Патент на изобретение №2253149

(54) ОПРАШИВАЕМЫЙ ПО РАДИО ЭЛЕМЕНТ НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ С ОПТИМАЛЬНЫМ ОБЪЕМОМ КОДА

(57) Реферат:

Изобретение относится к опрашиваемому по радио кодированному идентификационному элементу. Его использование позволяет получить технический результат в виде снижения числа кодовых элементов и/или длины пластинки подложки. Кодированный элемент содержит пьезоэлектрическую подложку с электроакустическими преобразователями в виде встречно-штыревой структуры, чтобы получить акустическую поверхностную волну с главным направлением распространения, и отражательную структуру, отражатели которой являются кодовыми элементами на главном направлении распространения волны. Технический результат достигается благодаря тому, что для позиционирования отражателей выбран растр эквидистантных положений в качестве основных значений растра, при этом величина разнесения в этом растре выбрана соответственно участку пути, который акустическая поверхностная волна проходит за время, определяемое выбранной временной погрешностью измерений системы, а отражатели распределены только по таким положениям растра, для которых расстояния между соседними отражателями определяют разрешающую способность отражательной структуры, определяемую шириной частотной полосы системы. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

Настоящее изобретение относится к опрашиваемому по радио кодированному элементу на поверхностных акустических волнах, как он в принципе известен из уровня техники (US-A-4 263 595; US-A-5 469 170; 1995 IEEE Ultrasonics Symp., стр.117-120; WO 96/14589; WO 97/42519; WO 97/26555).

Элемент на поверхностных акустических волнах относительно своего конструктивного выполнения содержит пластинку подложки из пьезоэлектрического материала или материала, снабженного пьезоэлектрическим покрытием. На или, соответственно, в его поверхности/слое с этой пьезоэлектрической характеристикой расположена в качестве пьезоэлектрического преобразователя по меньшей мере одна встречно-штыревая структура. Посредством этого преобразователя при соответствующем электрическом возбуждении элементов структуры преобразователя на поверхности подложки можно создавать акустическую волну, обозначаемую в общем как поверхностная волна. Она имеет там направление/форму прохождения, которая определяется известным образом встречно-штыревой структурой. Такая структура определяет главное направление распространения волны в плоскости поверхности.

Соответственно опрашиваемому по радио элементу на поверхностных акустических волнах упомянутая поверхностная акустическая волна в элементе может быть возбуждена за счет предпринятого на радиолинии возбуждения/питания преобразователя. Для этого преобразователь снабжен соответствующей антенной для радиоприема и, как правило, также для обратной радиопередачи ответного сигнала от этого преобразователя к приемнику. Для сигнала опроса может быть также предусмотрен отдельный преобразователь с антенной.

Сигнал опроса передают посредством передатчика, который может передавать с задаваемой минимальной шириной полосы. Для этой передачи радиосигнала можно использовать, например, устройство, которое может создавать высокочастотный импульс из термической и/или механической энергии с помощью, например, такого нелинейного электронного элемента, как искровой промежуток. Подробности этого являются известными.

Предусмотренный для переданного обратно от упомянутого элемента ответного радиосигнала приемник, в частности, относительно своей ширины полосы должен быть рассчитан, как известно, соответственно заданиям работающей с элементом на поверхностных акустических волнах системы.

В элементах на поверхностных акустических волнах, которые применяют для идентификации, требуется, чтобы было обеспечено, что принятый сигнал в качестве ответного сигнала может быть однозначно присвоен в соответствие заданному и для этого соответственно индивидуально кодированному элементу на поверхностных акустических волнах, будь-то, что система охватывает множество таких друг от друга различно кодированных опрашиваемых элементов, и/или будь-то, что принимают другие сигналы, которые как-нибудь иначе попадают в приемник системы.

Известной и обычной практикой является снабжение таких опрашиваемых по радио элементов на поверхностных акустических волнах соответственно индивидуальным кодированием, которое делает отдельный элемент внутри множества таких содержащихся в системе элементов на поверхностных акустических волнах однозначно отличимым от других в соответствующем принимаемом сигнале.

К вышестоящему следует назвать два примера из возможностей применения для таких опрашиваемых по радио кодированных элементов на поверхностных акустических волнах. Одним из этих примеров является то, что такой элемент на поверхностных акустических волнах с кодированием нанесен, например, на предмет, который должен идентифицироваться посредством этого элемента или, соответственно, его кодирования. Такие элементы известны также как идентификационные теги. Другим примером является то, что элемент на поверхностных акустических волнах имеет дополнительное свойство или, соответственно, снабжен таковым, чтобы служить в качестве сенсора для, например, измерения температуры, величины силы и/или других физических, химических и подобных величин состояния. Такие применения и относящиеся к ним формы выполнения элемента на поверхностных акустических волнах являются известными.

Возможны различные принципы получения кодированного ответного радиосигнала из сигнала опроса. Примером является предусматривание для кодирования отражательных элементов, которые расположены известным образом согласованно с расположением уже упомянутой встречно-штыревой структуры преобразователя. Такие отражательные элементы являются в обычном случае полосковыми элементами, которые предусмотрены на пути главного направления распространения поверхностной акустической волны на/в поверхности пластинки подложки. Вместо таких названных отражательных элементов преобразователю или преобразователям в качестве дальнейшего примера для кодовых элементов могут быть приданы также резонаторы, как это еще описано ниже.

Отдельный отражательный элемент вызывает относительно сигнала опроса, то есть передаваемого импульса, сдвинутый по времени ответный сигнал элемента на поверхностных акустических волнах. Элемент, снабженный вместо этого резонаторами, дает соответственно определенный (резонансной) частотой ответный сигнал. Соответствующее множество отражателей, расположенных в различных положениях (относительно друг друга или, соответственно, относительно преобразователя) дает соответствующее множество различно сдвинутых по времени импульсных ответных сигналов, причем временные сдвиги между ними являются зависимыми от положений соответствующих отражателей относительно друг друга. Соответствующее справедливо для соответствующего количества предусмотренных различных по частоте резонаторов относительно различных ответных резонансных частот.

