CN103026365B - 现场便携阻抗读取器及用于定量化环境中的参数的方法 - Google Patents
现场便携阻抗读取器及用于定量化环境中的参数的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103026365B CN103026365B CN201180032850.4A CN201180032850A CN103026365B CN 103026365 B CN103026365 B CN 103026365B CN 201180032850 A CN201180032850 A CN 201180032850A CN 103026365 B CN103026365 B CN 103026365B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- impedance
- reader
- field
- portable
- sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 33
- 238000011002 quantification Methods 0.000 title claims description 5
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 69
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 16
- 238000001453 impedance spectrum Methods 0.000 claims description 13
- 238000000491 multivariate analysis Methods 0.000 claims description 12
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 23
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 21
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 13
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000008859 change Effects 0.000 description 11
- 239000011540 sensing material Substances 0.000 description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000006870 function Effects 0.000 description 8
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 238000000513 principal component analysis Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 5
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 4
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 4
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 3
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000000411 inducer Substances 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000006855 networking Effects 0.000 description 2
- 238000000611 regression analysis Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000011953 bioanalysis Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010219 correlation analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000006880 cross-coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000004100 electronic packaging Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000002847 impedance measurement Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000007477 logistic regression Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0073—Control unit therefor
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Near-Field Transmission Systems (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
提供一种现场便携阻抗读取器。该阻抗读取器包括读取器天线、阻抗补偿器、校准器和同步取样器。阻抗读取器还包括接收和处理来自同步取样器的信号的数字处理器。此外，提供一种包括本发明的阻抗读取器的无线系统。
Description
技术领域
依据国家环境卫生科学研究所合同号1R01ES016569-01A1，美国政府在本发明中可具有一定权利。
一般来说，本发明涉及谐振传感器，以及更具体来说，涉及谐振传感器的阻抗读取器以及制作这类阻抗读取器的方法。
背景技术
一般来说，RFID读取器用于从RFID得到数字数据。数字数据可包括例如标签的数字识别或者RFID标签的存储器芯片中写入和/或存储的任何其它信息。RFID标签在不同时间以不同的相对发射功率级来传送电磁信号。由RFID读取器所接收的信号结合所接收信号的相对发射功率级用于定位RFID标签，并且从RFID标签（例如从RFID标签的存储器芯片或背向反射器）读取数字识别信息。
谐振传感器用于感测样本中的物理、化学和生物组分。谐振传感器的示例可包括RFID传感器或LCR传感器，其中L代表电感器，C代表电容器，以及R代表电阻器。谐振传感器是节省成本的，并且易于结合在组件或系统中以用于测量组件或系统的物理、化学或生物组分。
通常，来自诸如LCR传感器或RFID传感器之类的谐振传感器的模拟或传感器数据使用阻抗读取器来读取。通常，无源RFID标签用于制作RFID传感器，因为无源RFID标签与有源RFID标签相比是有成本效率的。但是，对于无源标签，读取范围受到频率、读取器输出功率、天线设计以及为RFID标签供电的方法影响。在实验室环境中，采用要求线路功率的笨重的台式实验室读取器系统，从而将谐振传感器的适用性限制到实验室环境。因此，这类谐振传感器的应用受到读取器的可用性限制。具体来说，可能难以提供现场情况中的读取器或者放置在实验室环境的外部。
因此，期望具有一种用于谐振传感器的现场便携阻抗读取器。
发明内容
在一个实施例中，提供一种现场便携阻抗读取器。该阻抗读取器包括读取器天线、阻抗补偿器、校准器、同步取样器以及接收和处理来自同步取样器的信号的数字处理器。
在另一个实施例中，提供一种包括本发明的阻抗读取器的无线系统。
在又一个实施例中，提供一种现场便携阻抗读取器。该阻抗读取器包括：第一层，包含读取器天线；第二层，包含射频电子器件和中频电子器件；以及第三层，包含数字直接合成器、参考模数转换器、样本模数转换器和数字信号处理器，其中层设置在壳体中。
