专利名称：无源谐振传感器lc标签的无线反向散射盘查的制作方法
技术领域：
本发明涉及感测目标被测对象的传感器。具体但不排他地，本发明涉及可被远程 地盘查以确定是否已检测到目标被测对象的传感器。背景
已知提供远程监测站，该远程监测站配有一个或多个传感器用以测量诸如含湿量 之类的一个或多个环境参数，诸如一氧化碳、氨、氯、硅烷之类的一种或多种规定气体的存 在性、以及其它目标被测对象。已知监测站的缺点在于一般需要电源以将信息从站台中继至控制器。一个或多个 传感器一般也需要电源以使传感器发挥作用。提供电源可能存在问题，尤其是如果需要将监测站布置在地下。监测站也可能是 高成本制造和维护的。

发明内容
在本发明的第一方面，提供了一种传感器，包括传感器谐振雷达反射器部件；以 及传感器元件，该传感器反射器部件配置成当由相应频率的射频辐射所辐照时在谐振频率 下谐振，该传感器进一步配置成传感器元件暴露于目标被测对象造成传感器反射器部件的 谐振频率变化。该传感器具有优于已知传感器的优势，它不需要电源。此外，传感器可通过盘查装 置远程盘查而不需要传感器和盘查装置之间的物理链路。较佳地，传感器反射器部件具有电极化轴和磁极化轴。传感器反射器部件可具有 一个以上的电极化轴和/或一个以上的磁极化轴。较佳地，传感器元件和传感器反射器部件是分离的，但是相链接以使传感器元件 因目标被测对象的存在或效应而引起的物理、化学或电气特征的变化造成传感器反射器部 件的谐振频率的变化。传感器元件可包括耦合于传感器反射器部件的电容元件，传感器被配置成当传感 器暴露于目标被测对象时使电容元件的电容值发生改变。传感器元件可包括耦合于传感器反射器部件的电感元件，传感器被配置成当传感 器暴露于目标被测对象时使电感元件的电感值发生改变。传感器元件可包括耦合于传感器反射器部件的电阻元件，传感器被配置成当传感 器暴露于目标被测对象时使电阻元件的电阻值发生改变。传感器元件可包括传感器材料，该传感器材料被配置成一旦传感器暴露于受测对 象则使传感器材料的物理、化学或电气特征值从第一值改变至第二值，由此使传感器反射 器部件的谐振频率发生改变。传感器材料可与传感器反射器部件并置地设置。传感器材料可与传感器元件的电容元件并置地设置，传感器被配置成当传感器材 料的所述物理、化学或电气特征改变时使电容元件的电容值发生改变。
传感器材料可包括从金属材料、介电材料、非线性介电材料、铁磁材料、例如硅胶 的吸湿性材料、例如NaCl的盐、具有可变介电和导电特征的化学敏化树脂、铁电材料、铌酸 锂、钇铁石榴石(YIG)和化学触发导电聚合物中选取的至少一种。一层电绝缘介质可设置在传感器材料和传感器反射器部件之间。该特征的优势在于，在一些实施例中可基本防止反射器部件的各部分之间经过传 感器材料的电流动路径。传感器反射器部件可包括传感器材料。因此，传感器反射器部件可包括传感器元 件。换句话说，传感器元件可由传感器反射器部件提供。例如，在一些实施例中，反射器部件中例如形成Ω谐振器或本发明实施例的其它 谐振器的部分的导电部分或该导电部分的一部分可由传感器材料提供。
传感器材料可包括金属材料，较佳为铜。可配置传感器材料，以在继传感器材料暴露于目标被测对象之后没有目标被测对 象时使所述传感器材料的物理、化学或电气特征值从第二值改变至大致第一值。其优点是在本发明的一些实施例中可形成可逆传感器，即能够使用多次而无需更 换的传感器。该特征还具有优势，即盘查装置可确定何时目标被测对象不复存在。因此，在配置 成检测有毒气体的气体传感器的情形下，盘查装置能确定在撤离后工作人员何时返回建筑 是安全的。可配置传感器材料，以在继传感器材料暴露于目标被测对象之后没有目标被测对 象时使所述传感器材料的物理、化学或电气特征值不从第二值改变至大致第一值。其优点是盘查装置即使目标被测对象不复存在也能确定传感器是否已暴露于目 标被测对象。由此提供“一次性”传感器。在一些实施例中，传感器材料的物理特征值可通过单独手段——例如通过加热、 清洗或其它处理——从第二值改变至第一值。较佳地，所述物理、化学或电气特征是从电容率、磁导率、导电性、电容和电感中选 取的至少一个。传感器元件可包括换能器元件，该换能器元件配置成响应传感器元件暴露于目标 被测对象而产生电流。换能器元件可耦合于传感器元件的变容二极管元件，其中变容二极管元件的电容 值是换能器所产生电流的函数。变容二极管元件可并联耦合于传感器元件的电容元件。换能器元件可包括从原电池(electrogalvanic cell)、光电检测器和电离辐射检 测器中选取的至少一个。较佳地，换能器元件不需要功率源。换句话说，换能器元件不需要来自蓄电池或电 缆的电力。相反，电流和电位是通过目标被测对象和换能器元件的相互作用产生的。较佳地，传感器元件包括从霍尔元件和巨磁阻(GMR)元件中选取的至少一种，其 配置成传感器元件的导电性依赖于施加到传感器元件的磁场大小。