專利名稱：Rfid傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及射頻識別(RFID)裝置，更具體地講，涉及結合射頻識 別裝置一起使用的傳感器。
背景技術：
射頻識別(RFID)標簽是已用于檢測所關注制品的存在或運動的小 型電子裝置。RFID標簽常用于各種應用中，諸如在制造業(yè)中用于跟蹤 工件在其整個制造過程中的進度，在零售業(yè)中用于防止貨物被竊，在 交通運輸業(yè)中用于檢測機動車輛在收費公路上的移動。
可通過(間歇地或連續(xù)地)無線詢問RFID標簽來用電子方法檢 測配有RFID標簽的制品是否存在。RFID標簽通常存儲有識別(ID)碼。 當RFID標簽受到RFID標簽讀出器的詢問時，它會將其ID碼無線傳 輸給RFID標簽讀出器。由RFID標簽傳輸給RFID標簽讀出器的代碼 表示配有RFID標簽的制品的存在和識別。
RFID標簽可包含電池或其他獨立的電源，或者它們可從由外部 RFID標簽讀出器傳輸?shù)腞F信號中獲得能量。沒有獨立電源的RFID
標簽顯得特別小而且成本很低，這使它們在用于跟蹤大量的運動物體 時具有很高的性價比。
除存在和識別信息外，從RFID標簽采集有關制品的信息是可取 的。本發(fā)明滿足了這些和其他需求，并提供了超越現(xiàn)有技術的其他優(yōu) 勢
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例涉及RFID傳感器、RFID傳感器系統(tǒng)和RFID感 測方法。
發(fā)明的一個實施例涉及基于RFID、包含多個分立的傳感器元件的 傳感器。每個傳感器元件被配置為根據(jù)傳感器元件對物理狀況的暴露 情況來改變傳導性狀態(tài)。一種RFID電路，它被連接到多個傳感器元件， 并被配置為傳輸對應于多個傳感器元件的傳導性狀態(tài)的代碼。在一些 配置中，該代碼可包含RFID裝置的識別碼。
在各種具體實施中，對應于傳感器元件的傳導性狀態(tài)的代碼可表 示暴露于某種狀況下的程度，或表示暴露于某種狀況下的持續(xù)時間。 多個傳感器元件中的每個傳感器元件可對不同的狀況敏感，而代碼可 以表示所暴露的各種不同的狀況。根據(jù)不同的方法，該代碼可以表示 先前所暴露的某種環(huán)境狀況，或表示當前所暴露的某種環(huán)境狀況。
在一個實例中，多個分立的傳感器元件中的第一個傳感器元件可 以根據(jù)在第一種氣體中的暴露情況來改變傳導性狀態(tài)，而多個分立的 傳感器元件中的第二個傳感器元件可以根據(jù)在第二種氣體中的暴露情 況來改變傳導性狀態(tài)。由RFID傳感器傳輸?shù)拇a可以表示在第一種氣 體和/或第二種氣體中的暴露情況。
例如，傳感器元件可包含無源導體元件，該無源導體元件被配置 為因暴露于某種物理狀況下而從第一傳導性狀態(tài)(與第一種邏輯電平 相關聯(lián))變?yōu)榈诙鲗誀顟B(tài)(與第二種邏輯電平相關聯(lián))。傳感器 元件的傳導性狀態(tài)的變化可能由以下原因引起氧化過程、腐蝕過程、 機械過程、化學過程、熱過程或?qū)е聜鞲衅髟牡谝粋鲗誀顟B(tài)變 為第二傳導性狀態(tài)的任何其他過程。例如，在一些配置中，狀態(tài)！的 變化可能是由于暴露于電場、磁場或重力場中而引起的。
RFID傳感器可包含一個或多個薄膜電路組件。RFID電路可使用交流電源或直流電源供電。RFID電路可包含獨立的電源，或從由外部 RF源傳輸?shù)腞F能量中獲得電源。
另一個實施例涉及RPID系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括多個分立的傳感器元 件，每個傳感器元件被配置為根據(jù)傳感器元件對物理狀況的暴露情況 來改變傳導性狀態(tài)。 一種RFID電路，它被連接到多個傳感器元件，并 被配置為傳輸對應于多個傳感器元件的傳導性狀態(tài)的代碼。 一種RFID 詢問器，它被配置為接收從RFID電路傳輸?shù)拇a。
本發(fā)明的另一個實施例涉及RFID感測方法。該方法涉及感測多 個傳感器元件的傳導性狀態(tài)。每個傳感器元件被配置為根據(jù)傳感器元 件對物理狀況的暴露情況來改變傳導性狀態(tài)。代碼借助于RFID電路傳 輸，其中該代碼對應于多個傳感器元件的傳導性狀態(tài)。