在另一个实施例中，提供一种用于定量化环境中的化学、生物或物理参数的一个或多个的方法。该方法包括：使用现场便携阻抗读取器来测量跨谐振频率的LCR传感器的频率相关阻抗响应，同时计算来自LCR传感器的至少两个单变量响应；使用来自LCR传感器的至少两个单变量响应的多变量分析进行分析，并且将多变量分析的结果与所存储校准值相互关联，以便向参数级别提供所测量传感器响应的定量值。
附图说明
通过参照附图阅读以下详细描述，将会更好地理解本发明的这些及其它特征、方面和优点，附图中，相似符号在附图中通篇表示相似部件，其中：
图1是用于测量谐振传感器的谐振阻抗的现场便携阻抗读取器的示例的示意图；
图2是本发明的谐振传感器的一个实施例的同时测量的阻抗参数的图表；
图3是谐振传感器的现场便携阻抗读取器的一个示例的透视图；
图4是采用刚柔双重电路板上的表面安装组件的现场便携阻抗读取器的一个示例的透视图；
图5是用于现场便携阻抗读取器的组件的电子封装的团顶(glob top)方式的一个示例的透视图；
图6A和图6B是确定数据获取条件以使噪声等级为最小的方法的一个示例的图表。图6A是所测量Zp，并且图6B是所测量Fp；
图7是至少部分通过优化每扫描的数据点数量和平均扫描数量的阻抗读取器的一个实施例的噪声的改进的示例的图表；
图8A和图8B是用于从辨别三种类型的蒸汽、即水、甲醇和乙醇的单个传感器进行测量的本发明的现场便携阻抗读取器的操作示例的图表。图8A是Fp、Fz、F1和F2的同时测量。图8B是Zp、Z1和Z2的同时测量；以及
图9A和图9B是来自用于从辨别三种类型的蒸汽、即水、甲醇和乙醇的单个传感器进行测量的现场便携阻抗读取器的一个实施例的主成分分析的一个示例的得分图。
具体实施方式
本文所公开的实施例涉及使用谐振传感器进行物理、化学和/或生物检测的便携现场装置。在某些实施例中，现场便携阻抗读取器用于收集来自谐振传感器的模拟信号，以便得到与谐振传感器对应的感测数据。阻抗读取器测量谐振传感器的谐振传感器电路的阻抗谱。在一个示例中，现场便携阻抗读取器是手持装置。
本文所使用的术语“谐振传感器”表示具有包括电感器（L）、电容器（C）和电阻器（R）组件的等效电路的传感器。L、C和R组件共同提供以给定频率进行谐振的谐振电路。谐振电路的谐振谱受到电路的L、C和R组件的变化影响。
在一个示例中，谐振传感器可以是RFID传感器。RFID传感器可包括存储器芯片。存储器芯片可用于在需要时存储和检索数据。数据可包括RFID传感器的数字ID或者RFID传感器的任何其它信息。存储器芯片可以是读-写芯片，例如集成电路（IC）芯片。备选地，存储器芯片可以是只读芯片，例如声波装置芯片。
谐振传感器可用于测量各种物理、化学和/或生物参数。传感器可以是无线谐振传感器或有线谐振传感器。现场便携阻抗读取器通过读取器天线与谐振传感器进行操作关联。无线谐振传感器可无线地耦合到现场便携阻抗读取器。有线谐振传感器可使用引线电耦合到现场便携阻抗读取器或者传感器系统的其它组件。在传感器是无线传感器的实施例中，阻抗读取器可与读取器天线进行通信。在传感器是有线传感器的实施例中，阻抗读取器可与传感器进行通信。在一个实施例中，现场便携阻抗读取器实时和/或连续地进行监测。
两种不同方式可用于感测。在一种方式中，感测材料可设置在读取器天线上，以改变传感器的阻抗响应。在另一种方式中，补充传感器可附连于天线和可选的存储器芯片上。补充传感器可用于改变传感器阻抗响应。在标题为“Methods and systems for calibration of RFID
sensors（用于RFID传感器的校准的方法和系统）”的美国专利申请序号12/118950中描述了这类传感器的示例，通过引用将其结合到本文中。
在感测材料设置于读取器天线上的实施例中，感测材料的任何变化可影响传感器响应。在一个实施例中，天线部分由响应于环境的感测材料来制成。在这个实施例中，天线对环境敏感，并且可感测化学、生物或物理参数的一个或多个。
通过将感测材料应用到RFID标签的谐振天线上并且测量RFID谐振天线的复阻抗，阻抗响应可与生物或化学参数相互关联。在某些实施例中，敏感材料在暴露于分析物的痕量浓度时发生变化。在这些实施例中，可通过将感测材料设置在构成谐振电路的电极之间来测量痕量浓度。因此，感测材料的性质的介电、尺寸、电荷转移和其它变化可通过电路的谐振性质的变化来检测。
有利地，具有感测材料的谐振传感器配置成提供各测试目标或目标和干扰的单独响应。也就是说，具有感测材料的谐振传感器可提供与每个分析物对应的不同响应。通过应用多变量分析（例如主成分分析），每个分析物的复阻抗响应的维数减少到单个数据点。这个处理数据进一步用于目标及其混合物的定量。本文所使用的‘多变量分析’表示信号的分析，其中一个或多个传感器产生基本上可以或者可以不相互关联的多个响应信号。来自传感器的多个响应信号可使用多变量分析工具来分析，以便构成暴露于诸如压力或温度之类的不同环境条件的响应模式。多变量分析工具的非限制性示例包括典型相关分析、回归分析、非线性回归分析、主成分分析、判别函数分析、多维定标、线性判别分析、逻辑回归或神经网络分析。
在某些实施例中，传感器的复阻抗响应是多变元响应，因为一个以上频率用于测量传感器响应。在跨传感器的谐振的多个频率下测量传感器响应。例如，如果传感器以大约13 MHz进行谐振，则从大约5 MHz至大约20 MHz来测量所测量频率和关联传感器响应。这个多变元响应通过多变量分析来分析。传感器的多变元响应包括传感器的完全复阻抗谱和/或若干单独测量的性质Fp、Zp、Fz、F1、F2、Z1和Z2。这些性质包括复阻抗的实部的最大值的频率（Fp，谐振峰值位置）、复阻抗的实部的幅值（Zp，峰值高度）、零电抗频率（Fz，阻抗的虚部为零的频率）、复阻抗的虚部的谐振频率（F1）以及复阻抗的虚部的反谐振频率（F2）、在复阻抗的虚部的谐振频率（F1）的信号幅值（Z1）和在复阻抗的虚部的反谐振频率（F2）的信号幅值（Z2）。其它参数能够使用整个复阻抗谱、例如谐振的质量因数、阻抗的相位角和幅值来测量。在标题为“Methods and systems for calibration of RFID
sensors（用于RFID传感器的校准的方法和系统）”的美国专利申请序号12/118950中描述了多变元响应数，通过引用将其结合到本文中。
在一个实施例中，RFID传感器的RFID标签可以是无源标签。无源RFID标签不需要电池来使其起作用，并且包括连接到读取器天线的存储器芯片。在一个实施例中，现场便携阻抗读取器可耦合到现场便携阻抗读取器中自备的（即，内部的）有限电功率源，例如由一个或多个一次性干电池或可再充电电池所组成的较小便携电池。备选地，现场便携阻抗读取器可以是使用硬连线到诸如电网之类的远程电功率源的电源可操作的。
在一个实施例中，阻抗读取器可设置在离RFID传感器的某个确定距离，以便得到传感器信息。在一个示例中，阻抗读取器是短程微通信阻抗读取器。本文所使用的术语“短程通信”表示近场通信，它是一种实现可以是相接触的或者是相隔达到大约1 m距离的装置之间的数据交换的无线通信技术。近场距离也可按照电磁辐射的波长数量来表示。在一个示例中，近场可包括少于大约10个波长的距离。在另一个实施例中，阻抗读取器可直接附连到传感器，以便得到传感器信息。RFID传感器与阻抗读取器之间的距离通过包括工作频率、RF功率级、写入器/读取器的接收灵敏度、天线尺寸、数据速率、通信协议和微芯片功率要求的设计参数来管理。谐振传感器与阻抗读取器之间的通信距离通常限制在邻近距离，因为无源标签仅以数微瓦至数毫瓦的RF功率进行操作。对于工作在13.56 MHz的无源标签，读取距离通常不超过数厘米。对于操作的增加RF功率、大天线尺寸和大传感器尺寸，读取距离可大于数厘米。在一个实施例中，阻抗读取器可与中央计算中心进行无线通信以用于分析由阻抗读取器所得到的传感器信息。
在一个实施例中，阻抗读取器工作在应用驱动信噪比所需的最小输出功率。在一个示例中，非限制性地诸如读取器天线、阻抗补偿器、校准器、同步取样器和数字处理器之类的阻抗读取器的组件与低功率消耗相结合，并且能够使用电池源或能量采集源进行操作。能量采集源的非限制性示例包括超级电容器、基于环境光的源、基于人体运动的源、基于工业振动的源、基于热能（人体和工业）的源、基于来自蜂窝电话的射频能量的源。
现场便携阻抗读取器可使用无线通信向中央计算中心提供传感器信息。现场便携阻抗读取器可经由网络与中央计算中心进行通信以用于处理数字和模拟数据。中央计算中心可直接或间接耦合到一个或多个传感器（或者相邻传感器）。这样，现场便携阻抗读取器可有利地可访问其它传感器所提供的信息。