传感器元件可电耦合于传感器反射器部件。传感器材料可包括铁磁材料，传感器反射器部件具有电感，铁磁材料配置成当传感器材料暴露于磁场时使传感器反射器部件的电感发生改变。传感器材料可包括非线性介电材料，较佳为铁电材料。较佳地，传感器反射器部件具有基本平行于偶极子部分的极化轴极化的偶极子部 分，所述极化轴基本平行于偶极子部分和环形部分的纵轴。环形部分可形成围绕铁磁材料的环。偶极子部分可以基本直线形导电元件的形式出现。偶极子部分也可以基本平直的 导电元件的形式出现。替代地，偶极子部分可以基本呈锥形的导电元件的形式出现。较佳地，传感器反射器部件具有两个偶极子部分且环形部分具有一对自由端，偶 极子部分耦合于环形部分的自由端。较佳地，传感器除所述传感器反射器部件外还包括基准反射器部件。基准反射器部件可配置成使传感器暴露于目标被测对象不造成基准反射器部件 谐振频率的改变。基准反射器部件可配置成使传感器暴露于目标被测对象造成基准反射器部件谐 振频率的改变。基准反射器部件可包括嵌入到电绝缘介质中的导电部件。传感器反射器部件和基准反射器部件可配置成在传感器反射器部件暴露于目标 被测对象前以基本相同的频率谐振。替代地，传感器反射器部件和基准反射器部件可配置成在传感器反射器部件暴露 于目标被测对象前以各自不同的频率谐振。较佳地，基准反射器部件和传感器反射器部件被配置成基准反射器部件的极化轴 和传感器反射器部件的极化轴基本彼此平行。传感器反射器部件和基准反射器部件的极化轴可以是磁极化轴或电极化轴。在一 些实施例中，传感器反射器部件和基准反射器部件具有彼此平行的相应电极化轴以及彼此 平行的相应磁极化轴。在一些实施例中，传感器反射器部件和基准反射器部件被配置成使相应电极化轴 基本不平行和/或使相应磁极化轴基本不平行。在一些实施例中，传感器反射器部件和基准反射器部件被配置成使相应电极化轴 基本正交和/或相应磁极化轴基本正交。在本发明的一些实施例中，基准反射器部件和传感器反射器部件被配置成使基准 反射器部件和传感器反射器部件的相应电极化轴基本彼此平行并使基准反射器部件和传 感器反射器部件的相应磁极化轴基本彼此正交，或者使基准反射器部件和传感器反射器部 件的相应电极化轴基本彼此正交并使基准反射器部件和传感器反射器部件的相应磁极化 轴基本彼此平行。在本发明的第二方面提供一种检测目标被测对象存在性的方法，该方法包括提 供传感器，该传感器包括传感器谐振雷达反射器部件和传感器元件，该传感器反射器部件 被配置成当通过相应频率的射频辐射所辐照时以某一谐振频率谐振，该传感器被进一步配 置成使传感器元件暴露于目标被测对象造成传感器反射器部件的谐振频率改变；用包括具 有与传感器反射器部件的谐振频率相对应的频率的辐射的RF辐射来辐照传感器；并检测
8通过传感器反射的辐射。较佳地，传感器除所述传感器反射器部件外还包括基准谐振雷达反射器部件，其 中基准反射器部件配置成使传感器暴露于目标被测对象不造成基准反射器部件的谐振频 率的改变，该方法包括步骤测量传感器反射器部件的谐振频率和基准反射器部件的谐振 频率之间的频差以由此检测在存在目标被测对象时传感器反射器部件的谐振频率的变化。传感器可配置成当传感器暴露于目标被测对象时停止谐振。传感器可配置成当不 再暴露于目标被测对象时重新开始谐振。替代地，传感器可配置成在暴露于目标被测对象 后即使不再有目标被测对象也不再次谐振。附图简述现在参照附图对本发明的实施例进行说明，在附图中

图1示出根据本发明一个实施例的具有形成在衬底上的导电部分的传感器部件；图2示出根据本发明一个实施例的具有形成在互连元件之间的衬底部分中的凹 口的传感器部件；图3示出根据本发明一个实施例的其上设有一定量的传感器材料的传感器部件；图4示出根据本发明一个实施例的耦合于变容二极管和伽伐尼电池的传感器部 件；图5示出根据本发明一个实施例的辐照埋设在地下的传感器部件的盘查装置；图6示出根据本发明一个实施例的基准部件；图7示出根据本发明一个实施例的具有交叉指型互连元件的传感器部件；图8示出根据本发明一些实施例的传感器部件；图9示出根据本发明一些实施例的具有偶极子元件的传感器部件；图10示出根据本发明一些实施例的谐振器的谐振频率和平均雷达截面的值；图11示出根据本发明一些实施例的通过盘查装置所获得的作为频率和时延的函 数的反射强度的标绘；图12示出在反射器部件的环形部分中具有铁磁元件的实施例；图13示出具有配置成将反射器部件的偶极子元件的两个部分耦合在一起的传感 器元件的实施例。详细说明图1示出根据本发明一个实施例的传感器谐振雷达反射器部件100。传感器部件 100具有设置在衬底108上的导电部分105。导电部分105包括环形部分110和偶极子部 分120。偶极子部分120包括两个基本平直的、共线的导电偶极子元件121、122，它们耦合 于环形部分110的相对端。