專利名稱：具有最佳編碼范圍的可無線詢問的表面波元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可無線詢問的編碼表面波元件，其原理在現(xiàn)有技術(shù)(US-A-4 263 595，US-A-5 469 170，1995年IEEE超聲學(xué)研討會，第117～120頁，WO96/14589，WO97/42519，WO97/26555)中已公開過。
表面波元件在其結(jié)構(gòu)性構(gòu)造方面包括由壓電材料或壓電淀積材料組成的薄基片。在其具有這種壓電性能的表面/膜之上或內(nèi)，至少布置有一種數(shù)字碼間結(jié)構(gòu)以作為壓電變換器。當在所述基片的表面內(nèi)給變換器的結(jié)構(gòu)元件加上相應(yīng)的電激勵時，便可借助該變換器產(chǎn)生一種被稱為表面波的聲波。該聲波在那兒具有一個延伸方向/形式，按照已知方法，該延伸方向/形式是通過所述的數(shù)字碼間結(jié)構(gòu)來確定的。該結(jié)構(gòu)確定了在所述表面的平面內(nèi)的主波傳播方向。
依照一種可無線詢問的表面波元件，該元件內(nèi)的上述表面波是通過所述變換器在無線電通路上的激發(fā)/饋給來激勵的。為此，所述變換器裝配有一個相應(yīng)的用于無線電接收的天線，且該天線通常還被用來用無線電從該變換器向一個接收器發(fā)回應(yīng)答信號。也可為該詢問信號設(shè)置一個單個的帶天線的變換器。
所述詢問信號是借助發(fā)射器來發(fā)送的，而該發(fā)射器能夠用預(yù)先給定的最小帶寬進行發(fā)射。為了發(fā)送這種無線電信號，譬如可以采用如下裝置，該裝置能夠借助譬如無線鏈路的非線性電子元件從熱能和/或機械能中生成一種高頻的脈沖。其詳細情況是已知的。
對于為上述元件所發(fā)回的無線電應(yīng)答信號而設(shè)置的接收器，尤其需要針對利用該表面波元件進行工作的系統(tǒng)的預(yù)給定參數(shù)而在其帶寬方面進行限定，這是已知的。
在用于識別的表面波元件中，需要確保將接收信號作為應(yīng)答信號而單值地分配給一個預(yù)定的、為此相應(yīng)專門編碼的表面波元件，于是系統(tǒng)可能包括有多個這種、但編碼互不相同的可詢問元件，而且/或者接收以其它任何方式到達接收器內(nèi)的其它信號。
在已知和通常的實踐中，這種可無線詢問的表面波元件還分別設(shè)有專門的編碼，該編碼可以實現(xiàn)在相應(yīng)的接收信號中明確地區(qū)分位于許多這種包含在系統(tǒng)中的表面波元件之內(nèi)的單個元件。
出于應(yīng)用可能性的原因，針對上文為這種可無線詢問的編碼表面波元件講述兩個實施例。其中一個實施例為，這種帶有編碼的表面波元件譬如被安裝在一個物體上，該物體可以借助該元件或其編碼相應(yīng)地被識別。這種元件也可稱為ID標簽。另一實施例為，所述表面波元件還具有附加的性能，或裝配有這種性能，以便能以傳感器的形式用于譬如測量溫度、力的大小和/或其它的物理、化學(xué)狀態(tài)量，等等。這些應(yīng)用以及與此相關(guān)的表面波元件的構(gòu)造是已知的。
可利用不同的原理從詢問信號中生成編碼的無線應(yīng)答信號。有一實施例是為編碼設(shè)置反射器單元，該單元安裝在上述變換器的數(shù)字碼間結(jié)構(gòu)裝置上，且能以已知的方式進行調(diào)諧。這種反射器單元通常為條形單元，且被設(shè)置在所述薄基片的表面上/內(nèi)的表面波的主波傳播方向通路上。為了代替該種反射器單元，也可以給所述的變換器分配一些諧振器，以作為編碼單元的其它實施例，這在下文還將繼續(xù)講述。
單個反射器單元的作用是引起一個與詢問信號、亦即與發(fā)射脈沖有時間偏移的表面波元件應(yīng)答信號。替而代之的設(shè)有諧振器的元件將產(chǎn)生一個根據(jù)(諧振)頻率來確定的應(yīng)答信號。(彼此相向或參考所述變換器而)布置于不同位置的每批大量的反射器則產(chǎn)生相應(yīng)多數(shù)量的、時間偏移不同的脈沖響應(yīng)信號，其中，相互的時間偏移依賴于相關(guān)反射器的相互位置。這在不同的響應(yīng)諧振頻率方面也相應(yīng)地適用于若干按頻率設(shè)置的不同諧振器。
于是，在所述反射器的情況下，表面波元件基于無線詢問信號所獲得的應(yīng)答信號是各個在時間上相對偏移的應(yīng)答子信號的求和疊加，而在所述諧振器的情況下，該應(yīng)答信號是相應(yīng)多正弦形的、時間有限的(大多為指數(shù)衰減)、且頻率互不相同的應(yīng)答子信號的求和疊加。每個表面波元件的識別通常是通過如下方式來實現(xiàn)的，即根據(jù)相關(guān)元件的各個反射器的選出位置確定一些接收時間點。利用諧振器原理可以得出與所述各個諧振器的所選諧振頻率相對應(yīng)的頻率中心點處的接收譜幅度。于是，反射器編碼的相關(guān)表面波元件的編碼或記憶編碼是具體/結(jié)構(gòu)性地在于相對于參考反射器單元或相對于所述薄基片表面上的變換器位置來對各個設(shè)置的反射器進行編碼定位。在利用諧振器進行編碼的情況下，所述選擇地預(yù)定的、各個諧振器的不同諧振頻率可以得出各元件的記憶編碼。