Получаемый от элемента на поверхностных акустических волнах на сигнал радиоопроса ответный сигнал в случае отражателей является суммарным наложением из взаимно смещенных во времени ответных частичных сигналов или, соответственно, в случае резонаторов является суммарным наложением из соответственно многих синусоидальных, ограниченных во времени (большей частью экспоненциально затухающих) ответных частичных сигналов с отличными друг от друга частотами. Идентификация соответствующего элемента на поверхностных акустических волнах происходит обычно таким образом, что определяют моменты времени приема, которые соответствуют выбранному положению отдельных отражателей соответствующего элемента. С резонаторным принципом получаются амплитуды принимаемого спектра в опорных точках частоты, которые соответствуют выбранным резонансным частотам отдельных резонаторов. Таким образом, кодирование или, соответственно, запечатленный код соответствующего отражательно-кодированного элемента на поверхностных акустических волнах состоит предметно/конструктивно в кодированном позиционировании отдельных предусмотренных отражателей относительно опорного отражательного элемента или, соответственно, относительно положения преобразователя на поверхности пластинки подложки. Для случая кодирования с резонаторами выбранные заданно различные резонансные частоты отдельных резонаторов дают запечатленный в соответствующем элементе код.

Связанная с этим проблема заключается в том, что разрешающая способность структуры соответствующей измерительной системы является всегда ограниченной. Под разрешающей способностью структуры здесь понимают способность системы (состоящей здесь в основном из передатчика, элемента на поверхностных акустических волнах и приемника) различать два отраженных или, соответственно, резонансных ответных частичных сигнала двух расположенных в непосредственном соседстве на пластинке подложки отражателей или, соответственно, двух резонаторов с непосредственно соседними резонансными частотами соответственно как два отдельных ответных частичных сигнала. В системах с измерением времени (отражатели) временная разрешающая способность структуры t является обратно пропорциональной к примененной спектральной ширине полосы В системы/ измерения, то есть t является пропорциональной 1/В. В системе с измерениями частоты (резонаторы) соотношения в принципе аналогичны, то есть здесь разрешающая способность структуры f определяется добротностью системы, то есть является обратно пропорциональной к временной длительности t измерительных сигналов (f пропорционально 1/t). Коэффициент пропорциональности составляет в случае обычных измерительных сигналов с огибающей кривой Гаусса около 0,5.

Упомянутая принципиально ограниченная разрешающая способность структуры имеет следствием, что все кодовые элементы в случае отражателей должны иметь минимальное расстояние друг от друга и в случае резонаторов должны иметь минимальный средний разнос по частоте, так как иначе в ответном сигнале составляющие сигнала от соседних по положению или, соответственно, соседних по частоте элементов (отражателей или резонаторов) стали бы накладываться таким образом, что надежная оценка (идентификация) кода больше не была бы возможной.

Исключительно ради полноты следует указать на то, что в еще подлежащем описанию в последующем изобретении могут быть предусмотрены еще идущие дальше возможности кодирования. Например, вместо двоичной системы (отражатель есть/отражателя нет) можно применять также код с более высоким основанием, чем 2. Одной возможностью для этого является предусматривать для соответствующего кодового элемента несколько амплитудных порогов/ступеней. Другая возможность заключается в том, чтобы (дополнительно) оценивать (в ступенях) разность фаз между двумя сигналами двух кодовых элементов.

Согласно известному виду кодирования располагают, в зависимости от требуемого объема или разрядности кода, распределенно по положению большее или меньшее количество отражательных полосок на элементе на поверхностных акустических волнах вдоль главного направления распространения созданной преобразователем поверхностной акустической волны. Для объема кода, например, 32 бита в качестве уровня техники известно предусматривать 32 места, лежащих друг за другом в главном направлении распространения волны, для до 32 подлежащих установке отражателей. Таким образом, при разрешающей способности структуры системы в 1 мкс (измеренной в масштабе времени прохождения=длине пути s, деленной на скорость v акустической волны) для двоичного кодирования для расположения отражателей требуется длина времени прохождения 31 мкс, а именно от первого до 32-го бита. Это обуславливает значительную длину необходимой для элемента пластинки подложки. С этим связаны технические проблемы, которые еще будут обсуждаться в последующем в связи с изобретением. Относительно применения резонаторов в качестве кодовых элементов смотри также данное (еще ниже) более подробное описание.

Задачей настоящего изобретения является обойтись для заданного, в частности, высокого объема кода с (относительно уровня техники) сравнительно меньшей длиной/величиной пластинки подложки и/или возможно меньшим количеством кодовых элементов на отдельный код. Другими словами, это означает, что ищут схему кодирования для заданного объема кода, которая обходится с оптимально малым числом кодовых элементов на код, которые к тому же расположены индивидуально выбранными на меньшей длине/площади пластинки подложки.

Эта задача решается операциями пункта 1 формулы изобретения или, соответственно, пункта 2 формулы изобретения, а дальнейшие формы выполнения и развития изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.