环形部分110配置成响应于磁场，而偶极子部分120配置成响应于电场。导电部分105设有一对基本平行的导电互连元件131、132，用以将环形部分110的 各相对端111、112耦合于偶极子元件121、122的每一端。在一些实施例中，导电部分105由例如铜、铝、铁、钢的金属材料或任意其它适宜 材料形成。在一些实施例中，导电部分105由导电的聚合物材料形成。在一些实施例中，衬底形成自例如塑料之类的绝缘材料。也可采用其它材料，包括 传统印刷电路板衬底材料、玻璃增强塑料(GRP)材料、玻璃、包括铁电和铁磁材料的氧化物晶体以及各种其它材料。也可采用金属材料。在一些实施例中，衬底形成自聚合物材料而导电部分105形成自导电聚合物。在 一些实施例中，衬底形成自聚合物材料而导电部分105形成自注入有碳的聚合物。在一些实施例中，导电部分直接形成在物品表面上或涂覆于物品表面，例如公用 事业管道、车辆、飞机、船只或任意其它合适物品的表面。在需要在导电表面上提供传感器 部件100的情形下，传感器部件100可在一侧设有绝缘介质。传感器部件110可配置成通 过粘合剂或任意其它合适手段固定于物品。要理解，传感器部件100的结构使得环形部分110提供传感器部件100的阻抗的 电感分量，同时互连元件131、132提供传感器部件100的阻抗的电容分量。传感器部件100 的阻抗的电阻分量由构成传感器部件100的材料的电阻提供。因此，在图1的实施例中，传感器部件100构成具有电感、电容和电阻的谐振器。在本发明的一些实施例中，传感器部件100配置成用于测量物品中感应出的应 力。在一些实施例中，传感器部件100固定于物品以使施加于物品的应力造成互连元件 131,132的相对位移，从而使元件131、132之间的距离改变。在一些实施例中，元件131、132之间的距离改变造成由元件131、132形成的电容 元件的电容变化，这导致传感器部件100谐振频率的变化。也可利用这个特征来提供温度传感器。例如，传感器部件100可应用于在感兴趣 温度范围内经历足够大尺寸变化的物品，以允许检测传感器部件100由于互连元件131、 132的相对位移的谐振频率变化。在一些实施例中，传感器部件100耦合于作为具有相应不 同热膨胀系数的两种金属的部件的双金属片部件。双金属片部件的温度变化造成金属片部 件的弯曲。在本发明的一个实施例(图2)中，提供类似于图1实施例的传感器部件200，除了 在互连元件231、232之间的衬底202中形成凹口 203。在凹口 203中设置膨胀器部件250。 膨胀器部件250设置成当膨胀器部件250的温度改变时沿平行于直线X-X的方向膨胀或收 缩。一旦膨胀，膨胀器部件250对界定凹口 203的衬底202壁施压，由此使互连元件231、 232之间的距离改变，从而改变由元件231、232提供的电容元件的电容值。在本发明的一些实施例中，传感器部件被配置成使例如预定化合物、元素、离子之 类的目标被测对象足够近地接近传感器部件以造成传感器部件由于目标被测对象本身的 存在而造成的谐振频率改变。在一些实施例，被测对象是例如水、油的液体或任意其它液 体，或例如氧气、氰化物、硅烷的气体或任意其它气体。在图1实施例的情形下，传感器部件100被配置成当不存在目标被测对象时，导 电部分105暴露于与目标被测对象完全不同的环境，当传感器部件100暴露于目标被测对 象时观察到传感器部件100谐振频率的改变。例如，在一些实施例中，传感器部件100的导电部分105设有电绝缘体介质的薄 层，由此防止目标被测对象和导电部分105之间的直接接触。传感器部件被设置成一旦传 感器部件100暴露于水，由互连元件131、132形成的电容元件的电容发生变化，这导致传感 器部件100的谐振频率的可测变化。在一些实施例中，绝缘介质薄层的存在用来当传感器 部件100暴露于目标被测对象以及周围环境的一种或多种其它组分时防止导电部分105的 恶化。在一些实施例中，绝缘体介质薄层界限的存在防止通过目标被测对象(例如水)和/或周围大气在互连元件131、132之间建立电流动路径。除了水或取而代之地也可检测其 它液体。在本发明的一些实施例中，导电部分105不与目标被测对象绝缘。因此，在传感器 部件100暴露于导电液体(例如地下水)的情形下，作为由互连元件131、132形成的电容 元件的电容变化的替换或补充，互连元件131、132之间的电阻发生变化。电阻变化是由于 目标被测对象在互连元件131、132之间提供了电流路径。这也导致传感器部件100的谐振 频率的可测变化。在一些实施例中，传感器部件100配置成使目标被测对象的存在造成导电部分 105本身的电气特征变化，由此造成传感器部件100的谐振频率变化。因此，在一些实施例中，导电部分105由容易与目标被测对象起反应的金属材料 制成。