由此帶來的問題是，所屬測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分辨率一直會受到限制。在此，結(jié)構(gòu)分辨率應(yīng)被理解成系統(tǒng)(此處主要由所述的發(fā)射器、表面波元件和接收器組成)以兩個相互隔開的應(yīng)答子信號形式識別直接相鄰地位于所述薄基片上的兩個反射器的兩個反射應(yīng)答子信號的能力，或識別具有直接相鄰的諧振頻率的兩個諧振器的諧振應(yīng)答子信號的能力。在具有時間測定(反射器)的系統(tǒng)中，所述的時間結(jié)構(gòu)分辨率Δt與系統(tǒng)/測量所采用的頻譜帶寬B成反比，也即Δt與1/B成正比。在具有頻率測定(諧振器)的系統(tǒng)中，其情況在原理上是相似的，也就是說，此時所述的結(jié)構(gòu)分辨率Δf是由系統(tǒng)的品質(zhì)決定的，也即它與測試信號的時延t成反比(Δf與1/t成正比)。在普通具有高斯形包絡(luò)的測試信號情況下，所述的比例因子約為0.5。
上述在原理上被限制的結(jié)構(gòu)分辨率將會帶來如下后果，即在反射器的情況下所有編碼單元都具有一個最小的相互間隔，而在諧振器的情況下，所有編碼單元都必須有一個相應(yīng)的最小頻率中心間距，否則就會在所述應(yīng)答信號中如此地疊加位置相鄰或頻率相鄰的單元(反射器或諧振器)的信號成分，使得不能可靠地分析(識別)相關(guān)元件的編碼。
僅出于完整性的原因，此處還需指出的是，在下文還將繼續(xù)講述的本發(fā)明當中，還可以規(guī)定其它的編碼可能性。譬如，為了替代二進制系統(tǒng)(有反射器/無反射器)，也可采用基準大于2的編碼。為此，可以給各編碼單元設(shè)置多個幅度閾值/幅度級。另一種可能性在于，(按級)對兩個編碼單元的兩個信號之間的相差(附加地)進行分析。
已知的編碼方式為根據(jù)所需的編碼范圍，在所述表面波元件上沿著變換器產(chǎn)生的表面波的主波傳播方向、并按位置分布或多或少地布置多個反射器條。從現(xiàn)有技術(shù)可以得知，對于譬如32比特的編碼范圍，需要在所述主波傳播方向上依次設(shè)立32個位置以用于需設(shè)置的最多32個反射器。于是，在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分辨率(按照渡越時間量＝通路長度s除以當前波速v來測量的)為1μs的情況下，為反射器裝置進行二進制編碼需要31μs的渡越時間長度，也即從第1至第32比特。這需要所述元件所需的薄基片的相當大長度。由此便帶來了一些技術(shù)問題，這在下面還要聯(lián)系本發(fā)明進行進一步地探討。關(guān)于把諧振器用作編碼單元的情況也可以參看(下文)所給出的詳細說明。
本發(fā)明的任務(wù)在于，針對特別大的預(yù)定編碼范圍而為每個單個的編碼采用更小的薄基片長度/大小，以及/或者采用盡可能少的編碼單元。換句話說，本發(fā)明是為預(yù)定的編碼范圍尋求一種編碼方案，它給各編碼只采用極少的編碼單元，同時這些編碼單元可專門被選出放置在一個極小的薄基片長度/平面上。
該任務(wù)由權(quán)利要求1或2所述的措施來解決，本發(fā)明的其它擴展和改進方案由從屬權(quán)利要求給出。
為本發(fā)明的新編碼原理設(shè)置了一種新型的構(gòu)成各編碼的位置分布或頻率分布，在給出的、上文定義的結(jié)構(gòu)分辨率情況下，所述分布(下文將首先針對反射器的位置分布情況進行闡述)能實現(xiàn)更多不同的編碼。在上述的實施例中，本發(fā)明能夠在所述表面波元件或其所屬系統(tǒng)(尤其是分析信號的接收器)的結(jié)構(gòu)分辨率譬如為1μs的情況下，在所述聲波的31μs渡越時間長度上比具有232個不同編碼的現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)高約4000倍的編碼范圍(17 167 680 177 565個編碼)，這在某方面對應(yīng)于已知編碼的43比特編碼范圍。為了用下文給出的本發(fā)明措施代替上述的32比特編碼范圍，在本發(fā)明中每次只需要為各個單個的編碼設(shè)置23個反射器(諧振器)，于是對于該單個的編碼，大大減小的薄基片長度相應(yīng)地為22.5μs的渡越時間就足夠了。前面的數(shù)字比較只是本發(fā)明實現(xiàn)的優(yōu)點的一個例子。如果假設(shè)在反射器的情形下渡越時間測定(或在諧振器的情形下頻率測定)具有更小的測量精度，那么在系統(tǒng)中甚至可以把所述的數(shù)字比較選得更大，這樣，甚至在19μs的長度上，各編碼最多只設(shè)置20個反射器就可以譬如實現(xiàn)已知的32比特編碼。