中央计算中心的非限制性示例包括中央集线器或者云计算集群。本文所使用的术语“云计算”是基于因特网的计算，由此按请求将共享资源、软件和信息提供给计算机和其它装置。中央处理器可用于生成详细响应模型。云计算可降低成本和资本支出。另外，通过使用户能够使用万维网浏览器与其位置或者他们正使用什么装置（例如个人计算机、移动电话、多功能装置）无关地访问系统，云计算可提供位置无关性。在一个示例中，云计算集群允许用户或自动化系统例如基于变化的环境噪声参数来动态地发展模型。这类环境噪声参数的非限制性示例包括温度、湿度和压力。在一些应用中，这些和其它环境参数可以是感兴趣测量的参数。环境噪声参数的值可从相同或不同的传感器提供。详细响应模型可基于提供与其它测量参数有关的相似类型的感测信息或不同感测信息的相邻传感器来发展。
在某些实施例中，本发明的现场便携阻抗读取器可从多个传感器询问模拟信号。取决于这些传感器设计成要感测的特定环境参数，多个传感器可具有相似或不同结构。在一个示例中，可组合来自不同传感器的信息以提供与不同环境参数对应的传感器响应。在另一个示例中，一些传感器可设计成测量诸如温度或压力之类的环境参数，而其它传感器可设计用于诸如化学和/或生物分析物检测之类的其它应用。
在一个实施例中，提供一种用于定量化环境中的化学、生物或物理参数的一个或多个的方法。该方法包括使用便携阻抗读取器来测量跨谐振频率的LCR传感器的频率相关阻抗响应，并且同时计算来自LCR传感器的至少两个单变量响应。在一个示例中，来自第一传感器的至少两个响应以及来自第二传感器的至少一个响应可传送给中央计算中心，其中第一和第二传感器设置成相互贴近。在一个实施例中，同时计算包括向中央计算中心无线传送阻抗响应。对于来自LCR传感器的至少两个单变量响应执行多变量分析，并且将多变量分析的结果与所存储校准值相关关联，以便向参数级别提供所测量传感器响应的定量值。在一个实施例中，在中央计算中心中执行分析、相互关联或者两者。定量值可无线地回传给现场便携阻抗读取器。定量值可在阻抗读取器的显示屏幕上显示。
可对稳态或动态响应执行分析。稳态传感器响应是在所确定的时间段来自传感器的响应，其中响应在测量时间上没有明显变化。因此，稳态传感器响应随时间的测量产生相似值。动态传感器响应是在所测量环境参数（温度、压力、化学浓度、生物浓度等）的突然变化时来自传感器的响应。因此，传感器响应随测量时间而显著变化。因此，动态传感器响应随时间的测量产生响应的动态特征图（signature）。响应的动态特征图的非限制性示例包括平均响应斜率、平均响应幅值、信号响应的最大正斜率、信号响应的最大负斜率、信号响应的平均变化、信号响应的最大正变化以及信号响应的最大负变化。
图1示出具有与现场便携阻抗读取器14贴近的谐振传感器12的系统10的一个示例。在一个示例中，传感器12包括具有工作在13.56
MHz的集成电路读/写存储器芯片的无源RFID标签。现场便携阻抗读取器14配置用于测量与读取器14进行邻近通信或者直接电连接到（例如使用引线）阻抗读取器14的RFID传感器12的谐振阻抗响应。传感器12在操作上耦合到读取器天线16。读取器天线16又称作传感器拾波线圈。读取器天线16将传感器12电感耦合到阻抗读取器14。读取器天线16可以是或者可以不是阻抗读取器14的一部分。可选地，用于读取谐振传感器12的数字部分的读取器可结合到阻抗读取器14中。
阻抗补偿器18可在操作上耦合到读取器天线16。在一个示例中，阻抗补偿器18可以是匹配变换器。阻抗补偿器18可用于将校准器20的阻抗与谐振传感器12和读取器天线16的组合阻抗进行匹配。阻抗补偿器18实现读取器天线16与校准器20之间的有效能量传递。另外，阻抗补偿器18使系统10中的功率损耗为最小。阻抗补偿器18可包括非限制性地例如匹配变换器、电阻桥接器或者诸如广义阻抗转换器（GIC）之类的有源电路等的组件。
虽然未示出，但是可选地，阻抗补偿器18可包括温度补偿器。例如，温度常常对传感器12或者对读取器天线16具有不合需要的影响。为了使这些影响为最小，单独测量的温度可用于行为模型中。
校准器20可用于校准传感器信号，并且检验阻抗读取器14的正确操作。校准器20可包括校准标准的开关。校准器20可包括开环或闭环LCR电路。校准器20用于提供测量参数的稳定校准参考，以便降低或者防止不合需要的感测参数不利地影响测量，以及提高感测精度。校准器20还可用作内部自测试，从而通知操作人员关于装置故障。不合需要的感测参数的非限制性示例包括温度和老化。在一个示例中，老化可包括电路板上的迹线的腐蚀。
传感器信号的校准通过传感器12的阻抗响应的变化来实现传感器12所暴露于的一个或多个感兴趣参数的准确测量。在一个实施例中，校准器20可使传感器12能够自行校准，而无需首先使传感器12暴露于感兴趣参数。在一个示例中，能够通过测量传感器12的阻抗响应，将传感器12的阻抗响应与参考阻抗值进行比较，并且提取传感器的等效电路参数，来执行自行校准。
在一个示例中，阻抗读取器14的校准方法可包括测量作为频率的函数的参考结构的阻抗，并且将所测量值与读取器的非易失性存储器中存储的值进行比较。参考结构的非限制性示例可包括参考电阻器、参考电容器、参考电感器或参考LCR电路中的一个或多个。在一个示例中，内置开关（未示出）可设置在阻抗读取器14中供校准。在一个示例中，校准传感器的方法可包括测量传感器的阻抗，将传感器的阻抗的测量与一个或多个参数相关，计算一个或多个分析拟合系数，并且将一个或多个分析拟合系数存储在传感器的存储器芯片上或者任何其它已知位置中。
阻抗读取器14还包括同步取样器22。同步取样器22从校准器20接收校准传感器信号，并且相对从参考源所得到的参考信号来参考校准传感器信号。在一个示例中，参考源是用于参考传感器响应的一组信号。在一个实施例中，参考包括归一化。但是，也可使用通常用于参考的任何其它功能。在一个实施例中，同步取样器22可生成可用于参考传感器信号的一个或多个参考信号。在一个实施例中，同步取样器22所产生的参考信号可充当校准器20的激励信号，以便从校准器20得到响应。同步取样器22可使用直接取样架构、外差取样架构、零差取样架构或者次谐波取样架构来构成。
同步取样器22可包括主振荡器、相干时钟发生器和/或数字直接合成器（DDS）。在一个示例中，主振荡器可独立于相干时钟发生电路。在另一个示例中，主振荡器和相干时钟发生器可与DDS集成。DDS可接收作为输入的fDDSclk，以便产生参考频率（f1）和样本频率（f2）。频率f1和f2与fDDSclk是相干的（相同相位）。在一个实施例中，可实现工作循环（duty cycle）操作，以便使平均功率为最小，同时保持适当的传感器取样率。工作循环方式提供与测量的参考设计稳定性相似的稳定性以及取样间隔之间的周期。
f1与f2之间的频率差可保持恒定，以便以数字方式执行解调。这种频率关系（恒定频率差）和相位相干性通过对于没有同步或锁相到主振荡器的信号求平均来实现外部电磁干扰的抑制。可选地，来自DDS的输出首先经过滤波器、例如低通滤波器（未示出），以便从DDS消除不希望的乱真输出。经滤波的输出可经过放大器（未示出）以增加信号电平，从而提供用于执行RFID传感器的阻抗测量的适当激励信号电平。
可对预期测量频率范围来搜查DDS。在一个实施例中，可逐步地搜查DDS。在一个实施例中，扫频分析器可用于增加主振荡器的频率，使得扫频分析器与主振荡器的频率之间的差处于中频滤波器的带宽之内。来自DDS的频率信号可用作读取器天线的激励信号。在由来自DDS的激励信号所激励时，读取器天线16生成磁场，以便与传感器12进行交互。
同步取样器22耦合到数字处理器24。在一个示例中，数字处理器24是数字信号处理器（SDP）。在另一个示例中，数字处理器24是ADC。在一个实施例中，附加ADC可用于把来自传感器12的模拟信号转换为数字信号。数字信号则可使用数字处理器24来处理。
在一个实施例中，数字处理器24可包括复合数字解调器（DDM），以便避免模拟正交解调的典型失真问题。可通过使校准传感器信号和参考信号的频率差成为样本时钟的已知分数（例如四分之一），来简化DDM。数字处理器24的输出可以是校准传感器信号和参考信号的比率计幅度和相位差。虽然未示出，但是数字处理器24还可包括快速傅立叶变换（FFT）匹配滤波器，以便通过在抑制带外干扰信号的同时相关地累积预期信号来增强读取器14的信噪比。