例如，金属材料可包括铜而目标被测对象可包括水或例如氯化氢的更具腐蚀性介质 或任意其它合适的腐蚀性介质。图3示出一个实施例，其中基本参照图1实施例描述的传感器部件300在基本与 互连元件331、332并置的位置设有一些传感器材料340。传感器材料340是配置成一旦暴 露于目标被测对象则发生材料介电特征变化的类型。在一些实施例中，作为与元件331、332 并置的替换或补充，传感器材料被设置在一个或多个其它位置。传感器材料340可包括多种材料中的一种或多种，包括但不局限于具有变化的 介电和导电特征的化学敏化树脂、用于电场感测的铁电材料(例如铌酸锂)、用于感测磁场 的铁磁材料(例如钇铁石榴石，YIG)、吸湿性材料(例如NaCl、硅胶)以及化学触发导电聚 合物。在一些实施例中，传感器材料340被配置成一旦传感器材料340暴露于目标被测 对象，作为介电常数发生改变的替换或补充，导电率发生改变。图4示出本发明一个实施例，其中提供检测部件460，该检测部件460被配置成响 应检测部件460对目标被测对象的检测而产生电流。在一些实施例中，检测部件460具有 配置成响应例如氧气之类的气体的存在而产生电流的原电池462。在一些实施例中，作为原 电池的替换或补充，检测部件460具有光电二极管或电离辐射检测器。在一些实施例中，检 测部件具有快速离子导体，籍此在具有电离辐射时离子通过导体的迁移率增加。在一些实 施例中，检测部件具有片载电源，例如电池元件。在图4的实施例中，检测部件460被设置成使原电池462产生的电流i流过连接 在互连元件431、432之间的变容二极管器件464。因此，当电流流过变容二极管时，互连元 件431、432之间的电容值改变。本发明的一些实施例还提供设置成盘查根据本发明一些实施例的传感器部件 100、200、300、400的盘查装置580(图5)。在图5的实施例中，盘查装置580设有射频(RF) 发射器元件592和相应的接收器元件594。盘查装置580配置成借助发射器元件592发送射频(RF)信号并借助接收器元件 594检测由位于所发射的RF信号的路径上的传感器部件反射回来的相应RF信号。在本发明的一些实施例中，盘查装置580被配置成在给定时刻发送基本单频率RF 信号，并作为时间的函数而改变由发射器元件592发出的信号的频率。该特征允许装置580 在具有不同谐振频率的传感器部件间作出区分。
在一些实施例中，盘查装置580被配置成以离散的步骤改变RF信号，所述RF信号 在一段时间内在给定频率下保持基本恒定以允许对给定谐振频率的传感器部件的可靠检 测。在一些实施例中，盘查装置580配置成传输啁啾声(chirped) RF信号。也可采用 其它形式的RF信号。在一些实施例中，盘查装置580配置成发送包含多个频率的RF信号 并检测具有与部署在给定区域的预期传感器的频率对应的频率的反射辐射。在本发明的一些实施例中，传感器具有与基准谐振雷达反射器部件结合提供的传 感器部件。在一些实施例中，提供传感器以使得基准部件被配置成使传感器暴露于目标被 测对象并不导致基准部件暴露于目标被测对象。在一些实施例中，基准部件的谐振频率被配置成与传感器部件不暴露于目标被测 对象时传感器部件的谐振频率基本相同。辐照基准部件和传感器反射器部件的盘查装置 580因此可望检测RF辐射的基本单反射频率。然而，一旦传感器暴露于目标被测对象，则传感器部件的谐振频率被配置成相对 于基准部件的谐振频率而改变，从而充分允许盘查装置580检测传感器部件和基准部件的 谐振频率之间的频差。图6示出根据本发明一个实施例的基准反射器部件600。基准部件600类似于传 感器部件100，基准部件600具有其上设置导电部分605的衬底602。另外，由塑料材料形 成的保护罩604被设置在衬底602上以保护导电部分605不被暴露于目标被测对象。在图 6的例子中，目标被测对象可以是水或具有与空气相当不同的介电常数的任意其它液体，以 允许传感器部件检测到覆盖在图1实施例的导电部分105之上或撞击到其上的介质(例如 气体或液体)的介电常数的变化。在一些实施例中，基准部件被配置成具有与传感器部件不同的谐振频率，以使由 相应部件反射的RF辐射具有由盘查装置580可辨的相应频率。因此可以理解，基准部件的存在允许通过检测传感器部件相对于基准部件的谐振 频率变化而检测目标被测对象，而不需要检测一个或多个传感器部件的谐振频率的绝对变 化。在一些实施例中，具有的优点是允许谐振频率的较小变化被检测到，由此提高检测系统 对目标被测对象存在的灵敏度。基准部件存在的又一优势是，在一些实施例中，能够对导致传感器部件谐振频率 改变但不起因于目标被测对象的环境变化(例如温度)作出补偿。这是因为基准部件可配 置成经历与传感器部件相同的起因于这些效应的谐振频率变化。在一些实施例中，基准部 件和传感器部件被配置成使它们经历相同的环境条件，例如温度、大气压等。