現(xiàn)在，首先針對和通過利用反射器(＝時域內(nèi)的編碼)實施本發(fā)明的元件來進一步進行闡述，并接著還講述利用諧振器(＝頻域內(nèi)的編碼)的實施。
根據(jù)權(quán)利要求，在上文定義的已知結(jié)構(gòu)分辨率Δ中考慮或引入系統(tǒng)用于渡越時間測定或頻率測定的測量精度δ的特性。該測量精度表明了利用所述系統(tǒng)測出的渡越時間值/頻率值偏離該物理結(jié)構(gòu)的實際渡越時間值/頻率值的隨機和系統(tǒng)誤差。根據(jù)在系統(tǒng)中或利用該系統(tǒng)所執(zhí)行的測量的不準確性，反射器的時間位置或諧振器的頻率只可以精確地被確定在一個由所述測量精度所標明的間隔上。在具有表面波元件的系統(tǒng)中，所述測量精度δ的量一定要明顯小于所述結(jié)構(gòu)分辨率的量。對于隨機測量誤差，所述的測量精度δ還可以通過對多個測量求平均而進一步縮細，而對于系統(tǒng)誤差，該測量精度δ則可以通過校準過程而進一步縮細，這在下文還將詳細進行說明。
根據(jù)本發(fā)明，利用該δ量來為本發(fā)明理論的編碼構(gòu)成各個具有等距離柵條間隔δt的定位格柵或具有等頻率柵條間隔δf的頻率格柵。
本發(fā)明的原理為，盡管由帶寬給定了譬如一直是相同大小的可用結(jié)構(gòu)分辨率Δ，但按照本發(fā)明可在上述定位格柵中布置所述的反射器，而且，為了能夠不顧所述被限制的結(jié)構(gòu)分辨率而明確地確定每個反射器的位置，本發(fā)明還規(guī)定在定位格柵中只如此地占用所述的格柵位置，使得在沒有編碼、也即沒有編碼配置的情況下占用掉所述定位格柵的相鄰位置。如果譬如以時間量測度的渡越時間測定的測量精度是同樣以時間量測度的結(jié)構(gòu)分辨率Δ(譬如1μs)的一半大小(譬如δt＝0.5μs)，那么根據(jù)本發(fā)明的理論規(guī)定，在所述定位格柵的兩個被占用的位置之間至少留出一個沒被占用的柵條位置。如果譬如量δt甚至只有所述結(jié)構(gòu)分辨率的1/3大小，那么，同具有結(jié)構(gòu)分辨率大小的格柵相比，所述定位格柵要被細分三次。因此根據(jù)本發(fā)明的規(guī)定，雖然在兩個相鄰被占用的編碼反射器之間必須至少留出兩個未占用的定位格柵位置，也即這也取決于所限制的結(jié)構(gòu)分辨率，但是，通過利用為各個編碼設(shè)置的譬如32個反射器位置，本發(fā)明原理的編碼范圍還是可以增加到5×1015個編碼。在該情形下，在僅19μs的芯片長度上為各編碼最多只設(shè)置20個反射器便可生成上述的32比特編碼。
在本發(fā)明的意義上，上述實施方案也適用于不采用所述反射器、而用諧振器作為編碼單元的情況，這在下文還將詳細進行講述。
本發(fā)明的一種擴展方案規(guī)定，在各表面波元件內(nèi)，總是為預(yù)定總編碼范圍的元件組內(nèi)的各專用元件的各個編碼/(編碼可能性)統(tǒng)一地設(shè)置相同多的編碼單元、也即反射器或諧振器。對表面波元件來說這意味著，從變換器的角度來看，以及對于聲波的傳播而言，該波的衰減總是有利地具有相同的大小，由此可以從一個有偏差的子信號接收數(shù)目中識別出有誤差的編碼。根據(jù)本發(fā)明具有恒定編碼單元數(shù)量的該擴展方案，各編碼的所述編碼單元只是分布不同地排列在所述的定位格柵之內(nèi)。整個定位格柵具有統(tǒng)一的-相對于現(xiàn)有技術(shù)-最佳短的長度，或者說它可以實現(xiàn)較短的元件尺寸。
在測量精度更小的情況下(譬如小于上述的0.33μs)，對于預(yù)定長度的反射器或?qū)τ陬A(yù)定的元件芯片平面上的諧振器，編碼范圍或編碼可能性的數(shù)量可以利用各編碼的預(yù)定數(shù)目的編碼單元進一步增大。相反，在測量精度進一步縮細且編碼范圍預(yù)定的情況下，可以減少各編碼所需的編碼單元數(shù)目和/或元件的薄基片所需的長度或面積。
換言之，本發(fā)明的思想也可描述如次為編碼范圍的各個編碼的編碼單元構(gòu)造一個本發(fā)明的格柵。對反射器而言它是定位格柵，而對于作為編碼單元的諧振器而言它是頻率格柵。該相關(guān)的格柵具有等距離的、格柵基值的(定位或頻率)基本間隔δg。
該間隔是根據(jù)系統(tǒng)的測量精度來進行限定的，在該系統(tǒng)中可以用誤差δ(δt用于渡越時間測定；δf用于頻率測定)來測度渡越時間或頻率。
在本發(fā)明的格柵中，所述間隔的尺寸被最佳地定為等于該量δ，或也可以大于該量δ。
然而根據(jù)本發(fā)明，總是只用編碼單元“占用”如下的基值(位置/頻率)，其中如此定位的編碼單元之間的間隔大于或等于整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分辨率Δ。如果所述的測量精度δ＝0.5μs或0.33μs，那么在結(jié)構(gòu)分辨率為1μs的情況下，本發(fā)明所要求的、兩個作為編碼單元而定位的反射器之間的間隔Δ按時間量測度為1μs。與現(xiàn)有技術(shù)的主要不同在于，通過采用其量要比所述結(jié)構(gòu)分辨率小的測量精度，可以相應(yīng)提供多倍更細的定位格柵來利用作為編碼單元的反射器進行占用。因此，在結(jié)構(gòu)分辨率Δ不變的情況下，人們可以利用相同數(shù)量的編碼單元為各編碼實現(xiàn)更大的編碼范圍，或者用較少的編碼單元為各編碼實現(xiàn)迄今的編碼范圍。結(jié)構(gòu)分辨率同所選格柵大小的劃分比也可以為(大于1的)非整數(shù)。