上述對本發(fā)明的概述并非旨在描述本發(fā)明的每個實施例或每個具 體實施方式。通過結合附圖參見以下具體實施方式
和權利要求，將顯 而易見地了解本發(fā)明的優(yōu)點和成效，并更全面地理解本發(fā)明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例實施的RFID傳感器的框圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明實施例實施的包含多個傳感器元件的傳
感器，這些傳感器元件被配置為在存在某種環(huán)境狀況的情況下改變傳
導性狀態(tài)；
圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明實施例實施的、使用傳感器的電路； 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例實施的RFID傳感器電路的構造； 圖4A和圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明實施例實施的一個傳感器元件，
該傳感器元件被配置為因絕緣層的形成而改變傳導性狀態(tài)；
圖5A和圖5B示出了根據(jù)本發(fā)明實施例實施的一個傳感器元件，
該傳感器元件被配置為因溫度變化而改變傳導性狀態(tài)；
圖6A和圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明實施例實施的一個傳感器元件，該傳感器元件被配置為因壓力變化而改變傳導性狀態(tài)；
圖7A和圖7B示出了根據(jù)本發(fā)明實施例實施的一個傳感器元件，
該傳感器元件被配置為因相對于重力的取向變化而改變傳導性狀態(tài)-, 圖8A和圖8B示出了根據(jù)本發(fā)明實施例實施的一個傳感器元件，
該傳感器元件被配置為因?qū)щ娫囊瞥淖儌鲗誀顟B(tài)；以及 圖9A和圖9B示出了根據(jù)本發(fā)明實施例實施的一個記錄已用時間
的傳感器。
雖然本發(fā)明具有各種修改和替代形式，但其具體特點將通過附圖 以舉例的方式示出并詳盡描述。然而應當理解，其目的不在于將本發(fā) 明限定為所述具體實施例。相反，其目的在于涵蓋如所附權利要求所 限定的、在本發(fā)明范圍之內(nèi)的所有修改形式、等同形式及替代形式。
具體實施例方式
在所示實施例的以下描述中，參考了組成本文一部分的附圖，其 中以舉例說明的方式示出可用來實施本發(fā)明的各種實施例。應當理解， 在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，可以利用實施例，并可以進行結構上 的更改。
本發(fā)明的實施例涉及有關與傳感器(本文中稱為RFID傳感器) 一起使用的RFID電路的方法、裝置和系統(tǒng)。本發(fā)明的RFID傳感器可 用于檢測配有RFID傳感器的制品是否存在，也可以用于獲取有關該制 品的更多信息。根據(jù)不同的實施例，RFID傳感器會傳輸與該RFID傳 感器對當前或先前的一個或多個物理狀況的暴露情況相關聯(lián)的二進制 代碼。在一些實施例中，由RFID傳感器傳輸?shù)亩M制代碼可表示正在 影響該傳感器的一個或多個事件的發(fā)生。
圖1的框圖示出了包括RFID傳感器150的RFID系統(tǒng)100 (根據(jù) 本發(fā)明的實施例)。系統(tǒng)100包含RFID詢問器110和RFID傳感器150 (包含RFID電路120和傳感器130) 。 RFID詢問器110包含射頻(RF)源114和讀出器112。 RF源114間歇性地或連續(xù)性地向RFID傳感器 150傳輸RF能量。由RF源114傳輸?shù)腞F能量可用于向RFID傳感器 150供電。如果傳輸?shù)腞F能量被用于向RFID傳感器150供電，則RFID 傳感器150不再需要獨立的電源，從而降低了 RFID傳感器150的復雜 性和/或成本。
RFID詢問器110包含起天線作用的感應器116，該感應器將RF 能量傳輸給RFID傳感器150并從RFID傳感器150接收RF信號。RFID 電路120包含感應器125，感應器125被用于從RFID詢問器110接收 RF能量以及將來自RFID傳感器150的RF信號傳輸給RFID詢問器 110。
