ПАССИВНАЯ ИДЕНТИФИКАЦИОННАЯ МЕТКА НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ С РЕЗОНАТОРОМ Российский патент 2009 года по МПК G01S13/75 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в приборостроении и машиностроении для одновременной идентификации объекта и измерения физических величин деформации, давления, сил, ускорения, температуры и перемещения. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей идентификационных меток.

Известна идентификационная метка на поверхностных акустических волнах (ПАВ), состоящая из пластины пьезоэлектрика, на которой сформированы встречно-штыревые преобразователи (ВШП) и система из групп отражающих структур [патент №2001120341 RU. Опрашиваемый по радио элемент на поверхностных акустических волнах с оптимальным объемом кода / СИМЕНС АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)]. В данной конструкции реализуется позиционный способ кодирования сигнала.

Недостатком этого устройства является отсутствие возможности одновременного измерения параметров внешней среды (температуры, давления, деформации и т.д.), в которой находится идентификационная метка.

Известно также устройство на ПАВ, совмещающее функции идентификации и измерения параметров среды [Pohl A. A review of wireless SAW sensors // IEEE Trans. on ultrasonics, ferroelectrics and frequency control. Vol.47. №2. P.317-332]. Данное устройство состоит из ВШП и групп отражающих структур. При этом для идентификации используется позиционный способ кодирования, а для измерения параметров среды - изменение времени задержки отраженных сигналов.

Недостатком данного устройства является низкая точность, обусловленная малым изменением времени задержки при изменении параметров внешней среды [1].

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является пассивный датчик [Карапетьян Г.Я., Катаев В.Ф. Пассивный датчик на поверхностных акустических волнах для дистанционного контроля параметров // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. №5. 2006. С.53-54]. Данное устройство состоит из ВШП и металлизированных отражающих структур, соединенных с нагрузкой, величина которой зависит от измеряемого параметра внешней среды.

Недостатком данного устройства-прототипа является низкая точность, обусловленная амплитудным характером измерений.

Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата, при использовании для измерения параметров внешней среды известного пассивного датчика-прототипа является следующий его недостаток: низкая помехозащищенность амплитудных измерений при амплитудной модуляции радиосигнала в дистанционной системе измерения параметров внешней среды.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерения параметров внешней среды при одновременной идентификации датчика.

Технический результат достигается тем, что в пассивной идентификационной метке на поверхностных акустических волнах с резонатором, состоящей из пластины пьезоэлектрика, на одной стороне которой сформирован встречно-штыревой преобразователь и группы отражающих структур, формирующих идентификационный код, часть групп отражающих структур совместно со встречно-штыревым преобразователем образует резонатор на поверхностных акустических волнах.

Формирование отражающих структур в пассивной идентификационной метке с учетом выполнения условий акустического синхронизма [1] позволяет одновременно с идентификационной меткой реализовать одновходовый резонатор на ПАВ, содержащий не по одной однотипной группе отражающих структур по разные стороны от ВШП, как в стандартном резонаторе [1], а распределенные в области распространения ПАВ несколько (не менее двух) групп отражающих структур, допускающих различие в топологиях от группы к группе.

Разбиение отражающих структур резонатора на ПАВ на распределенные по поверхности группы отражающих структур позволяет реализовать позиционную систему кодирования, не нарушая условий существования резонанса ПАВ. Таким образом, одна и та же топология используется и как идентификационная метка, и как резонатор.

Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного устройства, пассивной идентификационной метки на поверхностных акустических волнах с резонатором, отсутствуют, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

В настоящее время автору не известны пассивные идентификационные метки на поверхностных акустических волнах с резонатором, которые позволяли бы проводить измерение параметров внешней среды с такой точностью, которую обеспечивает предлагаемая конструкция пассивной идентификационной метки на поверхностных акустических волнах с резонатором, при одновременной пассивной идентификации устройства.

Результаты поиска известных технических решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата, следовательно, заявленное изобретение соответствует "изобретательскому уровню".

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена структура пассивной идентификационной метки на поверхностных акустических волнах с резонатором. Пассивная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах с резонатором состоит из пластины пьезоэлектрика 1, нескольких групп отражающих структур 2 и ВШП 3.

Каждая группа отражающих структур содержит не менее одной отражающей канавки или штыря. Группы отражающих структур 2 могут содержать различное количество отражающих структур и иметь различную топологию.

Минимальное расстояние между ближайшими к встречно-штыревому преобразователю отражающими структурами, расположенными по разные стороны от встречно-штыревого преобразователя, может быть больше, чем максимальное расстояние от встречно-штыревого преобразователя до наиболее удаленной отражающей структуры.

Топология части или всех групп отражающих структур 2 рассчитана так, чтобы ВШП 3 и группы отражающих структур 2 совместно образовывали одновходовый резонатор.