如果把該技術(shù)處理的理論應(yīng)用到利用諧振器進行編碼的表面波元件上，則可以得出如下類似之處。為了代替R個反射器，在(屬于預(yù)定編碼范圍的)各表面波元件的薄基片上裝設(shè)和布置了數(shù)目為R個的諧振器。該R個諧振器分別具有互不相同的諧振頻率fi，i＝1～R。用于選擇所述頻率fi的格柵為本發(fā)明具有譬如1～46個基值f的頻率格柵。該基值具有等距離的間隔δf。供編碼(在下文給出的限制下)使用的諧振頻率的該基本間隔如此來進行限定，即它大于或最好等于被用來在由發(fā)射器、接收器及表面波元件組成的系統(tǒng)中測量各個頻率的測量精度量δf。與反射器的情況相比，在所述的格柵內(nèi)，此處也可以從格柵的(譬如1～46個)基值頻率中選出如下的頻率fi來用于作為編碼單元使用的諧振器，其中選出的兩個相鄰諧振器的諧振頻率(fj，fj+1)的間隔總是大于或最好等于所述的結(jié)構(gòu)分辨率、也即整個系統(tǒng)的頻率分辨率Δf，該分辨率包括在該諧振器的、由其自身品質(zhì)得出的固有帶寬之內(nèi)。
為了計算所述的編碼范圍，可以采用如下的計算法則。假定P為每個結(jié)構(gòu)分辨率Δ間隔內(nèi)的基值數(shù)目(p·δ＝Δ)。譬如，對于測量精度為0.5μs和結(jié)構(gòu)分辨率為1μs的上述實施例，P＝2。而對于測量精度為0.33μs和結(jié)構(gòu)分辨率同樣為1μs的所述實施例，P＝3。假定已給出數(shù)目為R的各編碼單元的編碼范圍Cu(也即Cu{R}))以及編碼單元數(shù)為R+P-1的編碼范圍(Cu{R+P-1})。由此可根據(jù)求和得出編碼范圍(Cu{R+P})，也即(Cu{R+P}＝(Cu{R}+(Cu{R+P-1})。如果由此知道了P個相繼的編碼單元數(shù)(Cu{R})，(Cu{R+1})，…，(Cu{R+P-1})的編碼范圍，那么便可連續(xù)地計算出接下來所有的編碼單元數(shù)的編碼范圍。
如果接收單元另外還如此地進行構(gòu)造，使得其可以確定各個編碼單元諧振器的接收子信號的幅度和/或相位或頻率情況，那么，在把諧振器用作編碼單元的情況下，還可以進一步提高該編碼范圍。在該情形下，可以采用幅度或相位，或采用該兩個信息來附加地根據(jù)已知的原理進一步擴大編碼范圍。
如果所述編碼單元的結(jié)構(gòu)還要用于傳感測量目的(如上文所述)，那么也可以優(yōu)選地采取如下做法，即反射器的可能位置或諧振器的頻率并不真正地放置在本發(fā)明的等距離格柵上，而是給該編碼單元位置(頻率)引入一個確定的偏差，這樣，所述編碼單元之間的間隔/頻率間隔并不真正等于所述的等距離格柵。由此避免了所有反射器或諧振器提供過多的傳感信息。當然，在該類型的實施過程中仍然需要作如下考慮，即編碼單元之間位置或頻率間隔按照本發(fā)明至少不能小于整個傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分辨率Δ(譬如上文所述的1μs)。于是，此處的基本間隔δ要么可定得較大(大于最小值)，要么可設(shè)置較少的編碼。
此外，本發(fā)明類型的表面波元件編碼還提供了以下許多優(yōu)點，譬如在技術(shù)實現(xiàn)和在表面波元件上進行實施等方面的優(yōu)點。譬如與多相編碼方法相比，本發(fā)明類型的編碼在一定限度內(nèi)較少地依賴于表面波在元件內(nèi)的傳播速度變化。為了進行比較，譬如考慮一種具有中心頻率為434MHz、結(jié)構(gòu)分辨率為1μs的ID標簽，而且其每個間隔Δ具有數(shù)目為P＝4個反射器。在該情形下，4級的相位編碼(4PSK調(diào)制)具有可與本發(fā)明實現(xiàn)的、被稱為脈沖位置調(diào)制的編碼相比較的編碼范圍。在該中心頻率時，1μs的最小結(jié)構(gòu)分辨率等于434xλ。在已知的4 PSK調(diào)制中，兩個相鄰的狀態(tài)由90°相位、也即λ分開。譬如由制作元件時的位置不準確性或因元件的表面波速度偏差而造成的反射器的時間位置變化僅為0.25λ∶434λ＝1μs∶1736，由此已導(dǎo)致不容許的應(yīng)答信號訛誤，并由此帶來錯誤的識別。在一種具有本發(fā)明編碼的元件中，只有當格柵內(nèi)的反射器位置錯誤地定位0.25μs時才會出現(xiàn)此類錯誤。于是，當表面波元件按本發(fā)明進行編碼時，便會出現(xiàn)一種可進行比較的信號訛誤。這表明，同已知的PSK調(diào)制相比，具有按本發(fā)明實施的編碼方法的表面波元件相對于表面波速度變化和/或定位誤差的靈敏度要低出因數(shù)400。另外這還表明，本發(fā)明類型的編碼是一種極為可靠的、表面波元件的多值編碼。由此帶來大量的、也與制作按本發(fā)明編碼的元件有關(guān)的優(yōu)點。