如果RFID傳感器150是由RFID詢問器110傳輸?shù)腞F能量供電， 那么RFID電路120將包含電源電路124，電源電路124將從RFID詢 問器110接收的RF能量轉換為可被RFID傳感器150的其他組件(包 括控制電路126、時鐘128和傳感器130)使用的電源。例如，電源電 路124可產(chǎn)生直流或交流電。在替代實施例中，電源電路124可包含 獨立于RFID詢問器110而向RFID傳感器150供電的電池或其他電源。
時鐘128驅(qū)動控制電路126獲取來自傳感器130的數(shù)據(jù)并將這些 數(shù)據(jù)輸出至RFID詢問器110?？刂齐娐?26可將來自傳感器130的數(shù) 據(jù)作為串行數(shù)據(jù)流輸出至RFID詢問器110。借助于RF輸入/輸出電路 122和感應器125將數(shù)據(jù)從RFID傳感器150傳輸至RFID詢問器110。 數(shù)據(jù)被RFID詢問器110接收，由讀出器112進行解釋。
可將RFID傳感器150設置在距離RFID詢問器IIO所關注的、較 遠的制品上，以使得RFID傳感器150所處的物理狀況與所關注制品所 處的物理狀況相同，而且RFID傳感器150可檢測到該物理狀況。本文 中所用的術語"物理狀況是指傳感器所處的周圍環(huán)境的物理狀況。例 如，物理狀況可包含環(huán)境狀況和/或可包含場取向狀況。環(huán)境狀況包括存在或不存在氣體、光、聲音、溫度、壓力、水分和/或其他環(huán)境狀況。 場取向狀況包括暴露于某種場中和/或相對于場的運動，諸如磁場、電 場或重力場。
在一些實施例中，除了至少有一個對暴露于前文所列的某種物理 狀況下敏感的傳感器元件外，傳感器130還可包含至少一個對某種事 件或行為(例如人或動物正在建立或破壞由傳感器元件形成的連接) 敏感的傳感器元件。例如，建立或破壞傳感器元件的連接可能是由于 人或動物的故意行為或無意行為而導致的，這些行為移動、割破或撕 壞傳感器元件，或換句話講使傳感器元件的傳導性狀態(tài)發(fā)生了變化。
根據(jù)各種實施例，傳感器130包含許多傳感器元件，這些傳感器
元件被配置為根據(jù)感測到的物理狀況或檢測到的事件而將二進制狀態(tài) 從第一種邏輯狀態(tài)(與開路或相對較高的導電率狀態(tài)相關聯(lián))改為第 二種邏輯狀態(tài)(與閉合電路或相對較低的導電率狀態(tài)相關聯(lián))。例如， 根據(jù)本發(fā)明的多個方面，每個傳感器元件可包含開關或?qū)щ娫?由 一層或多層金屬和/或其他材料制成)。
在一個實施例中，n個傳感器元件的二進制狀態(tài)對應于n位代碼。 可檢測到n個傳感器元件的二進制狀態(tài)并將其無線傳輸給具有讀出器 112 (可用于解釋n位代碼)的RF詢問器llO。
RFID標簽通常會傳輸已經(jīng)寫入裝置的識別(ID)碼。例如，可通過 在m個連接節(jié)點中的每一個節(jié)點處進行雕合或電氣熔合，以實現(xiàn)ID連 接，將RFID標簽的ID碼寫入。在本發(fā)明的一些實施例中，傳感器130 的傳感器元件可用于代替一個或多個ID連接。在其他實施例中，除了 ID連接外還會使用一個或多個傳感器元件。
使用傳感器元件代替ID連接，使得RFID傳感器150的ID碼取 決于正在影響RFID傳感器150的事件和/或RFID傳感器150當前或先前所處的環(huán)境狀況。例如，由RFID傳感器150傳輸?shù)拇a可反映暴露 于某種環(huán)境狀況下的時間和/或程度，和/或從RFID傳感器150發(fā)運開 始的已用時間，和/或其他當前或先前所處的環(huán)境狀況和/或場狀況。
在一些實施例中，RFID傳感器150可以裝配薄膜裝置或電路組件。 薄膜材料為電子電路的制造帶來了許多制造優(yōu)勢。例如，可在柔韌的 基底(諸如薄玻璃、塑料、聚合物或紙質(zhì)基底)上制造薄膜裝置。此 外，可使用低成本制造技術(例如印刷、壓花或網(wǎng)板掩蔽)加工薄膜 材料。
薄膜裝置可以由無機半導體(諸如多晶硅、非晶態(tài)硅、氧化鋅和/ 或硒化鎘)和/或有機半導體構成。適用于RFID應用、基于晶體管的 薄膜邏輯電路可由交流電源供電。使用交流供電式薄膜電路可大幅度 減少RFID標簽的成本和尺寸，因為這樣就不必安裝將RF交流信號轉 換為直流信號的整流器。交流電源在RFID應用中的發(fā)展和使用、RFID 裝置中使用的交流供電式電路在共同擁有的美國專利申請公布 2004/0119504和2005/0134318中有所描述。