在一些实施例中，传感器的导电部分105与导电体并置地设置，导电部分105与导 电体绝缘。在一些实施例中，导电体是在其上形成导电部分105的衬底的接地面。在一些 实施例中，导电体是公用事业管道或油管。在一些实施例中，导电部分105被设置成使导电体充当RF “拾音器(pick-up) ”。 这个特征的优点在于，由传感器部件传回到盘查装置580的RF信号的振幅因导电体的存在 而增大。图7示出本发明一个实施例，其中传感器部件700设有交叉指型互连元件731、 732。交叉指型互连元件731、732的优点在于，传感器部件700对目标被测对象的灵敏度提高。换句话说，具有交叉指型互连元件731、732的传感器部件700能检测比不具有交叉指 型互连元件731、732的相应传感器部件(例如图1实施例中的传感器部件)更少量的目标 被测对象。图8示出根据本发明实施例的传感器部件的导电部分的替代形式。图8(a)示出 单开口环谐振器(SRR)形式的导电部分，图8(b)示出双开口环谐振器形式的导电部分而图 8(c)示出螺旋环谐振器形式的导电部分。要理解，尽管根据本发明一些实施例的传感器部 件的电容量可能低于其它实施例的电容量，但在一些实施例中，电容量仍然足以提供在给 定目标被测对象存在时的传感器部件的谐振频率的可测变化。图9示出一些实施例，其中具有根据图8(a)实施例的开口环谐振器的形式的环形 部分的传感器部件的辐射效率因为提供狭长偶极子部分而增加。在图9(a)的实施例中，偶 极子部分以直线导线元件921、922的形式出现。在图9(b)的实施例中，偶极子部分以“蝴 蝶结”结构的大致三角形或“锥形”导电片1021、1022的形式出现。在本发明的一些实施例中，使用不同结构的反射器部件。图10示出根据本发明一 些实施例的反射器部件以及相应的谐振频率。还另外列出了反射器部件的平均雷达截面 (RCS)值。第一谐振器，即“偶极子Ω”谐振器基本如图9(a)所示。第二谐振器，即“偶极子 Ω ”开口环谐振器(SRR)具有如图9(b)所示的部分，即第二开口环设置在图9(a)的偶极子 Ω谐振器的环形部分内。第三谐振器，“蝴蝶结Ω ”谐振器类似于第一谐振器，区别在于偶极子部分是以“蝴 蝶结”结构关于环形部分对称地设置的锥形元件。第四谐振器，“蝴蝶结Ω SRR”谐振器类似于第二谐振器，区别在于如同第三谐振器 的情形，偶极子部分是以“蝴蝶结”结构关于环形部分对称地设置的锥形元件。简单的经验公式表示通过调节结构的长度D(图9(a))，可调节结构的谐振频率 f f = k c/(2D ε r1/2)其中k是调谐系数，c是真空下的光速，D是结构的总长度，而是、土壤的介电常数。 在本发明的一些实施例中，通过盘查装置580获得的数据可以图11的曲线图形式 绘出。图11示出作为测得辐射的频率f以及在朝向传感器部件发出给定频率的辐射与检 测到反射的辐射之间的时延量t的函数的测得辐射强度(垂直于页面的轴)的标绘。图11的曲线图的区域1100对应于由具有基准部件和传感器部件的传感器1100 反射的RF辐射。传感器1100被配置成使传感器部件的谐振频率在传感器部件暴露于目标 被测对象前基本等于基准部件的谐振频率。在图11的曲线图中，第一区域1100S对应于由传感器1100的传感器部件反射的 辐射而第二区域1100R对应于由传感器1100的基准部件反射的辐射。区域1100S、1100R 对应于不同频率，从而指示传感器1100的传感器部件已暴露于目标被测对象。图11曲线图的区域1200、1300对应于分别由传感器1200、1300反射的辐射。传 感器1200、1300类似于传感器1100的结构，区别在于传感器1200和1300的传感器部件和 基准部件的振荡的谐振频率彼此不同并且不同于传感器1100的谐振频率。
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由传感器1200、1300反射的RF信号表现为具有与单个谐振部件对应的反射强度， 这暗示着来自各传感器1200、1300的传感器部件和基准部件的作用彼此重叠。因此可确定 各传感器1200、1300的传感器部件尚未暴露于目标被测对象。该曲线图表示来自传感器1200的信号被盘查装置检测到所需的时间比来自传感 器1100的信号被检测到所需的时间更长，这表示传感器1200的位置比传感器1100更远离 盘查装置。同样，传感器1300表现为比传感器1100和1200更远离盘查装置。本发明的一些实施例用于感测埋设在地下的资源——例如公用事业管道和其它 资源——的环境。一些实施例用于感测水下环境。一些实施例用于感测地球表面的环境，例如与盘查装置具有直线视界的远端位置 处的目标。在一些实施例中，提供感测设备以监测例如潮湿、风速和大气压的天气情况。例 如在一些实施例中，图4实施例的变容二极管464耦合于由风力涡轮机发电的发电机，由此 变容二极管464的电容取决于经过涡轮机的风速。