對于本發(fā)明所采用的定位格柵/頻率格柵的柵條間隔δt或δf，上文所基于的是測量不準確性的相應(yīng)量δ，該量或多或少地小于所述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分辨率Δ。在此，譬如根據(jù)經(jīng)驗或測量來選擇該值δ的量，而所述的測量是利用表面波元件的工作來獲得的。本發(fā)明的擴展方案的任務(wù)是在于提供一些措施，以便用來預(yù)期地獲得需實現(xiàn)的測試精度δ的(小)量，也即盡可能最佳地使用上述的發(fā)明。
該任務(wù)通過如下優(yōu)選方法來實現(xiàn)，即讀出每個被編碼的表面波元件的各編碼。在實現(xiàn)該讀出時，規(guī)定相繼地多次讀出各編碼，也即相應(yīng)地多次測量每個單個的編碼單元。于是，借助應(yīng)答信號用測試技術(shù)測出、亦即測量出每個單個反射器的位置的時間量t或每個單個諧振器的頻率。在相應(yīng)地多次讀出所述編碼的過程中，該多次讀出各編碼的單個編碼單元是以極快的順序?qū)崿F(xiàn)的。由此獲得一些包括有相應(yīng)單個編碼單元的多次測量結(jié)果的數(shù)據(jù)組。針對被讀出的編碼的各編碼單元獲得一個同類的數(shù)據(jù)組。對這些數(shù)據(jù)組進行分析，并獲得標準偏差量或另一個表示各數(shù)據(jù)組內(nèi)單個測量的統(tǒng)計或不準確性的量。利用相應(yīng)的測量頻度可以(針對反射器位置或諧振器的諧振頻率)獲得一個相應(yīng)的平均值，或獲得另一具有某個測量精度的代表性位置平均值/頻率平均值，該測量精度可作為本發(fā)明定義和使用的測量精度δ的基礎(chǔ)。
如果在上述多次讀出各編碼的編碼單元時甚至以一個量低于譬如預(yù)定的測量精度δ、也即低于預(yù)定的格柵大小δt或δf，那么便可以提高正確測試各編碼單元、即反射器位置/諧振頻率的可能性，也就是說，整個被讀出的編碼是正確地讀出的。通過該利用多次讀出并求平均而實現(xiàn)讀出的擴展方案，可以實現(xiàn)如下分析，其中所有隨機的、每個測量所固有的不準確性可以降低到一個(足夠)小的量。
在上面講述的對測量值求平均當中，也可以用與其相對比的方式執(zhí)行一種校準方法，以便消除可能的系統(tǒng)誤差。為此，所述的表面波元件至少需要帶有兩個參考單元，譬如編碼單元。除所述的編碼單元之外，這還可以是參考反射器和/或參考諧振器，譬如被用作開始單元和/或結(jié)束單元。該參考單元與格柵無關(guān)地被排列在一些已知的位置中，或作為具有已知諧振頻率的諧振器而被排列在所述的表面波元件上。通過將該參考單元的測量值或必要時將平均的測量值同其預(yù)定的已知值進行比較，譬如將所述開始和結(jié)束單元之間的測量時差/頻差同由結(jié)構(gòu)預(yù)定的已知差值進行比較，以及/或者將所述開始單元和結(jié)束單元的位置/頻率的測量值同其相應(yīng)已知的實際位置/頻率進行比較，可以推導(dǎo)出一個比例因子和/或偏移值，利用它(它們)可以校準所述編碼單元的所有時間/頻率測定值。在此，也可優(yōu)選地多次執(zhí)行所述的校準，或通過多次測量來求平均，直到能確保由此實現(xiàn)的、位置值/時間值或頻率值的(較細)精度以某個量值小于所述測量精度δ的預(yù)定量。
上述的求平均或校準，或者該兩種措施一起可優(yōu)選地實施為本發(fā)明的擴展方案。
為詳細闡述本發(fā)明，下面借助附圖來進行說明。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的具有反射器的表面波元件，圖1a示出了無線電詢問系統(tǒng)中的元件，圖2示出了被用來補充說明本發(fā)明所給出的定位格柵定義的圖示，圖3示出了兩個表面波元件的實施例，所述表面波元件在編碼范圍內(nèi)具有不同的編碼，且具有相同數(shù)量的反射器作為編碼單元，圖4用俯視圖示出了本發(fā)明編碼表面波元件的結(jié)構(gòu)性構(gòu)造，該元件具有作為編碼單元的諧振器，圖5示出了本發(fā)明定義的頻率格柵，它具有各個可供(有限制地)選擇的諧振頻率，以及圖6示出了所述頻率格柵中兩個不同編碼的實施例。