圖2A更詳細地示出了圖1中的傳感器130。如圖2A所示，傳感 器130包含了許多分立的傳感器元件220-290。每個傳感器元件220-290 分別設置在第一個電氣節(jié)點220a-290a和第二個電氣節(jié)點220b-290b之 間。雖然示例性的傳感器130被描繪為包含8個傳感器元件220-290， 但是可以使用更多或更少的傳感器元件220-290。
傳感器元件220-2卯可包含(例如)由一層或多層金屬或其他導 電材料構成的導電片。傳感器元件220-290被配置為根據(jù)感測到的狀況 改變導電狀態(tài)。例如，傳感器元件220-290可以根據(jù)感測到的狀況或檢 測到的事件而從第一種導電狀態(tài)(與高傳導性或短路相關聯(lián))變?yōu)榈?二種導電狀態(tài)(與低傳導性或開路相關聯(lián))?；蛘撸瑐鞲衅髟?20-290 可以根據(jù)感測到的狀況或檢測到的事件而從第二種導電狀態(tài)(與低傳導性相關聯(lián))變?yōu)榈谝环N導電狀態(tài)(與高傳導性相關聯(lián))。傳感器元
件220-290的導電狀態(tài)可以用一位二進制邏輯狀態(tài)(可通過訪問電氣節(jié) 點220a-290a、 220b-290b獲取)表示?？蓪鞲衅髟?20-290的狀態(tài) 以n位數(shù)字代碼的形式從RFID傳感器輸出給RFID詢問器。
圖2B示出了實現(xiàn)傳感器130的示例性電路。傳感器元件220-290 被連接到電壓源V (通過節(jié)點220a-290a的電阻器R2-R9)，并通過節(jié) 點220b-290b接地。通過數(shù)據(jù)線220d-290d，控制電路(未示出)被連 接到位于節(jié)點220a-290a處的傳感器元件220-290。在本實例中，傳感 器元件220-290開始處于高傳導性狀態(tài)，使節(jié)點220a-290a與大地短接， 并導致控制電路在節(jié)點220a-290a中每個節(jié)點處檢測到邏輯"0"。 一 旦暴露于某種物理狀況下，傳感器元件220-290中的一個或多個就可以 轉變?yōu)榈蛡鲗誀顟B(tài)或開路狀態(tài)，從而導致控制電路在具有低傳導性 之傳感器元件的節(jié)點處讀到邏輯"1"。節(jié)點220a-290a處的邏輯狀態(tài) 提供了 8位代碼，該8位代碼由控制電路讀取并被傳輸至RFID詢問器。
傳感器元件的二進制狀態(tài)的變化可能由各種過程引起。例如，傳 導性狀態(tài)的變化可由化學反應(諸如腐蝕或氧化)、熱過程、機械過 程和/或?qū)е聜鞲衅髟膫鲗园l(fā)生變化的任何其他過程引起。本發(fā) 明的RFID傳感器的傳感器元件可被校準為表示暴露于某種物理狀況 下的程度或持續(xù)時間。在這些具體實施中，只有傳感器元件在所述環(huán) 境狀況中的暴露達到與該傳感器元件的校準等級相關聯(lián)的程度后，傳 感器元件的導電狀態(tài)才會改變。
在一些實施例中，每個傳感器元件都被配置為檢測相同的物理狀 況或事件。而在另一些實施例中， 一個傳感器元件可用于檢測第一種 物理狀況或事件，而另一個傳感器元件可用于檢測第二種物理狀況或 事件。
在一些實施例中，傳感器元件可用于檢測暴露于某種物理狀況下的不同程度或暴露于某種物理狀況下的不同持續(xù)時間。例如，可將一 個傳感器元件配置為檢測暴露于特定環(huán)境狀況下的第一種程度或持續(xù) 時間，而將另一個傳感器元件配置為檢測暴露于特定環(huán)境狀況下的第 二種程度或持續(xù)時間。
在一些實施例中，傳感器元件包含微量金屬，而二進制狀態(tài)的改 變可能是由于微量金屬的腐蝕而引起的。在一個實例中，可將傳感器 元件制作為在有氧的情況下發(fā)生氧化(因此變成絕緣體)的薄金屬層。 如果許多傳感器元件構成不同厚度的金屬層，那么在每個傳感器元件 耗費逐漸變長的時間變?yōu)榻^緣體的情況下，傳感器就可以用作檢測已 用時間的傳感器。又如，可將傳感器元件配置為檢測是否存在水分或 某種特定的氣體或檢測水分或該氣體的含量。在一些具體實施中，每 個傳感器元件可能對不同的物理狀況敏感。例如，使用許多傳感器元 件，其中每個傳感器元件分別對不同種類的氣體敏感，就會構成用作
"電子鼻"的RFID傳感器。