Для соответствующего изобретению нового принципа кодирования предусмотрено образующее соответствующий код (кодовое слово) распределение положений или, соответственно, частот нового вида, которое (здесь сначала пояснено ниже для случая распределения положений отражателей) при заданной выше определенной разрешающей способности структуры делает возможным большее количество различных кодов. Чтобы остаться в рамках вышеназванного примера, изобретение при разрешающей способности структуры, например, в 1 мкс элемента на поверхностных акустических волнах и его соответствующей системы (в частности, оценивающего сигнал приемника) дает на вышеназванной длине в 31 мкс времени прохождения акустической волны вместо 2³² стоящих в распоряжении различных кодовых слов, как в уровне техники, округленно 4000-кратно увеличенный объем кода (17 167 680 177 565 кодовых слов), что соответствует примерно длине кода в 43 бита по известному кодированию. Чтобы можно было получить вышеназванный объем кода 32 бита вместо этого с нижеуказанной операцией согласно изобретению, в изобретении нужно соответственно только 23 установленных отражателя (резонатора) для каждого отдельного из кодов, для которых тогда является достаточной существенно меньшая длина пластинки подложки соответственно времени прохождения 22,5 мкс. Вышеназванное численное сравнение является лишь примером достигаемого изобретением преимущества. Оно может при предположительно еще меньшей погрешности измерений времени прохождения в случае отражателей (или, соответственно, измерения частоты в случае резонаторов) в системе быть выбрано даже еще во много раз большим так, что, например, известное 32-битное кодирование является генерируемым с соответственно только максимально 20 установленными отражателями на код тогда даже на длине 19 мкс.

Дальнейшие пояснения будут сделаны в первую очередь относительно и с помощью выполнения соответствующего изобретению элемента с отражателями (= кодированию во временной области) и еще дальше следуют дополнительные указания для выполнения с резонаторами (= кодированию в частотной области).

Согласно формуле изобретения для известной вышеопределенной разрешающей способности структуры А было привлечено или, соответственно, здесь введена характеристика погрешности измерений системы для измерения времени прохождения или, соответственно, измерения частоты. Погрешность измерений обозначает стохастическую и систематическую ошибку, с которой значение времени прохождения/частоты, измеренное системой, отклоняется от действительного значения времени прохождения/частоты физической структуры. Временное положение отражателя или, соответственно, частота резонатора вследствие неточности измерения, произведенного в системе или, соответственно, с системой, могут быть определены с точностью только до обозначаемого погрешностью измерений интервала. Величина погрешности измерений в системах с элементом на поверхностных акустических волнах является, как правило, значительно меньше, чем величина разрешающей способности структуры. Погрешность измерений в случае стохастических ошибок измерения может быть также еще больше уменьшена путем усреднения множества измерений или в случае систематических ошибок путем процессов калибровки, о чем еще будет сказано ниже.

Согласно изобретению с этой величиной образуют соответствующий растр положений с эквидистантными растровыми расстояниями t или, соответственно, растр частот с равными по частоте растровыми расстояниями f для кодирования в соответствии с существом изобретения.

Принципом изобретения является, независимо от заданной за счет ширины полосы, например, далее остающейся неизменной величины стоящей в распоряжении разрешающей способности структуры , располагать эти отражатели согласно изобретению в таком растре положений, и чтобы иметь возможность однозначного определения положения соответствующего отражателя, несмотря на ограниченную разрешающую способность структуры, предусматривать, чтобы в растре положений места растра были заняты только таким образом, что ни при каком коде, то есть ни при какой конфигурации кода, соседние друг с другом места растра положений не были заняты. Если, например, погрешность измерений времени прохождения, измеренная в масштабе времени, равна только половине (например, t=0,5 мкс) также измеренной в масштабе времени разрешающей способности структуры (например, 1 мкс), то соответствующее изобретению правило предусматривает оставлять между двумя занятыми местами растра положений по меньшей мере одно место растра не занятым. Если, например, величина t равна только 1/3 разрешающей способности структуры, то растр положений разделен в три раза тоньше, чем растр, получившийся бы с шагом разрешающей способности структуры. По правилу согласно изобретению тогда по меньшей мере два места растра положений между двумя соседними занятыми отражателями кода должны оставаться не занятыми, а именно в свою очередь обусловлено ограниченной разрешающей способностью структуры, однако, тогда объем кода соответствующего изобретению принципа увеличивается с занятыми для отдельного кода, например, 32 положениями отражателей до 5×10¹⁵ кодирований. Объем кода упомянутого выше 32-битного кодирования был бы генерируемым в этом случае с только еще максимально 20 установленными отражателями на код на длине чипа еще только 19 мкс.

Вышеприведенные рассуждения являются справедливыми по смыслу для изобретения также для резонаторов в качестве кодовых элементов вместо названных отражателей, что ниже поясняется еще более подробно.

Согласно форме дальнейшего развития изобретения предусмотрено для отдельных кодов/(возможностей кодирования) отдельных индивидуальных элементов внутри группы элементов заданного общего объема кода единообразно всегда одинаковое количество кодовых элементов, то есть отражателей или, соответственно, резонаторов в каждом из отдельных элементов. Для элемента на поверхностных акустических волнах это означает, что при рассмотрении со стороны преобразователя и для распространения акустической волны всегда справедливо остающееся неизменным затухание волны, а распознавание ошибочного кода следует из отклоняющегося числа принимаемых частичных сигналов. Согласно этой форме дальнейшего развития изобретения с постоянным количеством кодовых элементов эти кодовые элементы для соответствующего кода расположены в растре положений только различно распределенно. Весь растр положений по сравнению с уровнем техники имеет единообразно оптимально короткую длину или, соответственно, позволяет иметь малый размер элемента.

При еще меньшей погрешности измерений (например, чем упомянутая выше 0,33 мкс) объем кода или, соответственно, количество возможностей кодирования с заданным количеством кодовых элементов на код в случае отражателей для заданной длины или, соответственно, для резонаторов на заданной площади элемента может быть еще больше увеличен. И наоборот, при еще дальше уменьшенной погрешности измерений при заданном объеме кода можно уменьшать необходимое на каждый код количество кодовых элементов и/или необходимую длину или, соответственно, площадь пластинки подложки элемента.

Говоря другими словами, идея изобретения может быть описана следующим образом.