圖1示出了包含本發(fā)明理論的、帶有薄基片10的表面波元件1，所述的薄基片譬如由鉭酸鋰、鈮酸鋰等制成，或也可以由石英制成。該材料具有所需的壓電性能。一方面，在用俯視圖示出的薄基片10的表面11上裝有一個電聲變換器12。該變換器譬如為一種包含兩個梳形結(jié)構(gòu)的具有兩電氣端子14的數(shù)字碼間結(jié)構(gòu)。所述兩個電氣端子以所謂的墊片形式被定位在薄基片10的載體襯底101上，并與相應(yīng)的梳形結(jié)構(gòu)電氣相連。在該端子14上電連接了為可無線詢問的元件而設(shè)立的(偶極)天線114。用15標出了在薄基片10的表面內(nèi)借助變換器12壓電地生成的表面波(用符號表示的)。利用雙箭頭115來表示主波傳播方向的定位。用20概括地標示所述的編碼單元結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括根據(jù)波傳播方向115進行取向定位的編碼單元21。利用字符1、2、3、…、46來數(shù)字式地標明下文還將繼續(xù)講述的格柵“基值”。在這些字符當中，位置1、3、6、8、10、13、…以及46上均設(shè)有一個編碼單元21。在圖1中，為此給出了反射器21’。對于一組這樣元件的每個表面波元件，為其專門選擇的、所述編碼單元在譬如46個基值上的分布對應(yīng)著或形成了預(yù)定編碼范圍內(nèi)的一種專用編碼，而這種編碼范圍是可以利用該組元件來提供的。
對于上述特別是利用校準進行讀出以便消除可能的系統(tǒng)故障的情況，可以采用作為參考單元的反射器K1和K2來作為開始和結(jié)束參考編碼單元。
出于完整性的原因，還需指出其它一些結(jié)構(gòu)單元，譬如以已知方式包含在傳感器結(jié)構(gòu)221內(nèi)的反射器，所述的傳感器結(jié)構(gòu)譬如用于溫度測量、力測量或類似作用等等。用17標示所述表面波的普通陷波器。
圖1a示出了系統(tǒng)的概觀，所述系統(tǒng)包含有表面波元件1和無線詢問所需的發(fā)射器S及接收器E。
圖2只示出了圖1所示實施例視圖中的薄基片10和變換器的數(shù)字碼間結(jié)構(gòu)12(因為該數(shù)字碼間結(jié)構(gòu)確定了薄基片10的表面內(nèi)的主波傳播方向115)。根據(jù)本發(fā)明，為了替代圖1的編碼單元結(jié)構(gòu)20(此處還沒有實施)，給出了為本發(fā)明的反射器所定義的定位格柵30，其位置基值為130，這些基值在圖1中是用1、2、3、…、46來標示的。各個基值130分別通過其(中心)線被示出。如此來定義本發(fā)明的該格柵30，使得其一方面對準由變換器12產(chǎn)生的波15的主波傳播方向115。由于此處的波傳播方向是呈直線的，所以定位格柵30為一個線性格柵。在特殊情況下，也可以有其它的配置，但所述的格柵不斷地如此跟蹤波傳播方向，使得基值130的被占位置上的用作編碼單元的反射器可以按已知方式反射作用于表面波15。
線性格柵30所具有的基值130同在考慮本發(fā)明其它各個編碼單元的分布條件時的預(yù)定編碼范圍所需要的基值一樣多。根據(jù)本發(fā)明給出的定義，如此來限定基值130相互之間的等間距a，使得相鄰基值(1與2、2與3、…)的每個間距等于所述聲表面波15在一確定的時間量內(nèi)經(jīng)過的路長δt。對于利用編碼單元形式的反射器所進行的渡越時間測定，所述的時間量為上文定義的時間測定的測量精度或由定時所確定的系統(tǒng)測量精度δ，其中該系統(tǒng)內(nèi)包含有表面波元件1和發(fā)射器S及接收器E。
正如前文利用本發(fā)明的理論所講述過的一樣，定位格柵30的基值30只是以與所述結(jié)構(gòu)分辨率相對應(yīng)的間隔Δt而用一個編碼單元來占用的。當δt≤Δt時，在兩個占有編碼單元的基值130之間留有一個或多個基值130。
作為權(quán)利要求3的一個顯然的實施例，圖3相鄰地示出了兩個定位格柵30’和30”，(為簡化起見)其分別只具有13個格柵基值130。在兩個格柵內(nèi)，各格柵在所述基值130上所占的位置數(shù)目是相同的，也即分別為六個帶有編碼單元21、亦即反射器21’的基值130。但是，按照六個格柵內(nèi)的不同編碼，其占用的分布是不同的。
圖4以實施例的形式示出了具有諧振器的實施方案，用以代替上述附圖中所示的反射器。
圖4用俯視圖示出了具有諧振器220的表面波元件1’。用10’來標示所述的薄基片，該基片的表面11上布有變換器212、所述的諧振器220、用于偶極天線114的端子14、以及用于波衰減的陷波器17。在圖4的第二行中示出了變換器2121和組成諧振器2201的兩個諧振器組件2201’和2201”。用115表示主波方向，以及用15表示所屬的表面波。諧振器2201的上述兩個組件由對該單元來說為較普通的、相互隔開的反射器條組成，而且通過選擇該條間隔來調(diào)諧到譬如所選出的頻率f1。該諧振器2201是圖4所示的編碼元件1’的第一個編碼單元。在下一行示出了第j個編碼單元，它具有同樣由兩個組件構(gòu)成的諧振器220j和為產(chǎn)生波15所需要的變換器212j。所述的頻率fj也是從本發(fā)明的頻率格柵選出的。第四行示出了元件1’的第R個編碼單元。該諧振器也由兩個組件220R構(gòu)成。該諧振器220R被調(diào)諧到頻率fR，而該頻率同樣是在本發(fā)明預(yù)定的頻率格柵中選出的。因此，該諧振器在其諧振頻率方面為以已知方式進行調(diào)諧的、且具有相互不同的頻率f1～fR的表面波結(jié)構(gòu)。所述選出的頻率便產(chǎn)生了所述專用表面波元件的總編碼。變換器2121至212R可以按給定的方式串聯(lián)或并聯(lián)起來。也可以在結(jié)構(gòu)上設(shè)置單個的變換器結(jié)構(gòu)，但它必須包括所示的主波傳播方向1151～115R。通常，該變換器212的帶寬如此之大，以致于相同實施的變換器可以構(gòu)成變換器鏈。