圖3是一個電路圖，它進一步示出了 RFID傳感器的構造。如圖3 所示，RF源可包含交流發(fā)電機92 (借助于感應器76傳輸交流輸出信 號)。對于一些應用，交流發(fā)電機92可表現(xiàn)為正弦電流源的形式，并 以大約125kHz的頻率輸出大約0到5安培的電流。
感應器76和78構成了變壓器，以對RF源和RFID傳感器70間 的RF能量進行電磁耦合。選擇電阻器94以限制電流?？蓪㈦娙萜?6 平行于感應器78放置在電源73中以構成并聯(lián)共振槽，該并聯(lián)共振槽 將根據(jù)下面的公式來控制電源的頻率
其中，L是感應器78的感應系數(shù)，C是電容器96的電容。在感應系數(shù)為50uH、電容為32nF的情況下，感應器78和電容 器96可產(chǎn)生大約125KHz的共振頻率。因此，在本實例中，交流電源 73的輸出是頻率大約為125kHz的正弦波形。部分整流級80對由感應 器78產(chǎn)生的波形進行部分整流，從而產(chǎn)生作為電源73的輸出部分經(jīng) 過整流的交流電波形。然后，這個部分經(jīng)過整流的交流電波形在端子 POWER和COMMON上對時鐘電路88、控制邏輯86、輸出緩沖器84 和調(diào)制反相器82 (如圖3所示)加電。
圖3繪出了攜有n位識別碼的RFID傳感器70。雖然識別碼的位 數(shù)可能少于或多于7，但為了便于舉例說明，RFID傳感器70會攜帶由 傳感器330的導電元件320-380指定的7位識別碼。在圖3所示的實例 中，時鐘電路88是由一個七倒向級系列以反饋回路的形式排列而構成 的環(huán)形振蕩器。
圖3所示的環(huán)形振蕩器繪出了兩個反相器的輸出，該輸出被分別 對控制邏輯86中提供的NOR門加電。通過這種方式，在由環(huán)形振蕩 器產(chǎn)生的每個時鐘周期內(nèi)，七個NOR門被用來生成七脈沖序列。請注 意，控制邏輯86中的NOR門的數(shù)量可以不同。原則上，可將這種布 置方式擴展到更多的位數(shù)，例如，n=31、 63或127。
RFID傳感器包括具有傳感器元件320-380的傳感器330。在節(jié)點 320a-380a處，傳感器元件320-380被連接到各自的NOR門輸出。在節(jié) 點320b-380b處，傳感器元件320-380與大地相接。如果傳感器元件 320-380處于高傳導性狀態(tài)，則借助于節(jié)點320a-380a將相關聯(lián)NOR門 的輸出連接到大地。如果傳感器元件320-380處于低傳導性狀態(tài)，則 NOR門輸出被耦合為輸入到控制邏輯86中的7-輸入OR門的信號中的 一個信號。
例如，考慮這樣的情況如果傳感器元件330和350處于高傳導 性狀態(tài)，而傳感器元件320、 340和360-380處于低傳導性狀態(tài)。那么在該實例中，節(jié)點320a-380a處將出現(xiàn)"1010111"的7位識別碼。
傳感器元件320-380可以由(例如)從NOR門輸出延伸至大地的 金屬導體(最初處于高傳導性狀態(tài))制成?？梢詫⒁粋€或多個傳感器 元件320-380配置為根據(jù)對物理狀況的暴露情況轉變?yōu)榈蛡鲗誀顟B(tài)， 因而會根據(jù)對物理狀況的暴露情況來改變節(jié)點320a-380a處出現(xiàn)的識 別碼。
將控制邏輯86中的7-輸入OR門的輸出應用于輸出緩沖器84中 的級聯(lián)緩沖放大器，從而有助于使邏輯電路的輸出阻抗與調(diào)制反相器 82的輸入阻抗一致。具體地講，是將TAG OUTPUT信號施加到與調(diào)制 反相器82相關聯(lián)的驅(qū)動晶體管的門上。然后，調(diào)制反相器82調(diào)節(jié)由 感應器78和電容器96構成的槽的Q值，從而提供對載波信號的調(diào)幅。 這樣，便將接收的緩沖器輸出傳輸?shù)阶x出器裝置，以使得讀出器可以 讀出識別碼。具體地講，讀出器處理借助于感應器76在L分接頭處接 收的信號。
圖4A-圖4B所示為一種工藝，該工藝使得傳感器元件會根據(jù)對物 理狀況的暴露情況而從高傳導性狀態(tài)轉變?yōu)榈蛡鲗誀顟B(tài)。圖4A示出 了包含兩個重疊的導體412、 414的傳感器元件。在圖4A中，傳感器 元件410處于高傳導性狀態(tài)，這是因為重疊的導體412、 414存在電接 觸。圖4B示出了由于在導體412、 414間構成了絕緣層416，而轉變?yōu)?低傳導性狀態(tài)的傳感器元件410。例如，傳感器元件410可用作氧氣傳 感器，其中傳感器元件410的傳導性狀態(tài)會因?qū)w412、 414暴露于氧 氣中而造成在兩者中的一個或兩個構成絕緣氧化層而改變。