在一个实施例中，数字处理器24可在操作上耦合到存储器26以用于存储测量参数供以后使用或者显示测量参数或者下载测量参数供进一步分析和/或将测量参数传递给中央计算单元。数字处理器24可具有用于将装置耦合到诸如远程计算单元（又称作“中央计算中心”）之类的外部系统的适配器。在一个示例中，数字处理器24可具有USB控制器28以提供USB接口。USB接口使阻抗读取器10能够被更新，并且使数据能够在现场被收集，然后下载供进一步分析。在另一个示例中，数字处理器24可具有无线通信部件、例如无线电收发器29，以便与外部系统进行无线通信。例如，现场便携阻抗阅读器14可在操作上耦合到通信模块。通信模块可用于与诸如网络之类的外部装置进行通信。
在某些实施例中，显示器（未示出）可在操作上耦合到数字处理器24。在一个实施例中，高对比度彩色半透反射LCD（液晶显示器）图形显示器可用作显示器。显示器的高对比度和半透反射性质使显示器适合于现场的户外日光操作。
在一个备选实施例中，作为对使用数字处理器24的替代或补充，阻抗读取器14可采用远程定位的处理器。例如，远程定位的处理器相对阻抗读取器10可存在于远程定位的中央计算中心。除了处理传感器数据（模拟和数字数据）之外，数字处理器24可配置成显示经处理的数据。
在某些实施例中，现场便携阻抗读取器14可设置在紧凑壳体（未示出）中。例如，现场便携阻抗读取器14可设置在尺寸范围从大约2×2×1
cm3至大约15×15×5 cm3的适当矩形盒形壳体中。壳体可包括手柄、插销或者皮带装备，以便于易于将装置携带到各个位置。显示器可设置在壳体内的窗口中。谐振传感器12可设置在壳体之上或外部。
阻抗读取器14测量传感器12的谐振传感器电路的阻抗谱。另外，测量谱的分析可在阻抗读取器14中执行。备选地，可在将所收集阻抗谱发送给中央连网位置之后，在中央连网位置中执行分析。谱的分析的非限制性示例包括复阻抗的实部的最大值的频率（Fp）、复阻抗的实部的幅值（Zp）、复阻抗的虚部的谐振频率（F1）以及复阻抗的虚部的反谐振频率（F2）。
传感器电路的组件的组合引起生成由诸如Fp、Zp、F1、F2、Fz、Z1、Z2之类的谐振电路参数以及从谐振传感器同时产生的其它一些参数所形成的阻抗响应。图2示出传感器的阻抗的实部和虚部的示例。如曲线30所示，阻抗的实部包括参数Fp 32和Zp 34。参数Fp 32表示阻抗的实部的最大值的频率，以及Zp 34表示阻抗的实部的幅值。类似地，如曲线36所示，阻抗的虚部包括F1 38和F2 40。参数F1 38表示阻抗的虚部的谐振频率，以及参数F2 40表示阻抗的虚部的反谐振频率。参数F1和F2与等效电路的不同组件相关。传感器参数的附加非限制性示例包括能够从RFID传感器的等效电路的响应来提取的参数，例如谐振的质量因数、RFID传感器的谐振电路响应的阻抗的相位角和幅值以及本领域的已知的其它参数。F1 38与F2 40之间的差与峰值宽度相关。在这个示例中，由于F1 38和F2 40与等效电路的不同组件相关，所以F1 38和F2 40没有相互关联。峰值对称性可受到阻抗的变化影响。能够使用整个阻抗谱，例如使用谐振的质量因数、阻抗的相位角和幅值、在复阻抗的虚部的谐振频率（F1）38的信号幅值（Z1）35、在复阻抗的虚部的反谐振频率（F2）40的信号幅值（Z2）37以及零电抗频率（Fz，阻抗的虚部为零的频率）39，来测量其它参数。在标题为“Methods and systems for calibration of RFID
sensors（用于RFID传感器的校准的方法和系统）”的美国专利申请序号12/118950中描述了多变元响应数，通过引用将其结合到本文中。
在某些实施例中，现场便携读取器可包括附加特征和功能以及现场应用可能需要或者可能不需要的可控特征。非限制性示例包括可变增益和可编程增益放大器以及在宽频率范围上的操作能力。
对功率循环和预热期间的漂移敏感的诸如阻抗转换器和校准器之类的组件可工作在低功率但未完全断电模式，以便保存测量性能和精度。诸如同步取样器和数字处理器之类的不太敏感组件在工作循环睡眠间隔期间完全断电，以便节省电力。这种方法提供降低的功率消耗，并且通过降低操作的工作循环来允许电力节省。用于节省电力的其它示例可包括多个通道DDS芯片和多个通道ADC转换器用于通过能够使用诸如时基、计数器、存储器和接口控制器之类的共同部分来提供节省。
在一个实施例中，现场便携阻抗读取器可将电池用于电力供应。在一个示例中，电池可以是标准可再充电锂离子电池。锂离子电池具有有利的能量/重量比而没有记忆效应。在一个实施例中，锂离子电池可以能够在每分钟一次测量下以15%的工作循环提供电力大约13.5小时时长。
在一个示例中，现场便携阻抗读取器测量在从大约8 MHz至大约15 MHz的频率范围上的谐振传感器的阻抗、幅度和相位。在这个示例中，现场便携阻抗读取器包括主振荡器和相干时钟发生电路、直接数字合成器（DDS）、降频转换混合器和滤波器、模数转换和数字信号处理器。读取器架构还包含用于本地通信和电池充电的USB接口以及802.15.4 ZigBee无线电收发器。
图3示出现场便携阻抗读取器50。在所示实施例中，阻抗读取器50的组件设置在壳体52的一部分中。RFID传感器54设置在电路板56上。磁场58从读取器天线60来生成。
图4示出现场便携阻抗读取器70的示例结构的详细结构。在所示示例中，使用双面表面安装设计方式。但是，也可使用其它方式，非限制性地例如连接器化组件或者通孔组件。刚柔板层叠用于支承阻抗读取器70的各种组件。刚柔双重电路板上的表面安装组件经过折叠和层叠以获得小形状因数。
第一刚性电路板74具有设置在一侧的读取器天线72。读取器天线72设计成工作在从大约5 MHz至大约100 MHz的范围之内的频带。虽然示出水平线圈天线，但是可使用其它天线类型，包括双极、垂直天线等。
可再充电或者可更换电池76设置在刚性电路板74的相对侧。电池的非限制性示例可包括锂离子电池或碱性电池。第二刚性电路板78包括一侧的射频（RF）电子器件80以及另一侧的中频（IF）电子器件82。第三刚性电路板84包括一侧的ADC
86和DSP 88以及另一侧的USB和/或无线电天线90。不同刚性电路板74、78和84使用柔性弯曲互连92以电子方式耦合。以层叠形式设置电子器件帮助使读取器50小型化。
虽然未示出，但是也设想阻抗读取器70的电组件的其它配置。例如，不是设置在三层电路板上，电组件而是可设置在电路板的一层或两层上。电组件可设置在从1至大约10层的范围内的电路板的若干层上。
电感耦合方式允许传感器和读取器的电流隔离（没有引线），并且准许预期无源RFID传感器快速搭扣到传感器读取器的表面。在需要时，可执行无源RFID传感器的简单交换。
参照图5，可通过使用电子器件组装技术来优化现场便携阻抗读取器的小型化。实现小电子器件的难题之一在于整个制造和处理过程中使用的互连方法和封装技术的层级。除了封装的大小之外，通过使用适当布局，还降低或消除热问题以及敏感电路之间的交叉耦合。在所示实施例中，IC芯片已经与团顶接合，以便消除大尺寸封装的问题。如图所示，硅管芯102胶合到电路板104，并且使用基底垫片106和引线接合(wire
bond)108进行从电路板到芯片的互连。为了稳定性，芯片和对应引线接合108使用环氧树脂滴或团110来封装。除了提供更低的外形、更细的部件之外，团顶方式还显著减小组件所需的表面积。另外，团顶方式提供机械支承，并且排除可能中断电路操作的诸如指纹残余之类的污染物。其它互连方法可用来代替引线接合，非限制性地例如采用回流焊接或热声接合的倒装管芯附连。在某些实施例中，现场便携阻抗读取器至少保持与常规台式实验室系统相同质量的数据获取。
在某些实施例中，现场便携阻抗读取器可询问谐振传感器，解码并且向装置传送测量。可选地，现场便携阻抗读取器可记录经解码的测量。经解码的测量可传送给本地基站或远程位置。在一个示例中，经解码的测量可使用ZigBee®协议来传送。该架构包含用于本地通信和电池充电的USB接口以及用于低功率通信方式的802.15.4 ZigBee®无线电收发器。
在一个实施例中，通过在所确定范围上的扫描频率来进行频率响应测量。在另一个实施例中，通过激励所确定范围中的所有频率来进行频率响应测量。随后，确定衰荡信号的傅立叶变换。
