebliche Grosse aufweist, z.B. 3 m Durchmesser. Hierbei umfasst das Nahfeld ein erhebliches Volumen, z.B. einen Raun, der zum Betreten eine Zutrittsberechtigung erfordert. Diese Berechtigung wird durch das zweite Teiigerat B gegeben, welches die zutrittsberechtigte Person mitfuhrt, und welches das erste Teiigerat A über die Berechtigung informiert. Hierbei kann auch ein zusätzlicher AM-Empfänger verwendet werden, der die im Nahfeld der Antennenanordnung 1 auftretende Streustrahlung empfängt und auswertet.
    [0057] Jede der Anwendungen des Abfrage- und Fernwirkgerätes AFG zeichnet sich insgesamt dadurch aus, dass ein galvanisch nicht zugängliches Teilgerät B bis D abgefragt wird, welches keine eigene Energieversorgung aufweist, dass im Nahfeld einer HF-Energie abstrahlenden ersten Antennenanordnung 1 gearbeitet wird und dass die Rückwirkung durch Absorptionsmodulation insbesondere über die gleiche Antennenanordnung 1 erfolgt.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1. Abfrage- und Fernwirkgerät (AFG), umfassend ein erstes (A) und ein zweites Teilgerät (B), welche Teilgeräte (A, B) voneinander galvanisch getrennt sind und über Antennenanordnungen (1, 11) miteinander in Wechselwirkung stehen,
    • wobei das erste Teilgerät (A) einen HF-Generator (4) zur Erzeugung einer konstanten Trägerfrequenz (TF), eine HF- Zuleitung (3) zwischen dem HF-Generator (4) und der zugeordneten Antennenanordnung (1) und einen HF- Demodulator (56) aufweist,
    • wobei das zweite Teilgerät (B) einen HF-DC-Konverter (14) zur Erzeugung eines Konstantspannungs-Stromes (i), einen Modulator (62) und einen spannungsgesteuerten Widerstand (16) aufweist, und
    • wobei die Antennenanordnungen (1, 11) für die vorbestimmte Trägerfrequenz (TF) eigenresonant sind, dadurch gekennzeichnet,
    - dass jedes Teilgerät (A, B) ausschliesslich eine einzige Antennenanordnung (1, 11) aufweist, und
    - dass der HF-Demodulator( 56 ) zum Zwecke eines Signalempfangs an die HF-Zuleitung (3) angeschlossen ist.
    2. Abfrage- und Fernwirkgerät (AFG) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Antennenanordnung (1, 11) aus einer Schleifenantenne (101, 111) und einem zugeordneten Anpassnetzwerk (102 bzw. 112) besteht.
    3. Abfrage- und Fernwirkgerät (AFG) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassnetzwerk (112) des zweiten Teilgerätes (B) zwei Kondensatoren (20, 21) umfasst, von denen der erste (20) als Parallelkapazität die beiden Anschlüsse der Schleifenantenne (111) verbindet und der zweite (21) als Ankoppelkapazität und Gleichstromsperre dient, und dass die Kapazität des zweiten Kondensators (21) höchstens ein Drittel der Kapazität des ersten Kondensators (20) beträgt.
    4. Abfrage- und Fernwirkgerät (AFG) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifenantenne (101) des ersten Teilgerätes (A) als elektrisch geschirmte Antenne ausgebildet ist und einen grösseren Durchmesser als die Schleifenantenne (111) des zweiten Teilgerätes (B) aufweist.
    5. Abfrage- und Fernwirkgerät (AFG) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der HF-DC-Konverter (14) des zweiten Teilgerätes (B) einen Ladekondensator (22) aufweist, dessen Kapazität derart ist, dass der Rippel des mit der Trägerfrequenz (TF) auftretenden Ladestroms zwischen etwa 10 und 20% der Konstant- Spannung (ü) am Ausgang des Konverters (14) beträgt.
    6. Abfrage- und Fernwirkgerät (AFG) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Teilgerät (B) zwischen dem HF-DC-Konverter (14) und dem spannungsgesteuerten Widerstand (16) eine Verbindungsleitung (15) vorgesehen ist, deren Länge zwischen wenigen Zentimetern und mehreren Metern wählbar ist.
    7. Abfrage- und Fernwirkgerät (AFG) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der HF-Demodulator (56) einen Richtkoppler (5) und eine
    Detektordiode (6) umfasst, dass der Richtkoppler (5) so an die HF-Zuleitung (3) angeschlossen ist, dass er vorwiegend die von der
    Antennenanordnung (1) zum HF-Generator (4) zurücklaufende
    Welle detektiert, und dass die Detektordiode (6) dem Richtkoppler (5) nachgeschaltet ist.