圖5所示的、對于具有諧振器的實施方案很重要的本發(fā)明頻率格柵230與圖2的定位格柵是相似的。如權(quán)利要求所述的、對本發(fā)明很重要的且位于所述頻率范圍內(nèi)的柵條間隔δf是由系統(tǒng)的測量精度給出的，該系統(tǒng)由反射器、接收器和表面波元件組成，或者，所述柵條間隔由利用多次測量或利用求平均而實現(xiàn)的測量精度來給定，比如圖2中由時間測定精度所給出的基值130的間隔。
根據(jù)圖1和2的實施方案，在圖5中譬如也可以給定46個頻率fi。在此，元件1’需要多少個這種頻率fi來選擇其諧振器2201～220R的數(shù)目為R個的諧振頻率，還取決于所述預(yù)定的編碼范圍。(為了使圖1或圖4所示的元件1或1’的幾何尺寸保持盡可能地小，在此還把所述數(shù)目R選得最小，譬如在不變的大結(jié)構(gòu)分辨率Δ的情況下，這可以利用本發(fā)明用較細的測量精度δ來實現(xiàn)。)根據(jù)權(quán)利要求，如下限制適合被用來“占用”圖5所示頻率格柵的可能基值，即在諧振器所使用的兩個相鄰的頻率fj和fj+1(j＝1～R)之間必須為頻率間隔Δf，其中Δf至少大于或等于由系統(tǒng)的品質(zhì)所給定的結(jié)構(gòu)分辨率。該結(jié)構(gòu)分辨率為頻率間隔Δf，為了在系統(tǒng)中區(qū)分兩個相互不同的諧振頻率，該頻率間隔是必需的。譬如，如果系統(tǒng)的頻率測定精度比頻率結(jié)構(gòu)分辨率Δf小兩倍，那么，與其反射器具有對應(yīng)于時間量Δt的最小允許位置間隔的上述元件1相比，在具有諧振器的實施方案中可以采取用最小頻率格柵Δf＝2xδf來占用圖5所示的頻率位置f1～f46。
為了實現(xiàn)具有校準的讀出，在采取諧振器作為參考單元的元件中，所述諧振器K11及K12被用作開始和結(jié)束單元。
與圖3相比，圖6示出了根據(jù)預(yù)定編碼范圍的兩種不同編碼的頻率方案，它們具有預(yù)定的被用作編碼單元的六個諧振器。譬如，這可以是預(yù)定編碼范圍的、數(shù)目為N的編碼表面波元件1’的元件1(n)及1(n+1)的不同編碼。
通過應(yīng)用本發(fā)明還可在實施制造過程方面實現(xiàn)一些優(yōu)點。譬如，在制造本發(fā)明的編碼元件時，可以降低用于制作編碼單元(反射器/諧振器)的曝光時間，比如減半。這是通過在曝光掩模上總是一起放置譬如兩個共同曝光的反射器來實現(xiàn)的。對此，這兩個反射器必須設(shè)有相互不同的間隔，也即按本發(fā)明規(guī)定的最小間隔而放置在曝光掩模上。如果譬如結(jié)構(gòu)分辨率為1μs，以及編碼單元數(shù)是每結(jié)構(gòu)分辨率間隔Δ為P＝4，那么必須為反射器間隔1.00、1.25、1.50、1.75以及(必要時)2.00μs設(shè)置總是具有兩個需同時曝光的反射器的曝光掩模。
權(quán)利要求
1.被裝設(shè)用于ID標簽無線詢問系統(tǒng)(S，E，1)的編碼表面波元件(1)，具有一種薄基片(10)，該基片在其表面(11)內(nèi)具有壓電的材料性能，具有至少一個電聲變換器(12)，它包括一個位于所述薄基片(10)的表面(11)之上的數(shù)字碼間結(jié)構(gòu)，該數(shù)字碼間結(jié)構(gòu)被用來在所述表面(11)內(nèi)產(chǎn)生一種聲表面波(15)，所述表面波具有由該結(jié)構(gòu)確定的主波傳播方向(115)，以及具有一種反射器結(jié)構(gòu)(20)，它包括被用作編碼單元(21)的各個反射器(21’)，在所述的主波傳播方向(115)上，所述反射器在薄基片(10)的所述表面(11)上相互隔開，其特征在于為了按間隔定位所述的反射器(21’)，選擇一種具有等距離相互隔開的基值(130)的定位格柵(30’)，該格柵對準所述的主波傳播方向(115)，而且其中，根據(jù)所述聲表面波(15)在一時延(0.5，0.33，…μs)內(nèi)所經(jīng)過的路長來限定柵條間隔(δt)的量，而所述時延是通過時間測定的系統(tǒng)(S，E，1)測量精度(δ)來預(yù)定的，以及在該定位格柵(30)的這些基值(130)中，只有如下基值被反射器占用以作為相應(yīng)分配給各個編碼的位置，在該基值中，相鄰反射器之間的間隔總是至少等于或大于由系統(tǒng)的頻率帶寬所給定的結(jié)構(gòu)分辨率(Δt)(1μs)。