Для кодовых элементов отдельных кодов объема кода образуют соответствующий изобретению растр. Для отражателей это растр положений, а для резонаторов в качестве кодовых элементов это растр частот. Соответствующий растр имеет эквидистантные (по положению или по частоте) основные расстояния g основных значений растра друг от друга.

Эти расстояния выбирают по погрешности измерений системы, в которой с погрешностью (t для измерения времени прохождения, f для измерения частоты) может быть измерено время прохождения или, соответственно, частота.

В соответствующем изобретению растре эти расстояния оптимально выбирают равными или также больше, чем эта величина .

Согласно изобретению, однако, кодовыми элементами “занимают” только те основные значения (положения/частоты), при которых расстояния между таким образом позиционированными кодовыми элементами являются равными или больше, чем разрешающая способность структуры всей системы. Если погрешность измерений составляет =0,5 мкс или 0,33 мкс, то эти требуемые согласно изобретению расстояния между позиционированными отражателями в качестве кодовых элементов при разрешающей способности структуры в 1 мкс, измеренной в масштабе времени, также равны 1 мкс. Существенное отличие по сравнению с уровнем техники заключается в том, что за счет использования меньшей по величине погрешности измерений по сравнению с разрешающей способностью структуры в распоряжении имеется соответственно многократно более тонкий растр положений для замещения отражателями в качестве кодовых элементов. При неизменной разрешающей способности структуры за счет этого с остающимся одинаковым количеством кодовых элементов на код можно достигнуть большего объема кода или тот же объем кода, что и раньше, с меньшим количеством кодовых элементов на код. Коэффициент деления разрешающей способности структуры к выбранной величине растра может быть также (больше 1) не целочисленным.

Если эти указания к техническому действию применяют к кодированным резонаторами элементам на поверхностных акустических волнах, то получается следующая аналогия. Вместо R отражателей на пластинке подложки соответствующего элемента на поверхностных акустических волнах (который относится к заданному объему кода) предусмотрено и расположено равное R количество резонаторов. Эти R резонаторов имеют соответственно отличные друг от друга резонансные частоты f_i с i=1 + R. Растр для выбора этих частот f_i является соответствующим изобретению растром частот со своими основными значениями f, например от 1 до 46. Они имеют эквидистантное расстояние f. Это основной разнос стоящих в распоряжении для кодирования (при еще указанном в последующем ограничении) резонансных частот выбран таким образом, что он является большим чем или оптимальным образом равным величине погрешности измерения f, с которой в системе, состоящей из передатчика, приемника и элемента, можно измерить отдельную частоту. Сравнительно к случаю с отражателями также и здесь из (например, от 1 до 46) основных значений частот растра согласно изобретению внутри растра можно выбирать только такие резонансные частоты f_i для применяемых в качестве кодовых элементов резонаторов, при которых разносы по частоте соседних выбранных резонансных частот (f_j, f_j+1) двух резонаторов соответственно больше, чем или оптимально имеют такую же величину, что и разрешающая способность структуры, т.е. разрешающая способность f всей системы, включая естественные ширины полос частот этих резонаторов, которая получается из их добротности.

Для вычисления объема кода можно применить следующее расчетное правило. Пусть Р – количество основных значений на интервал разрешающей способности структуры А (р·=А). Например, Р=2 для названного примера с погрешностью измерений 0,5 мкс и разрешающей способностью структуры 1 мкс. Р=3 справедливо для названного примера с погрешностью измерений 0,33 мкс при опять-таки равной 1 мкс разрешающей способности структуры. Пусть дан объем кода Сu для количества R соответствующих кодовых элементов (то есть Cu{R}) и для количества соответствующих кодовых элементов R+P-1 (то есть Cu{R+P-1}). Объем кода (Cu{R+P}) получается тогда из суммы, то есть справедливо (Cu{R+P}=(Cu{R}+(Cu{R+P-1}). Если, следовательно, известен объем кода для количества Р следующих друг за другом кодовых элементов (Cu{R}), (Cu{R+1}),… (Cu{R+P-1}), то объем кода для всех последующих количеств кодовых элементов может быть вычислен последовательно.

Объем кода может быть еще больше увеличен также для случая резонаторов в качестве кодовых элементов, если приемный блок дополнительно выполнен так, что он позволяет определить амплитуду и/или фазу или положение частоты принятых частичных сигналов отдельных резонаторов-кодовых элементов. В этом случае для дополнительного расширения объема кода по известному по себе принципу может быть использована амплитуда и/или фаза или также могут быть использованы обе информации. Если структура кодовых элементов используется, кроме того, также для сенсорных измерительных целей (как уже упомянуто выше), то может быть также выгодным возможные положения отражателей или, соответственно, частоты резонаторов располагать не точно в соответствующем изобретению эквидистантном растре, а вводить определенные отклонения положения (частоты) кодового элемента так, что расстояния/разносы по частоте между кодовыми элементами не являются точно равными эквидистантному растру. Тем самым предотвращается, что все отражатели или, соответственно, резонаторы поставляют информации сенсорно избыточно. При этой форме выполнения, естественно, как и раньше, следует заботиться о том, чтобы все расстояния по положению или, соответственно, по частоте между кодовыми элементами согласно изобретению по меньшей мере были не меньше, чем разрешающая способность структуры (выше, например, 1 мкс) всей сенсорной системы. Для этого тогда или основное расстояние может быть выбрано большим (чем минимальное) или может быть предусмотрено меньшее количество кодовых комбинаций.