阻抗读取器能够在保持低噪声级的同时确定传感器参数。部分通过以恒定的预定分辨率扫描频率范围，以进一步的多变量分析的最小不确定性来确定谱参数。波形的数量可在从1至10000的范围，以及扫描的数量可在从1至10000的范围。如果波形的数量大于2，则可对波形求平均。如果扫描的数量大于2，则可对扫描求平均。可应用函数，以便拟合扫描的谐振部分。在一个实施例中，可应用该函数，以便拟合包括扫描中的总数据点的35%或以下的扫描的谐振部分。峰值的峰值位置和幅值可使用该函数来提取。函数的非限制性示例包括多项式拟合和质心拟合。以跨频率范围的恒定或可变扫描速度可测量阻抗谱。跨频率范围的可变扫描速率可用于降低测量噪声，同时在谐振频率范围上进行扫描。以跨频率范围的恒定或可变扫描频率分辨率可测量阻抗谱。跨频率范围的可变频率分辨率可用于对于在谐振频率范围上的扫描降低测量噪声。
本发明的阻抗读取器能够使用便携装置来读取谐振传感器的谐振阻抗谱。例如，便携装置的一个或多个实施例使用电感耦合和传感器响应的读出、扫描跨传感器窄谐振响应的频率范围、处理谐振谱以提供峰值位置和峰值强度的确定的更高分辨率和更高信噪比以及收集谐振传感器的谐振阻抗谱。在一个示例中，阻抗读取器具有将数据无线地传递给一个或多个云计算机集群用于节省成本处理的能力。在另一个示例中，阻抗读取器包括部分通过使用来自相邻传感器的数据、基于相邻传感器来无线地调整传感器模型的能力。来自相邻传感器的数据可通过网络传送给阻抗读取器。在一个示例中，阻抗读取器可以是无线系统的一部分。无线系统的非限制性示例可包括个人计算机、个人数字助理（PDA）、蜂窝电话或组合装置。
示例1
使用网络分析器进行测量，以便确定使所开发的传感器的谐振谱的测量中的噪声级为最小的最佳数据获取条件。使用Excel（MicroSoft Inc.，Seattle，WA）或者KaleidaGraph（Synergy Software，Reading，PA）以及与Matlab（The Mathworks Inc.，Natick，MA）配合操作的PLS_Toolbox（Eigenvector
Research, Inc.，Manson，WA）来分析所收集的复阻抗数据。
可变数据获取参数包括：（1） 跨谐振峰值的用于计算峰值位置的拟合点的数量；（2）积分时间；（3）谱的百分比平滑；以及（4）用于求平均的波形的数量。图6A和图6B示出使噪声级为最小的适当数据获取条件。图6A是所测量Zp，以及图6B是所测量Fp。如图6A和图6B所示，改进噪声的参数是用于求平均的波形的数量，其后跟随跨用于计算峰值位置的谐振峰值的拟合点的数量。这个发现对于用于实现传感器响应的最佳检测极限的测量中的噪声的降低是关键的。
图7示出通过优化每扫描的数据点的数量和求平均扫描的数量的网络分析器中的噪声的改进。
示例2
水、甲醇和乙醇等三种不同类型的蒸汽的测量使用便携网络分析器进行。使用Excel（MicroSoft Inc.，Seattle，WA）或者KaleidaGraph（Synergy Software，Reading，PA）以及与Matlab（The Mathworks Inc.，Natick，MA）配合操作的PLS_Toolbox（Eigenvector
Research, Inc.，Manson，WA）来分析所收集的复阻抗数据。传感器是涂敷有Au纳米粒子的无线传感器。被测蒸汽是各在四个浓度下的水、甲醇和乙醇。从所收集复阻抗中，同时测量若干参数。这些参数包括Fp、Fz、F1、F2、Zp、Z1和Z2。图8A和图8B示出用于从辨别三种不同类型的蒸汽的单个传感器进行测量的现场便携阻抗读取器的操作期间的图表。图8A示出同时测量的Fp、Fz、F1和F2。图8B示出同时测量的Zp、Z1和Z2。
图9A和图9B示出来自在用于从辨别三种不同类型的蒸汽的单个传感器进行测量的现场便携阻抗读取器的操作期间执行的主成分分析的得分图。图9A示出主成分1（PC1）相对主成分2（PC2）的得分图。图9B示出主成分1（PC1）相对主成分2（PC1）和实验时间的得分图。对于来自单个传感器的同时测量的Fp、Fz、F1、F2、Zp、Z1和Z2来执行主成分分析。这个示例示范三种蒸汽的选择性确定中的便携网络分析器的操作。
示例3
就其电池操作来测试测量复阻抗的现场便携阻抗读取器。现场便携阻抗读取器按照其双面表面安装配置来构建。阻抗读取器基于锂离子可再充电电池（Ultralife
UBP001，3.7 V，1750 mAh）工作在连续模式和15%工作循环，通过无线（ZigBee）实时地通信。在详细测试便携系统的组装组件时，噪声特性以及多种蒸汽的选择性检测的能力比得上台式网络分析器。包括现场便携阻抗读取器的封装系统实现13.5 h的电池操作。
虽然本文仅说明和描述了本发明的某些特征，但本领域的技术人员将会想到多种修改和变更。因此要理解，所附权利要求书意在涵盖落入本发明的范围之内的所有这类修改和变更。
Claims (27)
1.一种现场便携阻抗读取器，包括：
第一层，包括读取器天线；
第二层，包括射频电子器件和中频电子器件；以及
第三层，包括数字直接合成器、参考模数转换器、样本模数转换器和数字信号处理器；
其中所述第一层、第二层和第三层是层叠的并且其中所述第一层、第二层和第三层设置在壳体中。
2.如权利要求1所述的现场便携阻抗读取器，还包括USB接口。
3.如权利要求1所述的现场便携阻抗读取器，其中，所述壳体具有从2×2×1 cm3至15×15×5 cm3的范围中的尺寸。
4.如权利要求1所述的现场便携阻抗读取器，其中，所述第三层还包括同步取样器，所述同步取样器还包括主振荡器或者相干时钟发生器或者两者。
5.如权利要求4所述的现场便携阻抗读取器，其中，所述数字直接合成器包括在所述同步取样器中并且其中所述数字直接合成器与所述主振荡器以及所述相干时钟发生器进行通信。
6.如权利要求5所述的现场便携阻抗读取器，其中，所述数字直接合成器与所述读取器天线进行通信。
7.如权利要求1所述的现场便携阻抗读取器，其中，所述数字信号处理器包括所述参考模数转换器和所述样本模数转换器。
8.如权利要求1所述的现场便携阻抗读取器，其中，所述阻抗读取器实时地监测感测数据。
9.如权利要求1所述的现场便携阻抗读取器，其中，所述阻抗读取器电感耦合到谐振传感器。
10.如权利要求9所述的现场便携阻抗读取器，其中，所述阻抗读取器读取传感器的实和虚阻抗谱。
11.如权利要求9所述的现场便携阻抗读取器，其中，所述阻抗读取器读取传感器的实和虚阻抗谱，并且同时计算所述传感器阻抗响应的至少两个参数。
12.如权利要求9所述的现场便携阻抗读取器，其中，所述阻抗读取器读取传感器的实和虚阻抗谱，并且同时计算来自单个传感器的Fp、Fz、F1、F2、Zp、Z1和Z2。
13.如权利要求1所述的现场便携阻抗读取器，其中，所述阻抗读取器的表面包括接收谐振传感器的适配器。
14.如权利要求13所述的现场便携阻抗读取器，其中，所述谐振传感器是无源RFID传感器。
15.如权利要求1所述的现场便携阻抗读取器，其中，所述数字信号处理器与存储器、控制器、无线电收发器或者它们的组合进行操作关联。
16.如权利要求1所述的现场便携阻抗读取器，还包括温度补偿器。
17.如权利要求16所述的现场便携阻抗读取器，其中，所述温度补偿器与阻抗补偿器集成。
18.如权利要求1所述的现场便携阻抗读取器，还包括团顶，其中所述团顶是用来封装所述现场便携阻抗读取器的组件的环氧树脂滴或团。
19.一种包括如权利要求1所述的现场便携阻抗读取器的无线系统。
20.如权利要求19所述的无线系统，还包括便携数字装置，所述便携数字装置包括便携计算机处理器、手持数字助理、蜂窝电话或者它们的组合。
21.如权利要求20所述的无线系统，其中，所述便携数字装置能够进行近场通信。
22.一种用于定量化环境中的化学、生物或物理参数的一个或多个的方法，所述方法包括：
使用如权利要求1至18的任何一项所述的现场便携阻抗读取器来测量跨谐振频率的LCR传感器的频率相关阻抗响应；
同时计算来自所述LCR传感器的至少两个单变量响应；
使用来自所述LCR传感器的所述至少两个单变量响应的多变量分析进行分析；以及
将所述多变量分析的结果与所存储校准值相互关联，以便向所述参数级别提供所测量的传感器响应的定量值。
23.如权利要求22所述的方法，其中，同时计算来自所述LCR传感器的所述至少两个单变量响应还包括向中央计算中心无线传送所述阻抗响应。
24.如权利要求23所述的方法，其中，在所述中央计算中心中执行分析或相互关联或者两者。
25.如权利要求22所述的方法，其中，把来自第一传感器的至少两个响应以及来自第二传感器的至少一个响应传送给中央计算中心，其中所述第一和第二传感器设置成相互贴近。