    8. Abfrage- und Fernwirkgerät (AFG) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiteres Teilgerät (C, D, E) vorgesehen ist, welches gleich wie das zweite Teilgerät (B) ausgebildet und parallel zu diesem (B) betreibbar ist.
    9. Abfrage- und Fernwirkgerät (AFG) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifenantennen (111) des zweiten (B) und aller weiteren Teilgeräte (C, D, E) in zueinander eng benachbarten Ebenen flächendeckend angeordnet sind.
    10. Abfrage- und Fernwirkgerät (AFG) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Teilgerät (A) eine Befehlsgebereinheit (60) und dem zweiten Teilgerät (B) eine Befehlsempfängereinheit (27) zugeordnet ist.
    11. Verfahren zum Betrieb des Abfrage- und Fernwirkgerätes (AFG) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    - dass das erste (A) und das zweite Teilgerät (B) mit ihren Antennenanordnungen (1, 11) räumlich derart eng zusammengebracht werden, dass die Kopplung zwischen diesen auf der HF-Zuleitung (3) eine detektierbare Rückwirkung erzeugt, und
    - dass der Modulator (62) den Konstantspannungs-Stro (i) mit einer gegenüber der Trägerfrequenz (TF) niedrigen Unterträgerfrequenz (f) sinusförmig moduliert.
    12. Verfahren zum Betrieb des Abfrage- und Fernwirkgerätes (AFG) nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet,
    - dass das erste (A) , das zweite (B) und alle weiteren Teilgeräte (C, D, E) mit ihren Antennenanordnungen (1, 11) räumlich derart eng zusammengebracht werden, dass die Kopplung zwischen diesen auf der HF-Zuleitung (3) detektierbare Rückwirkungen erzeugt, und - dass im zweiten (B) und den weiteren Teilgeräten (C, D, E) der jeweils enthaltene Modulator (62) zusammen mit dem spannungsgesteuerten Widerstand (16) den jeweiligen Konstantspannungs-Strom (i) jeweils mit einer von den anderen unterscheidbaren, gegenüber der Trägerfrequenz (TF) niedrigen ünterträgerfrequenz (fB, fC, fD, fE) sinusförmig moduliert.
    13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalfrequenzen (fB, fC, fD, fE) nach dem IRIG- Standard gestaffelt sind.
    14. Verwendung des Abfrage- und Fernwirkgerätes (AFG) nach den Ansprüchen 1 und 8, zum Beeinflussen des zweiten (B) und/oder der weiteren Teilgeräte (C, D, E) und zum Abfragen der an diese Teilgeräte angeschlossenen Signalgeber (19), dadurch gekennzeichnet, dass das zweite (B) und die weiteren Teilgeräte (C, D, E) und die an sie angeschlossenen Signalgeber (19) keine eigene Energieversorgung aufweisen und galvanisch unzugänglich angeordnet sind, und dass die Antennenanordnung (1) des ersten (A) und die Antennenanordnung (11) des zweiten (B) und/oder der weiteren Teilgeräte (C, D, E) einander so nah bringbar sind, dass sich die letzteren Antennenanordnungen (11) im Nahfeld der Antennenanordhung (1) des ersten Teilgerätes (A) befinden.
    15. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Antennenanordnungen (1, 11) abgestrahlte Streustrahlung durch einen Amplitudenraodulations-Empfänger aufgefangen und ausgewertet wird.
    16. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalgeber (19), das zweite (B) und/oder die weiteren Teilgeräte (C, D, E) in einem lebenden Organismus eingebettet sind.
    17. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (19), das zweite (B) und/oder die weiteren Teilgeräte (C, D, E) in einem ortsfesten Trägerelement unzugänglich eingebettet sind.
    18. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (19) , das zweite (B) und/oder die weiteren Teilgeräte (C, D, E) in ein kontaktloses, kartenförmiges Trägerelement eingebettet sind.
    19. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenanordnung (1) des ersten Teilgerates (A) so ausgebildet ist, dass ein von Personen betretbarer Raum von ihrem Nahbereich ausgefüllt wird, und dass jede zum Betreten des Raumes berechtigte Person ein zweites Teilgerät (B) mitführt.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    CH676164A5|1990-12-14|
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    1989-11-30| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP US |
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    CH200488A|CH676164A5|1988-05-28|1988-05-28||
    CH2004/88-2||1988-05-28||EP19890905605| EP0377695B1|1988-05-28|1989-05-18|Abfrage- und fernwirkgerät|
    DE1989508695| DE58908695D1|1988-05-28|1989-05-18|Abfrage- und fernwirkgerät.|
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