Соответствующий изобретению вид кодирования элемента на поверхностных акустических волнах предлагает, между прочим, многие описанные ниже преимущества, например, также относительно технической реализации и выполнения на элементе на поверхностных акустических волнах. Соответствующий изобретению вид кодирования является, например, в противоположность к многофазному кодированию в некоторых границах менее зависимым от изменения скорости распространения поверхностной акустической волны в элементе. Для сравнения, например, следует привлечь идентификационный тег со средней частотой 434 МГц, разрешающей способностью структуры 1 мкс и с количеством Р=4 отражателей на интервал . В этом случае четырехступенчатое фазовое кодирование (4 фазовая манипуляция) имеет сравнимый объем кода, что и кодирование, выполненное согласно изобретению, которое можно обозначить как импульсно-позиционная модуляция. Минимальная разрешающая способность структуры с 1 мкс составляет при этой средней частоте 434×. При известной 4 фазовой манипуляции два соседних состояния разделены через 90° фазу, то есть 1/4 . Вариация временного положения отражателя на только 0,25:434=1 мкс:1736, например, вызванное за счет погрешности позиционирования при изготовлении элемента или вследствие отклонения скорости поверхностной акустической волны элемента, приводит таким образом к уже недопустимому искажению ответного сигнала и тем самым к ошибочной идентификации. В случае элемента с соответствующим изобретению кодированием подобная ошибка наступила бы только тогда, когда положение отражателя внутри растра было бы позиционировано ошибочно на 0,25 мкс. Только тогда в кодированном согласно изобретению элементе на поверхностных акустических волнах появлялось бы сравнимое искажение сигнала. Это показывает, что элемент на поверхностных акустических волнах с выполненным соответственно изобретению кодированием является таким образом на коэффициент 400 менее чувствительным относительно колебаний скорости поверхностной акустической волны или ошибок позиционирования по сравнению с известной фазовой манипуляцией. Это, впрочем, показывает также, что вид кодирования, соответствующий изобретению, является крайне надежным многозначным кодированием элемента на поверхностных акустических волнах. С этим связаны большие преимущества, которые касаются также изготовления соответствующего кодированного согласно изобретению элемента.

Выше для растровых расстояний t или, соответственно, f соответствующего изобретению /примененного согласно изобретению растра положений/ растра частот в основе лежит соответствующая величина для погрешности измерений, которая является более или менее меньшей, чем разрешающая способность структуры системы. При этом эта величина выбрана, например, основываясь на опыте или, соответственно, измерениях, которые были получены при работах с элементами на поверхностных акустических волнах. Задачей формы дальнейшего развития изобретения является указать действия, которыми может быть целенаправленно задаваемо получена подлежащая достижению (малая) величина погрешности измерения , а именно, чтобы иметь возможность оптимально использовать вышеописанное изобретение.

Эта задача решается предпочтительным видом считывания соответствующего кода соответственно кодированного элемента на поверхностных акустических волнах. Это выполнение считывания предусматривает последовательное многократное считывание соответствующего кода, то есть соответственно многократное измерение соответствующих отдельных кодовых элементов. А именно, с помощью техники измерений посредством сигнала опроса определяют, то есть измеряют масштаб времени t положения соответствующего отдельного отражателя или, соответственно, частоту соответствующего отдельного резонатора. Это многократное считывание отдельных кодовых элементов соответствующего кода предпринимают в ходе соответствующего многократного считывания этого кода в крайне быстрой последовательности. Тем самым получают наборы данных, которые содержат многократные результаты измерений отдельного кодового элемента. Для каждого кодового элемента считанного кода получают однотипный набор данных. Эти наборы данных анализируют и из них получают величину стандартного отклонения или, соответственно, другую величину, которая описывает статистику или, соответственно, погрешность отдельных измерений внутри соответствующего набора данных. С соответствующей повторяемостью измерений получают соответствующее среднее значение (для положения отражателя или, соответственно, для резонансной частоты резонатора) или также другое представительное среднее значение положения/частоты с погрешностью измерений, которую можно положить в основу в качестве определенной и примененной согласно изобретению погрешности измерений .

Если с вышеназванным многократным считыванием кодовых элементов соответствующего кода, например, отклоняются вниз от заданной погрешности измерений , то есть заданного шага растра t или, соответственно, f даже на один шаг, то повышена вероятность, что соответствующий кодовый элемент, то есть положение отражателя/резонансная частота измерен корректно, то есть весь считанный код считан правильно. За счет этой формы дальнейшего развития относительно выполнения считывания с многократным считыванием и усреднением достигается оценка, в которой все стохастические погрешности, которые присущи какому-либо измерению, уменьшены до (достаточно) малой степени.

В описанном в связи с вышеуказанным усреднении измеренных значений сравнимым образом можно выполнять также калибровку для устранения возможных систематических ошибок. Для этого требуется, чтобы элемент на поверхностных акустических волнах имел по меньшей мере два опорных элемента, приблизительно сравнимые с кодовыми элементами. Это могут быть опорные отражатели или, соответственно, опорные резонаторы, например, в качестве стартового элемента и/или в качестве стоп-элемента дополнительно к описанным кодовым элементам. Эти опорные элементы расположены на элементе на поверхностных акустических волнах в известных положениях независимо от растра или, соответственно, как резонаторы с известными резонансными частотами. Путем сравнения измеренных и, при необходимости, также еще усредненных измеренных значений этих опорных элементов с их соответственно заданными известными значениями, например, сравнения измеренной разности времени/частоты между стартовым и стоп-элементом с конструктивно заданной разностью и/или сравнения измеренных значений положений/частот стартового элемента и стоп-элемента с соответствующими известными действительными положениями/частотами, может быть выведен коэффициент масштабирования и/или значение смещения, с которым (с которыми) можно корректировать все измеренные значения времени/частоты кодовых элементов. Также при этом является выгодным выполнять калибровку многократно или, соответственно, выполнять усреднение многих измерений, пока не будет обеспечено, что достигнутая тем самым (уменьшенная) погрешность значений положения/времени или, соответственно, частоты является на определенную величину даже меньше, чем заданная величина погрешности измерений .

Вышеописанное усреднение или вышестоящая калибровка или также предпочтительным образом обе операции могут выполняться в качестве формы дальнейшего развития изобретения.

Для дальнейшего пояснения изобретения служит также последующее описание к соответствующим фигурам.