26.如权利要求23所述的方法，还包括将所述定量值从所述中央计算中心无线地传送给所述现场便携阻抗读取器。
27.如权利要求22所述的方法，其中，分析包括分析稳态或动态响应。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US12/827,623 US8936191B2 (en) | 2010-06-30 | 2010-06-30 | Field-portable impedance reader and methods of making the same |
| US12/827623 | 2010-06-30 | ||
| PCT/SE2011/050818 WO2012002882A1 (en) | 2010-06-30 | 2011-06-22 | Field-portable impedance reader and method for quantitating parameters in an environment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103026365A CN103026365A (zh) | 2013-04-03 |
| CN103026365B true CN103026365B (zh) | 2016-06-29 |
Family
ID=45400326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201180032850.4A Active CN103026365B (zh) | 2010-06-30 | 2011-06-22 | 现场便携阻抗读取器及用于定量化环境中的参数的方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8936191B2 (zh) |
| EP (1) | EP2588991B1 (zh) |
| JP (1) | JP5889889B2 (zh) |
| CN (1) | CN103026365B (zh) |
| WO (1) | WO2012002882A1 (zh) |
Families Citing this family (39)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10746680B2 (en) | 2006-11-16 | 2020-08-18 | General Electric Company | Sensing system and method |
| US9538657B2 (en) * | 2012-06-29 | 2017-01-03 | General Electric Company | Resonant sensor and an associated sensing method |
| US10260388B2 (en) | 2006-11-16 | 2019-04-16 | General Electric Company | Sensing system and method |
| US9389260B2 (en) | 2012-09-28 | 2016-07-12 | General Electric Company | Systems and methods for monitoring sensors |
| US9147144B2 (en) | 2012-09-28 | 2015-09-29 | General Electric Company | Systems and methods for monitoring sensors |
| US10539524B2 (en) | 2006-11-16 | 2020-01-21 | General Electric Company | Resonant sensing system and method for monitoring properties of an industrial fluid |
| US10914698B2 (en) | 2006-11-16 | 2021-02-09 | General Electric Company | Sensing method and system |
| US9536122B2 (en) * | 2014-11-04 | 2017-01-03 | General Electric Company | Disposable multivariable sensing devices having radio frequency based sensors |
| US9658178B2 (en) | 2012-09-28 | 2017-05-23 | General Electric Company | Sensor systems for measuring an interface level in a multi-phase fluid composition |
| US10018613B2 (en) | 2006-11-16 | 2018-07-10 | General Electric Company | Sensing system and method for analyzing a fluid at an industrial site |
| US10254270B2 (en) | 2006-11-16 | 2019-04-09 | General Electric Company | Sensing system and method |
| US9389296B2 (en) * | 2012-07-26 | 2016-07-12 | General Electric Company | Method for sensor reader calibration |
| USD669473S1 (en) * | 2010-11-12 | 2012-10-23 | Gaming Partners International Usa, Inc. | Portable chip reader |
| USD702236S1 (en) * | 2010-11-12 | 2014-04-08 | Gaming Partners International Corporation | Portable chip reader |
| US8615660B1 (en) * | 2011-01-27 | 2013-12-24 | Selman and Associates, Ltd. | Cloud computing system for real-time streaming of well logging data with self-aligning satellites |
| US9689852B2 (en) * | 2012-06-29 | 2017-06-27 | General Electric Company | Resonant sensor and an associated sensing method |
| US10598650B2 (en) | 2012-08-22 | 2020-03-24 | General Electric Company | System and method for measuring an operative condition of a machine |
| US10684268B2 (en) | 2012-09-28 | 2020-06-16 | Bl Technologies, Inc. | Sensor systems for measuring an interface level in a multi-phase fluid composition |
| CN103278181B (zh) * | 2013-05-03 | 2016-03-16 | 东南大学 | 一种无源lc谐振式传感器的无线读出电路 |
| US20160061751A1 (en) * | 2014-08-28 | 2016-03-03 | William N. Carr | Wireless Impedance Spectrometer |