2.被裝設(shè)用于ID標簽無線詢問系統(tǒng)(S，E，1’)的編碼表面波元件(1’)，具有一種薄基片(10)，該基片在其表面(11)內(nèi)具有壓電的材料性能，具有一個或多個電聲變換器(212)，其布置在所述薄基片(10)的表面(11)之上，而且被用來在所述表面(11)內(nèi)產(chǎn)生一種聲表面波(15)，所述表面波具有由該結(jié)構(gòu)確定的主波傳播方向(115)，以及具有被設(shè)為編碼單元的諧振器結(jié)構(gòu)(220j)，該諧振器結(jié)構(gòu)具有其相應(yīng)的諧振頻率(fj)，其中，參考相應(yīng)變換器的每個所述諧振器結(jié)構(gòu)被放置在所述變換器的各個主波傳播方向(115)上，其特征在于為了確定所述諧振器結(jié)構(gòu)(220)的各個諧振頻率(fj)，選擇具有等距離相互隔開的頻率(f1…f46)的頻率格柵(230)作為所述格柵的基值，其中，根據(jù)在系統(tǒng)中可被用來測量頻率的測量精度(δf)來限定所述彼此位于頻率格柵(230)內(nèi)的基值的頻率間隔量(δf)，以及在該頻率格柵(230)中如此地為每個諧振器結(jié)構(gòu)(230j)選擇所述的諧振頻率(fj)，使得在該頻率格柵(230j)內(nèi)只有如下諧振頻率被用于各個諧振器結(jié)構(gòu)(220)，即在所設(shè)的諧振器結(jié)構(gòu)(220)的兩個相鄰諧振頻率(fj；fj+1)之間，每個頻率間隔(Δf)至少等于或大于由系統(tǒng)各個諧振器的諧振時延所給定的、頻率測定的結(jié)構(gòu)分辨率(Δf)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的元件，其中，在預(yù)定的編碼范圍內(nèi)給各個編碼分別分配一個相同大小數(shù)目的編碼單元(21)。(圖3)
4.如權(quán)利要求1或3之一所述的元件，其中，所述薄基片(10)在所述定位格柵(30)的方向上具有一個最小的構(gòu)造長度，該長度是由所述變換器(12)的數(shù)字碼間結(jié)構(gòu)和利用預(yù)定編碼范圍在定位格柵(30)方面給定的。
5.如權(quán)利要求1～4之一所述的元件，另外還具有至少一個傳感器結(jié)構(gòu)(221)。
6.如權(quán)利要求1～5之一所述的元件，另外還具有用于擴展所述編碼范圍的編碼單元加權(quán)器。
7.如權(quán)利要求1～6之一所述的元件，在所述編碼單元(21；220)上還附加有參考單元(K1，K2；K11，K12)。
8.為權(quán)利要求1～6所述的元件確定相應(yīng)編碼的方法，其特征在于分別多次相繼地測定所述相應(yīng)編碼(20；2201～220R)的各個編碼單元(21；220)的應(yīng)答信號，然后從該測定的值中為各編碼單元(21；220)求出平均值，以及/或者從所述編碼的編碼單元的值中確定一個表示測量精度(δ)的量。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述表示測量精度(δ)的量為各編碼單元的測量值同其平均值(＝靜態(tài)標準偏差)的平均偏差的大小。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其中，如此多次地執(zhí)行所述各個編碼單元的應(yīng)答信號測定，使得所有平均值的所述測定的平均測量精度(δM)被縮細到如下大小，即它不超過所述測量精度(δ)的、被用來形成所述表面波元件的格柵大小(δ)的預(yù)定量。
11.如權(quán)利要求9或10所述的方法，其中，如此多次地執(zhí)行所述各個編碼單元的應(yīng)答信號測定，使得代表性的平均值的所述測定的平均測量精度(δM)被縮細到如下大小，即它不超過所述測量精度(δ)的、被用來形成所述表面波元件的格柵大小(δ)的預(yù)定量。
12.如權(quán)利要求8～11之一所述的方法，被用來為權(quán)利要求7所述的具有參考單元的表面波元件確定相應(yīng)的編碼，其特征在于多次相繼地詢問所述的參考單元(K1，K2；K11，K12)，并根據(jù)該多次獲得的應(yīng)答信號確定平均的標定值和/或偏移值，以及利用該平均值來校正所述編碼單元的所述應(yīng)答信號。
13.一種方法，其中實施了如權(quán)利要求8、9或10所述的措施和權(quán)利要求11所述的措施。
全文摘要
講述一種編碼方案,在系統(tǒng)具有相同大小的結(jié)構(gòu)分辨率(Δ)的情況下,與現(xiàn)有技術(shù)相比,本編碼方案能夠利用相同的編碼單元數(shù)實現(xiàn)較大的編碼范圍,而且,在預(yù)定的編碼范圍情況下,利用本編碼方案的編碼只需要較少的編碼單元。所述編碼單元(反射器21或諧振器220)被放置在一種新定義的具有若干基值的格柵(30)內(nèi),其中,與所述結(jié)構(gòu)分辨率(Δ)相比,該格柵具有更細的基值(130)刻度(δ)。在改進方案中還可以求平均值。
文檔編號H04B1/707GK1344373SQ99815081
公開日2002年4月10日 申請日期1999年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月23日
發(fā)明者M·沃斯克, F·施米德特, O·斯策斯尼, L·雷恩德爾 申請人:西門子公司