Фигура 1 показывает пример элемента на поверхностных акустических волнах с отражателями, выполненного согласно изобретению.

Фигура 1а показывает элемент в системе радиоопроса.

Фигура 2 показывает изображение, с которым дополнительно пояснено определение растра положений, определенного в соответствии с изобретением.

Фигура 3 показывает пример для двух элементов на поверхностных акустических волнах с различными кодами одного объема кода с соответственно одинаково большим количеством отражателей в качестве кодовых элементов.

Фигура 4 показывает в виде сверху конструктивное выполнение кодированного согласно изобретению элемента на поверхностных акустических волнах с резонаторами в качестве кодовых элементов.

Фигура 5 показывает определенный согласно изобретению растр частот со своими отдельными стоящими в распоряжении для (ограниченного) выбора резонансными частотами и

Фигура 6 показывает пример для двух различных кодов в растре частот.

Фигура 1 показывает пример элемента на поверхностных акустических волнах 1, содержащего соответствующее изобретению техническое решение, с пластинкой подложки из, например, ниобата лития, танталата лития и т.п. или также из кварца. Эти материалы имеют необходимую пьезоэлектрическую характеристику. На представленной в виде сверху поверхности 11 пластинки подложки 10, во первых, расположен электроакустический преобразователь 12. Он представляет собой, например, содержащую две гребенчатые структуры встречно-штыревую структуру с двумя электрическими выводами 14. Они позиционированы в виде так называемых контактных площадок на подложке-носителе 101 пластинки подложки 10 и электрически соединены с соответствующей встречно-штыревой структурой. К этим выводам 14 можно электрически подключать предусматриваемую для опрашиваемого по радио элемента (дипольная) антенну 114. Позицией 15 обозначена подлежащая получению посредством преобразователя 12 пьезоэлектрически в поверхности пластинки подложки 10 (символически намеченная) поверхностная волна. Двойной стрелкой 115 указана ориентация главного направления распространения волны. Позицией 20 обозначена в общем структура кодовых элементов, которая содержит кодовые элементы 21, позиционированные ориентированно соответственно главному направлению распространения волны 115. Цифрами 1, 2, 3…46 пронумерованы еще подлежащие более подробному описанию “основные значения” растра. Из них положения 1, 3, 6, 8, 10, 13… и 46 соответственно заняты каждое кодовым элементом 21. На Фигуре 1 указаны для этого отражатели 21′. Индивидуально выбранное для соответствующего элемента на поверхностных акустических волнах группы таких элементов распределение этих кодовых элементов по, например, 46 основным значениям соответствует одному или, соответственно, образует один индивидуальный код внутри заданного объема кода, который может быть предоставлен в распоряжение с этой группой элементов.

Для описанного выше особого выполнения считывания с калибровкой для устранения возможных систематических ошибок в качестве опорных элементов служат отражатели K₁ и К₂ как стартовый и как стоп-опорный элемент.

Ради полноты следует еще указать на дальнейшие элементы структуры, как, например, отражатели, которые известным образом относятся к сенсорной структуре 221, которая служит, например, для измерения температуры, измерения силы или тому подобного. Позицией 17 обозначены обычные поглотители для поверхностной акустической волны.

Фигура 1а показывает обзорную схему системы, которая содержит элемент на поверхностных акустических волнах 1 и необходимые для опроса по радио передатчик S и приемник Е.

Фигура 2 показывает из вида примера выполнения Фигуры 1 только пластинку подложки 10 и встречно-штыревую структуру 12 преобразователя (поскольку они определяют главное направление распространения волны 115 на поверхности пластинки подложки 10). Вместо (здесь еще не изложенной) структуры кодовых элементов 20 Фигуры 1 указан соответствующий изобретению, определенный для изобретения для отражателей растр положений 30 со своими основными значениями положений 130, которые, как и на Фигуре 1, названы 1, 2, 3…46. Отдельные основные значения 130 представлены соответственно своей (средней) линией. Этот соответствующий изобретению растр 30 определен так, что он, во-первых, ориентирован в главном направлении распространения 115 волны 15, созданной преобразователем 12. Вследствие здесь прямолинейного направления распространения волны растр положений 30 является линейным растром. В особых случаях может иметься также другая конфигурация, однако растр всегда следует за распространением волны таким образом, что отражатели в качестве кодовых элементов в занятых положениях основных значений 130 могут известным по себе образом отражающее воздействовать на поверхностную акустическую волну 15.

Линейный растр 30 имеет столько основных значений 130, как это требует заданный объем кода с учетом дальнейшего соответствующего изобретению условия распределения для отдельных кодовых элементов. Соответственно данному изобретением определению эквидистантные расстояния а основных значений 130 друг от друга выбраны таким образом, что величина соответствующего расстояния соседних основных значений (1 и 2, 2 и 3,…) равна участку пути t, который поверхностная акустическая волна 15 проходит в течение определенной временной величины. Этот масштаб времени для измерения времени прохождения с отражателями в качестве кодовых элементов является выше определенной, выбранной или, соответственно, определенной через временное значение погрешностью измерения системы, в которой содержится элемент на поверхностных акустических волнах 1 вместе с передатчиком S и приемником Е.

Как предписано существом изобретения, основные значения 130 растра положений 30 соответственно могут быть заняты одним кодовым элементом только на расстояниях t, соответствующих разрешающей способности структуры. При t1/2t одно или несколько основных значений 130 между двумя занятыми кодовыми элементами основными значениями 130 оставлены свободными.

В качестве наглядного примера к пункту 3 формулы изобретения Фигура 3 показывает в представлении рядом друг с другом два растра положений 30′ и 30” каждый (упрощенно только) с 13 основными значениями 130 растра. Из них в обоих растрах предпочтительно имеется одинаковое количество, а именно по 6 основных значений 130 положений соответствующего растра, в которых размещены кодовые элементы 21, то есть отражатели 21′. Распределение размещения кодовых элементов, однако, является различным в обоих растрах соответственно различному коду.