在一些具體實施中，可對傳感器元件進行校準，使得導電狀態(tài)的 改變發(fā)生在對某種物理狀況的暴露情況達到一定程度或持續(xù)時間時。 例如，可選擇具有特定氧化速率的材料制備傳感器元件，以使得從第 一種導電狀態(tài)到第二種導電狀態(tài)的改變對應暴露于氧氣中的特定程度和持續(xù)時間。例如，可通過選擇用于制備傳感器元件的具體材料和/或
傳感器元件的物理尺寸構型來對傳感器元件進行校準，以使得RFID傳
感器傳輸?shù)拇a不但可表示對物理狀況的暴露情況，而且能表示暴露 于該物理狀況下的程度或持續(xù)時間。此外，可使用多個傳感器元件， 每個傳感器元件會在暴露于某種物理狀況下的不同程度或不同持續(xù)時
間改變導電狀態(tài)。如果以這種方式使用多個傳感器元件，那么由RFID 傳感器傳輸?shù)拇a可表示暴露于某種物理狀況下的范圍。例如，可將 暴露范圍確定為大于或等于與已經(jīng)改變傳導性狀態(tài)的傳感器元件相關 聯(lián)的暴露程度，但是小于與尚未改變傳導性狀態(tài)的傳感器元件相關聯(lián) 的暴露程度。可重復詢問RFID傳感器，并且可將由RFID傳感器傳輸 的代碼用于跟蹤RFID傳感器在某種物理狀況下隨時間變化的暴露情 況。
在一些具體實施中，物理狀況可以是溫度，并可將傳感器元件選 擇為根據(jù)對特定溫度的暴露情況而從第一種導電狀態(tài)轉變?yōu)榈诙N導 電狀態(tài)。例如，如圖5A和圖5B所示，可將傳感器元件510配置為對 溫度變化敏感的雙金屬開關。在圖5A和圖5B中，導體514構成了在 切換溫度下發(fā)生彎曲的雙金屬導體?；蛘撸瑐鞲衅髟?10的導體512、 514均可包含雙金屬導體?？蓪鞲衅髟?10配置為最初處于與第一 種邏輯電平相關聯(lián)的低傳導性狀態(tài)，雙金屬開關最初為開路狀態(tài)(如 圖5B所示)，或者可將其配置為最初處于與第二種邏輯電平相關聯(lián)的 高傳導性狀態(tài)，雙金屬開關最初為閉合狀態(tài)(如圖5A所示)。暴露于 溫度達到切換溫度的環(huán)境中將導致雙金屬導體514由于金屬的熱膨脹 或收縮而發(fā)生移動，從而導致傳導性狀態(tài)改變。例如，如果傳感器元 件510最初處于低傳導性狀態(tài)(如圖5B所示)，則溫度的降低將導致 雙金屬導體514收縮，從而使傳感器元件510轉變?yōu)楦邆鲗誀顟B(tài)(如 圖5A所示)?；蛘?，如果傳感器元件510最初處于高傳導性狀態(tài)(如 圖5A所示)，則溫度的升高將導致雙金屬導體514膨脹，從而使傳感 器元件510轉變?yōu)榈蛡鲗誀顟B(tài)(如圖5B所示)。暴露于所述溫度的 環(huán)境中將表現(xiàn)為與傳感器元件相關聯(lián)的邏輯電平輸出的改變。圖6A和圖6B還示出了傳感器元件(根據(jù)本發(fā)明的實施例)的另 一個操作實例。在本實例中，壓力差將導致其中一個傳感器元件導體 移動。圖6A示出了處于高傳導性狀態(tài)的傳感器元件610。借助于絕緣 體620將導電隔膜612附著在傳感器元件610的第一個導體614和第 二個導體616上。在高傳導性狀態(tài)中，導電隔膜612在第一個導體614 和第二個導體616之間建立電連接。在沒有壓力差的情況下，導電隔 膜612保持與第一個導體614和第二個導體616的接觸。暴露于壓力 差之下將導致壓敏導體612移動，從而破壞第一個導體614和第二個 導體616之間的連接，并導致傳感器元件610轉變?yōu)榈蛡鲗誀顟B(tài)(如 圖6B所示)。
圖7A和圖7B示出了被配置為方位傳感器或傾斜傳感器的傳感器 元件710的操作。傳感器元件包含第一個導體714和第二個導體716 以及取向敏感導體712，例如，導電球或汞柱滴。傾斜傳感器元件710 會導致取向敏感元件712因重力場的作用而發(fā)生移動，使得在第一個 導體714和第二個導體716間形成了電連接。圖7A和圖7B分別示出 了處于低傳導性狀態(tài)和處于高傳導性狀態(tài)的傳感器元件710。