在一些实施例中，光电电池耦合于变容二极管以测量入射到光电电池上的太阳光量。也可采用其它传感器配置。在一些实施例中，传感器被配置成被在传感器上方飞过的配有盘查装置的飞机所 检测。在一些实施例中，多个传感器设置在例如工厂、实验室或公用建筑的环境中并用 RF辐射来辐照。可提供RF辐射“镜”以确保相对于盘查装置的RF发射器元件不落在视线 位置内的传感器能受通过发射器元件发出的RF辐射的激励。可类似地定位RF检测器元件， 以使被RF辐射所激励的传感器产生(反射)的信号能被盘查装置的接收器元件检测到。在本发明的一些实施例中，传感器具有反射器部件，该反射器部件配置成使传感 器响应于基本独立于辐射的极化轴的RF辐射。图12示出根据本发明一个实施例的传感器部件1400，其配置成感测由于(比方 说)电流在电缆中流动所引起的磁场。传感器部件1400在传感器部件的导电部分1405的环形部分1410中设有铁磁元 件1401。铁磁元件1401的存在修正了传感器部件1400的电感L并提高了传感器部件1400 对磁场的灵敏性。换句话说，由于存在外部磁场而导致的传感器部件1400的谐振频率的变 化量增加。在使用中，传感器部件配置成暴露于要检测的磁场并通过如前所述使传感器部件 暴露于RF辐射并检测由传感器部件反射的辐射来测量传感器部件的谐振频率。可测量传 感器部件1400的谐振频率由于磁场的存在(或之后不存在)而产生的变化。在被测对象的值随时间变化(例如AC磁场)的本发明一些实施例中，可检测出由 于目标被测对象的周期性变化产生的与RF信号调制相关联的边带。本发明的又一实施例示出于图13，其中传感器部件1500基本类似于结合包含图 1所示内容的发明其它实施例所描述的那样提供，除了传感器元件1560耦合于传感器部件 1500的偶极子元件1521、1522中的一者或两者。在图13的实施例中，传感器元件1560在 元件1522的中点处耦合于偶极子元件1522。在一些实施例中，传感器元件1560具有霍尔效应元件，其配置成使传感器元件1560的导电性依赖于传感器元件1560所暴露于的磁场的强度。因此，传感器部件1500的 导电部分1505的导电性取决于该磁场的强度。传感器部件的谐振频率因此也取决于该磁 场的强度。在本发明的一些实施例中，作为霍尔元件的替换或补充而提供巨磁阻(GMR)元 件。在本发明的一些实施例中，提供配置成测量电场的传感器部件。在一些实施例中， 具有根据本发明实施例的例如图1、3和/或图7的导电部分的传感器部件设有与导电部分 并置的例如铁电材料的非线性介电材料部分。适宜的材料包括铌酸锂和其它铁电材料。非线性介电材料的存在具有使介电材料的介电常数随着材料所暴露于的电场的 量值而变化的效果。因此，传感器的导电部分的电容(且因此谐振频率)依赖于传感器部 件所暴露于的电场的量值，这允许检测电场量值的变化。在一些实施例中，与传感器部件的导电部分的互连元件并置地设有非线性介电材 料。在本发明的一些实施例中，与传感器部件的导电部分并置地设有吸湿性材料。该 吸湿性材料被设置成使吸湿性材料暴露于水就会导致吸湿性材料的物理特征(例如介电 常数、导电性)变化，从而引起传感器部件谐振频率的变化。因此，本发明的一些实施例提 供检测湿气存在的手段。在本发明的一些实施例中，一旦暴露于湿气已发生，则从吸湿性材料去除湿气。在 一些实施例中，湿气的存在导致吸湿性材料形状的不可逆变化。因此，在一些实施例中提供 “一次性”湿气检测器。在一些实施例中，提供可逆的湿气检测器。在一些实施例中，设置传感器以当由RF辐射所辐照时提供对其本身的识别。例 如，传感器的基准反射器部件(如上所述)可配置成在这种类型传感器的规定频率特性下 谐振。在一些实施例中，用来检测特定目标被测对象的传感器可配置成在规定频率下谐 振。作为替代或附加，用来检测特定目标被测对象的传感器可提供有额外的一个或多个反 射器部件。该额外的一个或多个反射器部件可配置成在规定频率下谐振，这数个反射器元 件的提供用以识别传感器类型的手段。作为替代或附加，额外反射器部件的谐振频率可提 供用以识别传感器类型的手段。一个或多个额外反射器部件可配置成在与传感器反射器部 件相同或不同的频率下谐振。在提供多个额外的反射器部件的实施例中，这些额外的反射 器部件中的一个或多个反射器部件可配置成在与这些额外的反射器部件中的一个或多个 其他反射器部件不同的相应频率下谐振。在本申请的说明书和权利要求书中，术语“包括”和“包含”及其变化形式，例如 “由……构成”和“涵盖”，表示“包括但不局限于”，并且不旨在(并且不)排除其它部分、附 加、组成、构成或步骤。在本申请的说明书和权利要求书中，单数涵盖复数，除非上下文另有要求。尤其当 使用不定冠词时，这种说明应当理解为复数以及单数，除非上下文另有要求。结合本发明特定方面、实施例或示例描述的特征、构成、特性、组成、化学成份或组 应理解为适用于本文中描述的任何其它方面、实施例或示例，除非与之不相容。
权利要求
一种传感器，包括传感器谐振雷达反射器部件；以及传感器元件；所述传感器反射器部件配置成当由相应频率的射频辐射所辐照时在一谐振频率下谐振，所述传感器被进一步配置成使所述传感器元件暴露于目标被测对象造成所述传感器反射器部件的谐振频率变化。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器元件包括耦合于所述传感器 反射器部件的电容元件，所述传感器被配置成当所述传感器暴露于目标被测对象时使所述 电容元件的电容值发生改变。
3.如权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，所述传感器元件包括耦合于所述传感 器反射器部件的电感元件，所述传感器被配置成当所述传感器暴露于目标被测对象时使所 述电感元件的电感值发生改变。
4.如前面任何一项权利要求所述的传感器，其特征在于，所述传感器元件包括耦合于 所述传感器反射器部件的电阻元件，所述传感器被配置成当所述传感器暴露于目标被测对 象时使所述电阻元件的电阻值发生改变。
5.如前面任何一项权利要求所述的传感器，其特征在于，所述传感器元件可包括传感 器材料，所述传感器材料被配置成一旦所述传感器暴露于目标受测对象则使所述传感器材 料的物理、化学或电气特征的值从第一值改变至第二值，由此使所述传感器反射器部件的 谐振频率发生改变。
6.如权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述传感器材料与所述传感器反射器部 件并置地设置。
7.如引用权利要求2的权利要求5或6所述的传感器，其特征在于，所述传感器材料与 所述传感器元件的所述电容元件并置地设置，所述传感器被配置成当所述传感器材料的所 述物理、化学或电气特征改变时使所述电容元件的电容值发生改变。
8.如权利要求5-7中任何一项所述的传感器，其特征在于，所述传感器材料包括从金 属材料、介电材料、非线性介电材料、铁磁材料、吸湿性材料、硅胶、盐、NaCl、具有可变介电 和导电特征的化学敏化树脂、铁电材料、铌酸锂、钇铁石榴石(YIG)和化学触发导电聚合物 中选取的至少一种。
9.如权利要求5-8中任何一项所述的传感器，其特征在于，一层电绝缘介质被设置在 所述传感器材料和所述传感器反射器部件之间。
10.如权利要求5-9中任何一项所述的传感器，其特征在于，所述传感器反射器部件包 括所述传感器材料。
11.如权利要求10所述的传感器，其特征在于，所述传感器材料包括金属材料，较佳为铜。
12.如权利要求5-11中任何一项所述的传感器，其特征在于，配置传感器材料，以在继 所述传感器材料暴露于目标被测对象之后没有目标被测对象时使所述传感器材料的物理、 化学或电气特征值从第二值改变至大致第一值。
13.如权利要求5-12中任何一项所述的传感器，其特征在于，配置传感器材料，以在继 传感器材料暴露于目标被测对象之后没有目标被测对象时使所述传感器材料的物理、化学或电气特征值不从第二值改变至大致第一值。
14.如权利要求5-13中任何一项所述的传感器，其特征在于，所述物理、化学或电气特 征是从电容率、磁导率、导电性、电容和电感中选取的至少一个。
15.如前面任何一项权利要求所述的传感器，其特征在于，所述传感器元件包括配置成 响应所述传感器元件暴露于目标被测对象而产生电流的换能器元件。
16.如权利要求15所述的传感器，其特征在于，所述换能器元件耦合于所述传感器元 件的变容二极管元件，其中所述变容二极管元件的电容值是所述换能器所产生电流的函 数。
17.如引用权利要求2的权利要求16所述的传感器，其特征在于，所述变容二极管元件 并联耦合于所述传感器元件的所述电容元件。
18.如权利要求15-17中任何一项所述的传感器，其特征在于，所述换能器元件包括从 原电池、光电检测器和电离辐射检测器中选取的至少一个。
19.如前面任何一项权利要求所述的传感器，其特征在于，所述传感器元件包括从霍尔 元件和巨磁阻(GMR)元件中选取的至少一种，其配置成使所述传感器元件的导电性依赖于 施加到所述传感器元件的磁场大小。
20.如权利要求19所述的传感器，其特征在于，所述传感器元件电耦合于所述传感器 反射器部件。
21.如引用权利要求3的权利要求5或引用权利要求5和权利要求3的权利要求5-19 中任何一项所述的传感器，其特征在于，所述传感器材料包括铁磁材料，所述传感器反射器 部件具有电感，所述铁磁材料配置成当所述传感器材料暴露于磁场时使所述传感器反射器 部件的电感发生改变。
22.如权利要求5和引用权利要求5的权利要求5-20中任何一项所述的传感器，其特 征在于，所述传感器材料包括非线性介电材料，优选为铁电材料。
23.如前面任何一项权利要求所述的传感器，其特征在于，所述传感器部件具有响应于 平行于所述传感器部件的电极化轴施加的电场的一部分以及响应于平行于所述传感器部 件的磁极化轴施加的磁场的一部分。
24.如权利要求23所述的传感器，其特征在于，所述响应于电场的部分包括偶极子部分。
25.如权利要求23或24所述的传感器，其特征在于，所述响应于磁场的部分包括环形 部分。
26.如引用权利要求21的权利要求25所述的传感器，其特征在于，所述环形部分形成 绕所述铁磁材料的环。
27.如权利要求24-26中任何一项所述的传感器，其特征在于，所述偶极子部分是基本 平直的线性导电元件的形式。
28.如权利要求24-27中任何一项所述的传感器，其特征在于，所述偶极子部分是基本 呈锥形的导电元件的形式。
29.如权利要求24-28中任何一项所述的传感器，其特征在于，所述传感器部件具有两 个偶极子部分且所述环形部分具有一对自由端，所述偶极子部分耦合于所述环形部分的所 述自由端以通过所述环形部分在所述偶极子部分之间形成导电路径。
30.如前面任何一项权利要求所述的传感器，其特征在于，除所述传感器反射器部件外 还包括基准反射器部件。
31.如权利要求30所述的传感器，其特征在于，所述基准反射器部件配置成使所述传 感器暴露于目标被测对象不造成所述基准反射器部件谐振频率的改变。
32.如权利要求30所述的传感器，其特征在于，所述基准反射器部件配置成使所述传 感器暴露于目标被测对象造成所述基准反射器部件谐振频率的改变。
33.如权利要求30-32中任何一项所述的传感器，其特征在于，所述基准反射器部件包 括嵌入到电绝缘介质中的导电部件。
34.如权利要求30-33中任何一项所述的传感器，其特征在于，所述传感器反射器部件 和所述基准反射器部件被配置成在所述传感器反射器部件暴露于目标被测对象前以基本 相同的频率谐振。
35.如权利要求30-33中任何一项所述的传感器，其特征在于，所述传感器反射器部件 和所述基准反射器部件被配置成在所述传感器部件暴露于目标被测对象之前以各自不同 的频率谐振。
36.如权利要求30-35中任何一项所述的传感器，其特征在于，所述基准反射器部件和 所述传感器反射器部件被配置成使所述基准反射器部件和所述传感器反射器部件的相应 电极化轴基本彼此平行和/或使所述基准反射器部件和传感器反射器部件的相应磁极化 轴基本彼此平行。
37.如权利要求30-35中任何一项所述的传感器，其特征在于，所述基准反射器部件和 所述传感器反射器部件被配置成使所述基准反射器部件和所述传感器反射器部件的相应 电极化轴基本彼此正交和/或使所述基准反射器部件和传感器反射器部件的相应磁极化 轴基本彼此正交。
38.如权利要求30-35中任何一项所述的传感器，其特征在于，所述基准反射器部件和 所述传感器反射器部件被配置成使所述基准反射器部件和传感器反射器部件的相应电极 化轴基本彼此平行并使所述基准反射器部件和所述传感器反射器部件的相应磁极化轴基 本彼此正交，或使所述基准反射器部件和所述传感器反射器部件的电极化轴基本彼此正交 并使所述基准反射器部件和所述传感器反射器部件的相应磁极化轴基本彼此平行。
39.一种检测目标被测对象存在性的方法，包括提供传感器，所述传感器包括传感器谐振雷达反射器部件；以及传感器元件，所述传感器反射器部件被配置成当通过相应频率的射频辐射所辐照时以 某一谐振频率谐振，所述传感器被进一步配置成使所述传感器元件暴露于目标被测对象造 成所述传感器反射器部件的谐振频率改变；用包括具有与所述传感器部件的谐振频率相对应的频率的辐射的RF辐射来辐照所述 传感器；以及检测通过所述传感器反射的辐射。
40.如权利要求39所述的方法，其特征在于，所述传感器除所述传感器反射器部件外 还包括基准谐振雷达反射器部件，其中所述基准反射器部件被配置成使所述传感器暴露于 目标被测对象不造成所述基准反射器部件的谐振频率的改变，所述方法包括步骤测量所述传感器反射器部件的谐振频率和所述基准反射器部件的谐振频率之间的频差，由此检测在存在目标被测对象时传感器反射器部件的谐振频率的变 化。
41.一种参照附图基本如上所述描述的传感器。
42.一种参照附图基本如上所述描述的方法。
全文摘要
一种传感器，包括传感器谐振雷达反射器部件；以及传感器元件，所述传感器反射器部件配置成当由相应频率的射频辐射所辐照时在某一谐振频率下谐振，所述传感器被进一步配置成使传感器元件暴露于目标被测对象造成传感器反射器部件的谐振频率变化。
文档编号G01S13/75GK101971051SQ200980109916
公开日2011年2月9日 申请日期2009年2月16日 优先权日2008年2月14日
发明者C·J·史蒂文斯, D·J·爱德华兹, H·J·伯德, 郝彤 申请人:Isis新有限公司