Фигура 4 показывает в качестве примера форму выполнения с резонаторами вместо отражателей, показанных в предыдущих Фигурах.

Фигура 4 показывает в виде сверху элемент на поверхностных акустических волнах 1′ с резонаторами 220. Позицией 10′ обозначена пластинка подложки, на поверхности 11 которой расположены преобразователи 212, упомянутые резонаторы 220, выводы 14 для биполярной антенны 114 и поглотители 17 для подавления волн. Во второй строчке Фигуры 4 показаны преобразователь 212i и две образующие резонатор 220i резонаторные части 220i’ и 220i”. Позицией 115 обозначено главное направление распространения волны и позицией 15, соответствующая поверхностная акустическая волна. Резонатор 220i в своих обеих частях состоит из обычных для такого элемента расположенных с зазором друг от друга отражательных полосок и настроен за счет выбора расстояния между полосками на, например, выбранную частоту fi. Этот резонатор 220i является первым кодовым элементом этого показанного на Фигуре 4 кодированного конструктивного элемента 1′. Ниже лежащая строка показывает j-й кодовый элемент с состоящим из опять-таки из двух частей резонатором 220_j и его необходимым для получения волны 15 преобразователем 212_j. Также и частота f_j выбрана из соответствующего изобретению растра частот. R-й кодовый элемент элемента 1′ показывает четвертая строка. Резонатор опять состоит из двух частей 220_R. Резонатор 220_R настроен на частоту f_R, которая также выбрана в заданном соответствующем изобретению растре частот. Эти резонаторы таким образом являются согласованными известным образом относительно их резонансной частоты структурами на поверхностных акустических волнах с различными друг от друга частотами f₁ – f_r. Эти выбранные частоты дают весь код индивидуального элемента на поверхностных акустических волнах. Преобразователи 212₁ – 212_R могут быть включены как указанным образом последовательно или также параллельно. Конструктивно может быть предусмотрен также только один преобразовательный узел, который, однако, охватывает представленные главные направления распространения волны 115₁ – 115_R. Ширина полосы такого преобразователя 212 обычно настолько велика, что также идентично выполненные преобразователи могут образовывать цепь преобразователей.

Существенный для формы выполнения с резонаторами соответствующий изобретению растр частот 230 Фигуры 5 является аналогом растра положений Фигуры 2. Существенное для изобретения согласно формуле изобретения растровое расстояние f в области частот задано погрешностью измерений системы, состоящей из передатчика, приемника и конструктивного элемента, или погрешностью измерений, достижимой путем многократных измерений, соответственно, с усреднением по сравнению с расстоянием между основными значениями 130 на Фигуре 2, заданным временной погрешностью. В приближении к формам выполнения Фигур 1 и 2 также на Фигуре 5 указаны, например, 46 частот fi. Сколько таких частот fi необходимо для конструктивного элемента 1′ для выбора количества R резонансных частот его резонаторов 220₁-220_R также и здесь ориентируется по заданному объему кода. (Чтобы можно было поддерживать элемент 1 согласно Фигуре 1 или 1′ соответственно Фигуре 4 геометрически возможно малым, также и здесь количество R выбирают минимальным, что может быть достигнуто изобретением с уменьшенной погрешностью измерений при, например, неизменно грубой разрешающей способности структуры ).

В соответствии с формулой изобретения для размещения кодового элемента в местоположении возможных основных значений растра частот согласно Фиг.5 справедливо ограничение, согласно которому между двумя соседними примененными для резонаторов частотами fj и fj+i (j=l-R) разнос по частоте должен составлять f, причем f является по меньшей мере настолько большим, как и заданная добротностью системы разрешающая способность структуры. Эта разрешающая способность структуры является разносом по частоте f, который является необходимым, чтобы можно было различить друг от друга в системе две отличающиеся друг от друга резонансные частоты. Например, по сравнению с описанным выше конструктивным элементом 1 с отражателями с минимально допустимым расстоянием между положениями в соответствии с временной величиной t, в форме выполнения с резонаторами можно использовать занятие частотных положений f₁-f₄₆ растра согласно Фигуре 5 с минимальным разносом по частоте f=2×f, если погрешность измерений частоты системы является в два раза меньше, чем разрешающая способность структуры по частоте f.

Для выполнения считывания с калибровкой в элементе с резонаторами в качестве опорных элементов резонаторы К₁₁ и K₁₂ служат как стартовый элемент и как стоп-элемент.

Фигура 6 показывает сравнительно к Фигуре 3 частотную схему двух различных кодов из заданного объема кода с заданными шестью резонаторами в качестве кодовых элементов. Например, это различные коды конструктивных элементов 1(n) и 1(n+1) количества N кодированных элементов на поверхностных акустических волнах 1′ заданного объема кода.

С применением изобретения достигают также преимущества, которые получаются в связи с выполнением процесса изготовления. Например, при изготовлении кодированного соответственно изобретению конструктивного элемента можно уменьшить, например, наполовину время экспонирования для изготовления кодовых элементов (отражателей/резонаторов). Это происходит за счет того, что на маске для экспонирования всегда одновременно размещены два, например, отражателя, которые экспонируются вместе. Эти оба отражателя должны быть предусмотрены на маске для экспонирования с различными друг от друга расстояниями, а именно на минимальных расстояниях согласно соответствующему изобретению предписанию. Если, например, разрешающая способность структуры составляет 1 мкс и количество кодовых элементов Р=4 на интервал А разрешающей способности структуры, то маски для экспонирования должны предусматриваться с двумя одновременно экспонируемыми отражателями для расстояний отражателей 1,00, 1,25, 1,50, 1,75 и при необходимости еще 2,00 мкс.