在一些具體實施中，如果將導電物質(zhì)從傳感器元件移除，則可以 使傳導性狀態(tài)改變。如圖8A所示，傳感器元件810最初可包含導電物 質(zhì)812，該導電物質(zhì)位于傳感器元件810的第一個導體814和第二個導 體816之間。該導電物質(zhì)812在第一個導體814和第二個導體816之 間形成電連接，這導致傳感器元件810處于高傳導性狀態(tài)。該導電物 質(zhì)812會對特定的物理狀況敏感。暴露于導致導電物質(zhì)812溶解或熔 化的環(huán)境中，將導致第一個導體814和第二個導體816之間的電連接 斷幵(如圖8B所示)。第一個導體814和第二個導體816之間電連接 的移除會導致傳感器元件810轉變?yōu)榈蛡鲗誀顟B(tài)。
在一些具體實施中，物理狀況可導致傳感器元件的傳導性狀態(tài)臨時改變。在這些具體實施中，由RFID傳感器傳輸?shù)拇a表示物理狀況 的當前狀態(tài)。而在其他具體實施中，暴露于某種物理狀況下可導致傳 感器元件的傳導性狀態(tài)永久改變。在這些構型中，該代碼表示先前所 暴露的某種狀況。
圖9A和圖9B表示傳感器910，它被用于提供檢測已用時間的檢 測器。傳感器元件910-914中的每個傳感器元件對暴露的程度逐漸增加 的某種物理狀況敏感。在本實施例中，傳感器元件911-914由活性金屬 (例如鈣)構成，并具有不等的寬度和厚度。例如，傳感器元件911-914 的寬度和厚度按一定數(shù)量增加(該數(shù)量根據(jù)暴露于空氣中的金屬的氧 化速率/腐蝕速率確定)。在傳感器元件911-914首次暴露于空氣中之 后，傳感器元件911-914將開始腐蝕。傳感器元件911-914中的每個傳 感器元件將在不同的時間點不再導電。特定傳感器元件911-914不再導 電的時間點是由傳感器元件911-914的寬度和厚度確定的。由RFID傳 感器傳輸?shù)拇a取決于已經(jīng)被徹底腐蝕的傳感器元件911-914的數(shù)量。 可將該代碼轉換為表示暴露于此種環(huán)境狀況下持續(xù)時間的時間戳(time signature)。
介紹本發(fā)明的上述各種實施例的具體實施方式
的目的在于進行舉 例說明和描述。并不旨在詳盡列出或?qū)⒈景l(fā)明限制在所公開的精確形 式內(nèi)?？梢园凑丈鲜鼋虒?nèi)容進行多種修改和更改。例如，可在各種 各樣的應用中采用本發(fā)明的實施例。本發(fā)明的范圍不受此具體實施方 式限制，而是受本文所附的權利要求書限制。
權利要求
1.一種基于RFID的傳感器，包括多個分立的傳感器元件，每個傳感器元件被配置為根據(jù)傳感器元件對物理狀況的暴露情況來改變傳導性狀態(tài)；以及連接到所述多個傳感器元件的RFID電路，所述RFID電路被配置為傳輸識別碼，所述識別碼至少部分地基于所述多個傳感器元件的傳導性狀態(tài)。
2. 根據(jù)權利要求l所述的傳感器，其中所述識別碼表示暴露于所 述狀況下的程度。
3. 根據(jù)權利要求l所述的傳感器，其中所述識別碼表示暴露于所 述狀況下的持續(xù)時間。
4. 根據(jù)權利要求l所述的傳感器，其中-所述多個傳感器元件中的每個傳感器元件對所暴露的不同狀況 敏感；并且所述識別碼則表示暴露于所述不同狀況下的每一種狀況。
5. 根據(jù)權利要求l所述的傳感器，其中所述傳感器包含一個或多 個薄膜電路組件。
6. 根據(jù)權利要求1所述的傳感器，其中所述RFID電路由交流電 源供電。
7. —種RFID系統(tǒng)，包括多個傳感器元件，每個傳感器元件被配置為根據(jù)所述傳感器元件 對物理狀況的暴露情況來改變傳導性狀態(tài)；連接到所述多個傳感器元件的RFID電路，所述RFID電路的識別碼至少部分地基于所述多個傳感器元件的傳導性狀態(tài)；和RFID詢問器，所述詢問器被配置為接收來自所述RFID電路的識別碼。
8. 根據(jù)權利要求7所述的RFID系統(tǒng)，其中所述RFID電路包含 獨立的電源。
9. 根據(jù)權利要求7所述的RFID系統(tǒng)，其中所述RFID電路是由 從所述RFID詢問器傳輸?shù)腞F能量供電。
10. 根據(jù)權利要求7所述的RFID系統(tǒng)，其中所述識別碼表示暴露 于所述狀況下的程度。
11. 根據(jù)權利要求7所述的RFID系統(tǒng)，其中所述識別碼表示暴露 于所述狀況下的持續(xù)時間。