Формирование ВШП реализовано по технологии фотолитографии и травления [1]. Могут быть использованы и другие технологические процессы формирования металлических структур на пьезоплатах. Формирование канавок отражающих структур реализовано по технологии травления через маску [1]. Отражающие структуры могут быть выполнены также в виде штырей. Штыри могут быть вытравлены в пьезоплате, при этом материал штырей будет идентичен материалу пьезоплаты. В другом варианте штыри могут быть сформированы по технологии фотолитографии, в этом случае штыри будут или металлическими, или из другого материала [1].

Устройство работает следующим образом.

С внешнего приемопередатчика (на чертеже не показан) передается запросный радиоимпульс для идентификации на заданной несущей частоте (например, 915 МГц). Встречно-штыревой преобразователь 3 пассивной идентификационной метки на поверхностных акустических волнах с резонатором принимает этот радиоимпульс и возбуждает ПАВ.

Распространяясь по поверхности пластины пьезоэлектрика 1, поверхностная акустическая волна последовательно отражается от групп отражающих структур 2, расположенных по обе стороны от ВШП 3.

Отраженная ПАВ через определенное время (время задержки) возвращается к ВШП 3 и излучается в виде радиосигнала отклика идентификационной метки. Излученный ВШП 3 радиосигнал отклика идентификационной метки принимается внешним приемопередатчиком (на чертеже не показан).

Идентификация реализуется в соответствии с позиционным способом кодирования на основе анализа времен задержек [2].

Одновременно с запросным радиоимпульсом для идентификации или в другое время передается запросный радиоимпульс для измерения параметров внешней среды (деформации, давления, сил, ускорения, температуры, перемещения). Этот запросный радиоимпульс также принимается ВШП 3, который возбуждает ПАВ.

Запросные радиоимпульсы для идентификации и измерения параметров внешней среды могут иметь одну или несколько различных несущих частот.

Группы отражающих структур 2 могут отличаться друг от друга по количеству отражающих структур (канавок, штырей).

При изменении параметров внешней среды изменяются параметры подложки пьезоэлектрика 1, в частности изменяется геометрический размер штырей (электродов) ВШП 3, расстояния между электродами, ширина, период следования отражающих структур в группах отражающих структур 2 и расстояния между отражающими структурами 2. В соответствии с условием акустического синхронизма [1] изменяется и резонансная частота резонатора, реализованного группами отражающих структур 2. В случае замены отражающих канавок на отражающие штыревые структуры резонансная частота изменяется аналогично [1].

Величина девиации частоты зависит от местного относительного удлинения и местной скорости ПАВ, а также от абсолютного изменения геометрических размеров штырей ВШП 3 резонатора и отражающих структур в группах отражающих структур 2.

Величина собственной частоты резонатора измеряется, например, по амплитудно-частотной характеристике (например, с использованием сетевого анализатора HP E5070B) или с использованием генераторных схем [1]. На основе градуировочной зависимости (частота - деформация) изменению собственной частоты можно соотнести величину изменения параметров внешней среды.

Таким образом, предложенная пассивная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах с резонатором является устройством для совместного измерения параметров внешней среды и идентификации самого устройства.

Библиографические данные

1. Морган Д. Устройства обработки сигналов на поверхностных акустических волнах / Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1990. - 416 с.

2. Hartman С.S. A global SAW ID tag with large data capacity // Proc. IEEE ultrasonic symposium. Munich. October. 2002.

Пассивная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах с резонатором относится к области измерительной техники и может быть использована в приборостроении и машиностроении для одновременной идентификации и измерения физических величин деформации, давления, сил, ускорения, температуры и перемещения. Техническим результатом изобретения является уменьшение линейных размеров пассивных идентификационных меток на поверхностных акустических волнах и расширение их функциональных возможностей. Пассивная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах с резонатором состоит из пластины пьезоэлектрика, на одной стороне которой сформированы встречно-штыревые преобразователи и группы отражающих структур, формирующих идентификационный код. При этом часть групп отражающих структур совместно со встречно-штыревым преобразователем образует резонатор на поверхностных акустических волнах для измерения параметров внешней среды. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Пассивная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах с резонатором, состоящая из пластины пьезоэлектрика, на одной стороне которой сформирован встречно-штыревой преобразователь, и группы отражающих структур, формирующие идентификационный код, отличающаяся тем, что часть групп отражающих структур совместно со встречно-штыревым преобразователем образует резонатор на поверхностных акустических волнах.2. Пассивная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах с резонатором по п.1, отличающаяся тем, что отражающие структуры выполнены в виде канавок.3. Пассивная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах с резонатором по п.1, отличающаяся тем, что отражающие структуры выполнены в виде металлизированных штырей.4. Пассивная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах с резонатором по п.1, отличающаяся тем, что минимальное расстояние между ближайшими к встречно-штыревому преобразователю отражающими структурами, расположенными по разные стороны от встречно-штыревого преобразователя, больше, чем максимальное расстояние от встречно-штыревого преобразователя до наиболее удаленной отражающей структуры.5. Пассивная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах с резонатором по п.1, отличающаяся тем, что различные группы отражающих структур содержат различное количество отражающих структур.