Формула изобретения

1. Кодированный элемент на поверхностных акустических волнах, предусмотренный для системы радиоопроса идентификационного тега, содержащий пластинку подложки с пьезоэлектрической характеристикой материала в поверхности пластинки, по меньшей мере один электроакустический преобразователь, который содержит находящуюся на поверхности пластинки подложки встречно-штыревую структуру, которая служит для получения акустической поверхностной волны с определенным этой структурой главным направлением распространения волны в поверхности, и отражательную структуру, содержащую соответствующие отражатели в качестве кодовых элементов, которые расположены на расстоянии друг от друга в главном направлении распространения волны на этой поверхности пластинки подложки, отличающийся тем, что для позиционирования отражателей, соответствующего упомянутому расстоянию, выбран растр положений с разнесенными эквидистантно друг от друга положениями в качестве основных значений растра, который ориентирован в главном направлении распространения волны, при этом величина разнесения в растре положений выбрана соответственно участку пути, который акустическая поверхностная волна проходит в течение временного интервала, определяемого выбранной временной погрешностью измерений системы, и из упомянутых основных значений растра положений отражатели распределены только по таким соответствующим коду положениям, для которых расстояния между соседними отражателями всегда имеют по меньшей мере такую величину, как разрешающая способность отражательной структуры, определяемая шириной частотной полосы системы.

2. Элемент по п.1, в котором в пределах заданной разрядности кода отдельным кодам поставлено в соответствие одинаковое количество кодовых элементов.

3. Элемент по п.2, в котором пластинка подложки в направлении растра положений имеет минимальную габаритную длину, определенную встречно-штыревой структурой преобразователя и заданной разрядностью кода.

4. Элемент по п.3, содержащий дополнительно по меньшей мере одну сенсорную структуру.

5. Элемент по п.4, содержащий дополнительные к кодовым элементам опорные элементы.

6. Кодированный элемент на поверхностных акустических волнах, предусмотренный для системы радиоопроса идентификационного тега, содержащий пластинку подложки с пьезоэлектрической характеристикой материала в поверхности пластинки, один или несколько электроакустических преобразователей с встречно-штыревой(-ыми) структурой(-ами), расположенных на поверхности пластинки подложки, служащих для получения акустических поверхностных волн с соответственно определенными этой структурой главными направлениями распространения волн в поверхности, и предусмотренные в качестве кодовых элементов резонаторные структуры с соответствующей резонансной частотой, причем резонаторные структуры, каждая из которых относится к соответствующему преобразователю, расположены в соответствующем главном направлении распространения волны, отличающийся тем, что для определения отдельных резонансных частот резонаторных структур выбран растр частот с разнесенными эквидистантно друг от друга частотами в качестве основных значений растра, причем величина разноса по частоте указанных основных значений в пределах растра частот выбрана соответственно погрешности измерений, с которой в системе может быть измерена частота, и в растре частот резонансные частоты для соответствующей из резонаторных структур выбраны так, что в пределах растра частот использованы только такие резонансные частоты для отдельных резонаторных структур, чтобы соответствующий разнос по частоте между двумя соседними резонансными частотами предусмотренных резонаторных структур был по меньшей мере равен разрешающей способности измерения частоты структуры, определяемой длительностью резонанса отдельного резонатора в системе.

7. Элемент по п.6, в котором в пределах заданной разрядности кода отдельным кодам поставлено в соответствие одинаковое количество кодовых элементов.

8. Элемент по п.7, в котором пластинка подложки в направлении растра положений имеет минимальную габаритную длину, определенную встречно-штыревой структурой преобразователя и заданной разрядностью кода.

9. Элемент по п.8, содержащий дополнительно по меньшей мере одну сенсорную структуру.

10. Элемент по п.9, содержащий дополнительные к кодовым элементам опорные элементы.

11. Способ определения кода элемента на поверхностных акустических волнах, предусмотренного для системы радиоопроса идентификационного тега и содержащего пластинку подложки с пьезоэлектрической характеристикой материала в поверхности пластинки подложки со сформированной на ней встречно-штыревой структурой электроакустических преобразователей и структурой кодовых элементов, согласно которому получают поверхностную акустическую волну в определяемом указанной встречно-штыревой структурой направлении, отличающийся тем, что ответные сигналы отдельных кодовых элементов соответствующего кода определяют многократно друг за другом и из полученных значений для каждого кодового элемента образуют усредненное значение и/или из значений кодовых элементов кода определяют величину, которая представляет погрешность измерений.

12. Способ по п.11, в котором величина, которая представляет погрешность измерения, является величиной среднего отклонения измеренного значения каждого кодового элемента от его среднего значения, равной статистическому стандартному отклонению.

13. Способ по п.12, в котором определение ответных сигналов отдельных кодовых элементов выполняют многократно таким образом, что полученная средняя погрешность измерений всех усредненных значений уменьшается до такой величины, что она оказывается меньшей, чем заданная величина погрешности измерений, на основе которой образован шаг растра элемента на поверхностных акустических волнах.

14. Способ по п.12, в котором определение ответных сигналов отдельных кодовых элементов выполняют многократно таким образом, что полученная средняя погрешность измерений репрезентативного усредненного значения уменьшается до такой величины, что она оказывается меньшей, чем заданная величина погрешности измерений, на основе которой образован шаг растра элемента на поверхностных акустических волнах.

15. Способ по любому из пп.11-14, отличающийся тем, что для определения соответствующего кода элемента на поверхностных акустических волнах с опорными элементами по п.5 или 10 указанные опорные элементы опрашивают многократно друг за другом и из полученных многократно ответных сигналов определяют усредненные масштабированные значения и/или значения смещения и с этими полученными значениями производят коррекцию ответных сигналов кодовых элементов.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 23.12.2005

Извещение опубликовано: 20.12.2007 БИ: 35/2007