| AU2015268746B2 (en) * | 2014-12-30 | 2017-09-07 | Ge Infrastructure Technology Llc | Sensing method and system |
| US9461716B2 (en) * | 2015-03-02 | 2016-10-04 | Intel IP Corporation | Near field communications (NFC) modulation feedback apparatus for tuned antenna configurations |
| US10067256B2 (en) * | 2015-03-26 | 2018-09-04 | General Electric Company | Proximity probe interchange compensation |
| JP6732236B2 (ja) * | 2016-03-28 | 2020-07-29 | 中日本高速道路株式会社 | コンクリート内鉄筋腐食環境測定方法及びシステム |
| US10912481B2 (en) * | 2016-08-10 | 2021-02-09 | Koninklijke Philips N.V. | Bioimpedance measurement system calibration |
| US20180048193A1 (en) * | 2016-08-12 | 2018-02-15 | CommSense Inc. | Method and apparatus for sensing environment and optimizing power efficiency using an antenna |
| CN106767941B (zh) * | 2016-12-23 | 2019-03-22 | 上海师范大学 | 一种天线型定量检测传感器系统及检测方法 |
| US10551334B1 (en) * | 2018-08-09 | 2020-02-04 | William N. Carr | Impedance spectrometer with metamaterial radiative filter |
| US10359449B2 (en) | 2017-03-29 | 2019-07-23 | Analog Devices Global | Current measurement techniques to compensate for shunt drift |
| US10571445B2 (en) * | 2017-05-15 | 2020-02-25 | Hamilton Sundstrand Corporation | Fielded chemical threat detectors |
| US10775258B2 (en) * | 2018-03-13 | 2020-09-15 | International Business Machines Corporation | Heuristic based analytics for gas leak source identification |
| US10872238B2 (en) | 2018-10-07 | 2020-12-22 | General Electric Company | Augmented reality system to map and visualize sensor data |
| GB2580093B (en) * | 2018-12-21 | 2021-08-25 | Pragmatic Printing Ltd | An RFID system with improved signal transmission characteristics |
| US11365386B2 (en) | 2019-05-03 | 2022-06-21 | UNIVERSITé LAVAL | Cellular behaviour monitoring device and method for monitoring changes in cellular behaviour |
| CN110133089B (zh) * | 2019-05-31 | 2021-12-21 | 广州钰芯传感科技有限公司 | 一种电化学传感器自动内校准系统及校准方法 |
| JPWO2021117298A1 (zh) * | 2019-12-12 | 2021-06-17 | ||
| CN115004043A (zh) | 2020-01-24 | 2022-09-02 | 株式会社电装 | 电池测定装置 |
| CN111523338A (zh) * | 2020-05-22 | 2020-08-11 | 南方科技大学 | 无源传感系统 |
| US11977025B2 (en) | 2022-07-07 | 2024-05-07 | Ge Infrastructure Technology Llc | System and method for on-board data analysis for multi-gas sensing |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007101992A1 (en) * | 2006-03-06 | 2007-09-13 | Innovision Research & Technology Plc | A near field rf communicator and an antenna for near field rf communicators |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5157338A (en) | 1991-01-22 | 1992-10-20 | James M. Mothersbaugh | Antenna VSWR indicator |
| JPH0773282A (ja) * | 1993-09-01 | 1995-03-17 | Toshiba Corp | 高周波回路装置 |
| JPH09292453A (ja) * | 1996-04-26 | 1997-11-11 | Hioki Ee Corp | 回路素子の定数測定装置 |
| JP2002125206A (ja) * | 2000-10-18 | 2002-04-26 | Sharp Corp | 無線通信装置，送信装置および受信装置 |
| US7256695B2 (en) * | 2002-09-23 | 2007-08-14 | Microstrain, Inc. | Remotely powered and remotely interrogated wireless digital sensor telemetry system |
| US8502675B2 (en) * | 2002-09-23 | 2013-08-06 | Lord Corporation | Remotely powered and remotely interrogated wireless digital sensor telemetry system to detect corrosion |
| JP2007516509A (ja) * | 2003-06-10 | 2007-06-21 | スミスズ ディテクション インコーポレイティド | センサ装置 |
| US7445143B2 (en) | 2005-03-31 | 2008-11-04 | Symbol Technologies, Inc. | In-field monitoring and management of data capture systems |
| US20070090926A1 (en) | 2005-10-26 | 2007-04-26 | General Electric Company | Chemical and biological sensors, systems and methods based on radio frequency identification |