12. —種方法，包括感測多個傳感器元件的傳導性狀態(tài)，所述多個分立的傳感器元件 中的每個傳感器元件被配置為根據(jù)所述傳感器元件對物理狀況的暴露 情況來改變傳導性狀態(tài)；以及使用所感測到的所述多個傳感器元件的傳導性狀態(tài)來形成RFID 電路的識別碼。
13. 根據(jù)權利要求12所述的方法，還包括借助于所述RFID電路 將所述識別碼傳輸至RF ID讀出器。
14. 根據(jù)權利要求12所述的方法，其中所述多個傳感器元件的所 述傳導性狀態(tài)表示暴露于所述狀況下的程度。
15. 根據(jù)權利要求12所述的方法，其中所述多個傳感器元件的所述傳導性狀態(tài)表示所述多個傳感器元件暴露于所述狀況下的持續(xù)時 間。
16. 根據(jù)權利要求12所述的方法，其中所述多個傳感器元件的所述傳導性狀態(tài)表示所述多個傳感器元件暴露于多種不同的狀況下。
17. 根據(jù)權利要求12所述的方法，其中所述多個傳感器元件的所 述傳導性狀態(tài)表示所述多個傳感器元件暴露于所述狀況下的歷史。
18. 根據(jù)權利要求12所述的方法，還包括使用所述RFID電路的 獨立電源為所述RFID電路供電。
19. 根據(jù)權利要求12所述的方法，還包括使用從RFID讀出器傳 輸?shù)腞F能量為所述RFID電路供電。
20. —種基于RFID的傳感器，包括分立的傳感器元件，每個傳感器元件被配置為根據(jù)所述傳感器元 件對物理狀況的暴露情況從與第一二進制邏輯電平相關聯(lián)的第一傳導 性狀態(tài)切換到與第二二進制邏輯電平相關聯(lián)的第二傳導性狀態(tài)；和連接到所述分立的傳感器元件的RFID電路，所述RFID電路被 配置為傳輸對應于所述傳感器元件的傳導性狀態(tài)的二進制代碼。
21. 根據(jù)權利要求20所述的傳感器，其中所述代碼表示暴露于所 述狀況下的程度。
22. 根據(jù)權利要求20所述的傳感器，其中所述代碼表示暴露于所 述狀況下的持續(xù)時間。
23. 根據(jù)權利要求20所述的傳感器，其中 所述傳感器元件中的每一個對所暴露的不同狀況敏感；并且所述代碼表示暴露于所述不同狀況下的每一種狀況。
24. 根據(jù)權利要求20所述的傳感器，其中所述代碼表示先前暴露 于所述狀況下。
25. 根據(jù)權利要求20所述的傳感器，其中所述代碼表示當前暴露 于所述狀況下。
26. 根據(jù)權利要求20所述的傳感器，其中所述傳感器元件的至少 一個被配置為通過氧化過程改變狀態(tài)。
27. 根據(jù)權利要求20所述的傳感器，其中所述傳感器元件的至少 一個被配置為通過腐蝕過程改變狀態(tài)。
28. 根據(jù)權利要求20所述的傳感器，其中所述傳感器元件的至少 一個被配置為通過機械過程改變狀態(tài)。
29. 根據(jù)權利要求20所述的傳感器，其中所述傳感器元件的至少 一個被配置為通過化學過程改變狀態(tài)。
30. 根據(jù)權利要求20所述的傳感器，其中所述傳感器元件的至少 一個被配置為通過熱過程改變狀態(tài)。
31. 根據(jù)權利要求20所述的傳感器，其中所述物理狀況是環(huán)境狀況。
32. 根據(jù)權利要求20所述的傳感器，其中所述物理狀況與暴露于 電場、磁場和重力場中的至少一個相關聯(lián)。
33. 根據(jù)權利要求20所述的傳感器，還包括附加的傳感器元件，所述附加的傳感器元件被配置為通過人或動物的行為改變傳導性。
34.根據(jù)權利要求20所述的傳感器，其中所述代碼包含所述RFID 電路的識別碼。
全文摘要
基于RFID的傳感器包括多個分立的傳感器元件。每個傳感器元件會根據(jù)所述傳感器對物理狀況的暴露情況來改變傳導性狀態(tài)。連接到所述多個傳感器元件的RFID電路會傳輸對應于所述傳感器元件的傳導性狀態(tài)的所述代碼。所述代碼可包含所述RFID電路的識別碼。所述代碼可表示暴露于所述狀況下的程度或暴露于所述狀況下的持續(xù)時間。所述傳感器元件中的每一個可對不同的狀況敏感，并且所述代碼可表示暴露于所述不同狀況下的每一種狀況。所述代碼可表示先前暴露于所述狀況下，或表示當前暴露于所述狀況下。
文檔編號G06K19/077GK101405751SQ200780009331
公開日2009年4月8日 申請日期2007年2月22日 優(yōu)先權日2006年3月15日
發(fā)明者保羅·F·博德, 史蒂文·D·泰斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司