| US8318099B2 (en) | 2005-10-26 | 2012-11-27 | General Electric Company | Chemical and biological sensors, systems and methods based on radio frequency identification |
| US8242911B2 (en) * | 2006-12-11 | 2012-08-14 | Tego Inc. | Composite multiple RFID tag facility |
| WO2007068002A2 (en) * | 2005-12-09 | 2007-06-14 | Tego Inc. | Multiple radio frequency network node rfid tag |
| EP2021742A1 (en) * | 2006-05-26 | 2009-02-11 | Amersham Biosciences Corp. | System and method for monitoring parameters in containers |
| JP2008236617A (ja) * | 2007-03-23 | 2008-10-02 | Nec Tokin Corp | 非接触ｉｃタグ用リーダライタおよびその信号送信方法 |
| US7911345B2 (en) * | 2008-05-12 | 2011-03-22 | General Electric Company | Methods and systems for calibration of RFID sensors |
| US11895008B1 (en) | 2022-07-22 | 2024-02-06 | Cisco Technology, Inc. | Predictive network routing with dynamic smoothing envelope creation for noisy network timeseries |
-
2010
- 2010-06-30 US US12/827,623 patent/US8936191B2/en active Active
-
2011
- 2011-06-22 JP JP2013518328A patent/JP5889889B2/ja active Active
- 2011-06-22 WO PCT/SE2011/050818 patent/WO2012002882A1/en active Application Filing
- 2011-06-22 EP EP11801238.4A patent/EP2588991B1/en active Active
- 2011-06-22 CN CN201180032850.4A patent/CN103026365B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007101992A1 (en) * | 2006-03-06 | 2007-09-13 | Innovision Research & Technology Plc | A near field rf communicator and an antenna for near field rf communicators |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2588991A1 (en) | 2013-05-08 |
| JP5889889B2 (ja) | 2016-03-22 |
| WO2012002882A1 (en) | 2012-01-05 |
| US8936191B2 (en) | 2015-01-20 |
| EP2588991B1 (en) | 2023-09-27 |
| JP2013535663A (ja) | 2013-09-12 |
| EP2588991A4 (en) | 2014-04-02 |
| CN103026365A (zh) | 2013-04-03 |
| US20120004851A1 (en) | 2012-01-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103026365B (zh) | 现场便携阻抗读取器及用于定量化环境中的参数的方法 | |
| JP6240502B2 (ja) | Ｒｆｉｄセンサの統合質問のための方法及びシステム | |
| CN102959378B (zh) | 温度无关压力传感器及其相关方法 | |
| EP2939184B1 (en) | Resonant sensor assembly for analysis of fluids | |
| US9261474B2 (en) | Methods for analysis of fluids | |
| JP3315984B2 (ja) | 無線で問い合わせ可能な受動的表面波センサ | |
| US20140091811A1 (en) | Systems and methods for monitoring sensors | |
| Viikari et al. | Intermodulation read-out principle for passive wireless sensors | |
| Tan et al. | A passive wireless triboelectric sensor via a surface acoustic wave resonator (SAWR) | |
| Salvati et al. | Zero-power wireless pressure sensor based on backscatterer harmonic transponder in a WPT context | |
| Song et al. | On the use of the intermodulation communication towards zero power sensor nodes | |
| CN110018351A (zh) | 一种非接触式天线阻抗测量方法及其测量系统 | |
| Song | On optimization and read-out resolution of the zero power sensor | |
| Song | On passive wireless sensors based on intermodulation communication | |
| CN117848397A (zh) | 一种高灵敏多功能的微波人工局域等离激元传感系统 | |
| Zini | Techniques, Circuits and Devices for Noncontact Sensing through Wireless Coupling | |
| KR20250010935A (ko) | 반사 임피던스 측정 기반 공진 주파수 모니터링 방법, 그리고 이를 활용한 lc 센서 시스템 | |
| Viikari | Intermodulation read-out principle for passive wireless sensors Author (s) Viikari, Ville; Seppä, Heikki; Dong-Wook, Kim C |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240305 Address after: south carolina Patentee after: General Electric Infrastructure Technology Co.,Ltd. Country or region after: U.S.A. Address before: New York, United States Patentee before: General Electric Co. Country or region before: U.S.A. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |