WO1998036395A2

WO1998036395A2 - Anordnung und verfahren zur erzeugung kodierter hochfrequenzsignale

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Publication number: WO1998036395A2
Application number: PCT/DE1998/000403
Authority: WO
Inventors: Horst Gerlach; Franz Kammerl; Gerd Scholl; Thomas Ostertag; Frank Schmidt; Wolf-Eckhart Bulst
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1997-02-12
Filing date: 1998-02-12
Publication date: 1998-08-20
Also published as: JP5543289B2; CN1247649A; CA2280142A1; BR9807343A; DE59801856D1; AU6717198A; JP2010287244A; US6747573B1; CN1136664C; EP0960410B1; DK0960410T3; NO993820D0; JP2001511924A; WO1998036395A3; NO993820L; ATE207647T1; EP0960410A2; TR199901980T2; KR20000071021A; AU726789B2

Abstract

Anordnung zur Erzeugung kodierter Hochfrequenzsignale mit einem aus der Umgebung verfügbare nicht-elektrische Primärenergie in elektrische Energie umsetzenden Wandler, einem an den Wandler angekoppelten Element mit nichtlinearer Kennlinie und einer an das Element mit nichtlinearer Kennlinie angekoppelten Kodierungseinrichtung.

Description

Beschreibung

Anordnung und Verfahren zur Erzeugung kodierter HochfrequenzSignale

Es ist bekannt, Hochfrequenzenergie und -signale mit Hilfe von niedrigfrequenter elektrischer Energie, z.B. (Batterie-) Gleichstrom-, Netzfrequenzstrom- und dgl . Energie aus ähnlichen Energiequellen zu erzeugen. Weit verbreitet sind netzgespeiste Hochfrequenzsender und batteriegetriebene HF- Sendegeräte wie Funkgeräte, Mobiltelefone (Handy) oder schnurlose Telefone bekannt. Mit solchen Geräten können nicht-kodierte, vorzugsweise jedoch kodierte/modulierte Hochfrequenzsignale für vielfältige Funk-Informations- Übertragungen ausgesendet werden. Für die Fälle des Batteriebetriebs kann auch Solarenergie als primäre Energiequelle dienen, mit deren Hilfe eine wiederaufladbare Batterie bzw. ein Akkumulator bei Vorhandensein ausreichender Beleuchtung wieder aufgeladen bzw. in seinem Ladezustand gehalten werden kann.

Es ist auch bekannt, physikalische und dergleichen Daten, Meßgrößen usw. fernabzufragen. Ein Beispiel für eine derartige Fernabfragung ist z.B. ein Fernthermometer, mit dem die Temperatur, z.B. eines Heißkessels, gemessen und an vom Kessel entferntem Ort angezeigt wird. Ein rein elektrisch arbeitendes Fernthermometer hat dafür eine zweiadrige elektrische Leitung zwischen dem temperaturempfindlichen Fühler und dem eigentlichen Anzeigegerät.

Bekannt sind auch fernabfragbare Einrichtungen, bei denen die Verbindung zwischen Fühler und Anzeigegerät eine Übertragung auf dem Funkwege ist. Die Datenübertragung erfolgt zwar drahtlos, jedoch ist am Ort des Fühlers, nämlich für den Sender, eine Quelle für elektrische Energie erforderlich.

Soll vollständig drahtlose Verbindung vorliegen, bedient man sich daher einer elektrischen Batterie-Energiespeisung am Ort der Datenabfrage (sofern dort nicht anderweitig eine elektrische Quelle zur Verfugung steht) . Bekannt sind weiterhin fernabfragbare Einrichtungen ohne elektrische Versorgung am Fühler, bei denen die für die Datenübertragung notige Energie drahtlos mit einem entsprechend energiereichen und breitbandigen Abfrageimpuls m eine Oberflachenwellen- einrichtung eingekoppelt und von dort nach geeigneter Signalverarbeitung passiv zurückgesendet wird. Nachteilig daran ist jedoch, daß der energiereiche Abfrageimpuls regelmäßig und um so öfter ausgesendet werden muß j e genauer die Meßgroße ermittelt bzw. beobachtet werden soll.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, f r einen spezielleren Betriebsfall eine vorteilhaft anzuwendende Er- zeugung der für einen solchen Sender notwendigen elektrischen Energie anzugeben. Dieser speziellere Betrieb besteht darin, nur m lediglich relativ kurzen interessierenden Zeitinter- vallen eine Funk-Informationsubertragung durchzufuhren, wobei die Lange eines eweiligen solchen Zeitmtervalles klein (z.B. nur 1 Promille und kleiner) ist gegenüber den Pausen zwischen solchen aufeinanderfolgenden Zeltintervallen.

Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung nach Anspruch 1 gelost. Vorteilhafte Ausgestaltungen sowie ein Verfahren zur Erzeugung kodierter Hochfrequenzsignale gehen aus weiteren Ansprüchen hervor.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, vorzugsweise aus dem Blickwinkel der Einsparung technischen Aufwandes und auch minimierter Wartung ein Prinzip zu finden, das e ne für den jeweiligen Fall völlig ausreichende Funk-Informationsubertragung unter Aufwand anderer als elektrischer Primarenergie ermöglicht .

Den Beschreibungen einzelner Beispiele vorausgeschickt sei kurz umrissen das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip ge- nannt, zu dessen eingehenderem Verständnis die dann noch nachfolgenden Beschreibungsteile dienen.

Erwähnt ist bereits der Fall der photovoltaischen Umwandlung, die jedoch bekanntermaßen und ersichtlich nur eingeschränkt nutzbar zu machen ist. Sie ist abhängig von ausreichendem Lichteinfall und meist nur in Verbindung mit Energiespeicherelementen - Akkumulatoren - vernünftig nutzbar.

Die Erfindung ist darauf ausgerichtet, bisweilen sogar in sehr großer Menge verfügbare Energie, hier als aus der Umgebung verfügbare Primärenergie bezeichnet, zu nutzen, um erfindungsgemäß elektrische Energie zum Erzeugen eines hochfrequenten Signals (Funksignal) bereitzustellen.

Solche üblicherweise nicht genutzten Primärenergien sind mechanische Verformungsenergie, insbesondere Druck oder andere Kräfte, Reibungskräfte (Niedrigtemperatur-) Wärmeenergie, Beschleunigungskräfte, Strahlung, schwingende Massen und dergleichen. Soweit hier Kräfte angeführt sind, wird für die Erfindung deren zeitlicher oder örtlicher Gradient genutzt, der zu einer Energie äquivalent ist.

Als Beispiele bislang ungenutzter Primärenergien seien die für die Betätigung eines elektrischen Schalters prinzipiell erforderliche Druck-/Verformungsenergie, mit räumlichem oder zeitlichem Temperaturgradienten verfügbare Wärme, z.B. eines Heizkörpers, und Beschleunigungsenergie einer schwingenden seismischen Masse, z.B. in einem Fahrzeug. Geeignet als

Primärenergien sind auch Rütteln, Vibrieren, Luftbewegungen, Diese beispielhafte Aufzählung ist betreffend die Erfindung nicht erschöpfend und in keiner Weise als Beschränkung der Anwendung des Erfindungsprinzips zu sehen.

Das integrale Prinzip der Erfindung besteht im wesentlichen darin, aus solcher Prozeßenergie einen Energieanteil abzu- zweigen und diesen zunächst in wie hier definiert niederfre^¬ quente elektrische Energie umzuwandeln. In allgemeinster Form wird erfindungsgemäß darunter bereits die Trennung von Ladungen verstanden, wie sie z.B. als elektrostatische Aufladung durch Reibung entsteht. Als niederfrequent wird erfindungsgemäß auch das Erzeugen einer Spannung mit langsam ansteigender Amplitude verstanden. Auch die in pyro- oder piezoelektrischen sowie in photovoltaischen Bauelementen erzeugte Spannung läßt sich erfindungsgemäß nutzen.

Ein nächster Schritt ist, diese sogenannte niederfrequente elektrische Energie in hochfrequente elektrische Energie zu transformieren. Dazu kann erfindungsgemäß ein Element mit nicht-linearer Kennlinie (nicht-lineares Element) dienen. Darunter wird im Sinne der Erfindung ein Element verstanden, dessen Verhalten sich in Abhängigkeit von der angelegten Spannung ab einem bestimmten Grenzwert oder in einem Grenzwertbereich sprunghaft ändert. Als Ergebnis erzeugt ein solches Element einen Stromimpuls mit steiler Flanke, was im Frequenzbereich einem Hochfrequenzsignal entspricht.

Je nach der Bandbreite dieses Hochfrequenzsignals ist es gegebenenfalls nötig, daraus ein schmalbandigeres Frequenzspektrum herauszufiltern. Möglich ist es jedoch auch, ein nicht-lineares Element zu verwenden, das für sich bereits ein ausreichend schmalbandiges Hochfrequenzsignal erzeugt. Damit gelingt es, den vollen Energiegehalt des Hochfrequenzsignals zu nutzen.

Ein weiterer Schritt der Erfindung ist, diese hochfrequente elektrische Energie mit einer Information zu kodieren und als kodiertes (schmalbandiges) Hochfrequenzsignal auszusenden. Diese Kodierung kann zur Identifizierung geeignet sein und/oder noch andere Informationen enthalten, z.B. über die Art und Größe von auf die Kodierungseinrichtung einwirkenden Parametern. Dies können bestimmte physikalische Größen wie etwa eine Temperatur, eine Kraft oder ein Impedanzsprung sein, ebenso aber auch chemische oder biologische Parameter, z.B. Konzentration und/oder Art von Gasen, Dämpfen, Flüssigkeiten, Stoffen oder biologischem Material wie z.B. Viren oder Genen.

Ausgesendet wird ein kodiertes Hochfrequenzsignal, dessen Energieinhalt bei gegebenenfalls vorgenommenener Schmalbandselektion zwangsläufig relativ gering ist, jedoch trotzdem im Anwendungsrahmen der Erfindung ausreichend groß ist. Überraschend ist, daß trotz eines geringen

Umsetzungsgrades der genutzten Primärenergie hin zur Energie des erzeugten kodierten Hochfrequenzsignals keinerlei Problem hinsichtlich der nutzbringenden Anwendung der Erfindung besteht .

Hierzu ist ergänzend darauf hinzuweisen, daß die (in angemessen begrenzter Entfernung positionierte) Funk-Empfangsstation in an sich bekannter Weise so ausgebildet und ausgestaltet ist, daß sie die Information des empfangenen (kodierten) schmalbandigen Hochfrequenzsignals erfassen kann. Auf der Funkempfangsseite ist dies deshalb kein Problem, weil dort die energetische Versorgung des Empfängers in herkömmlicher Weise, z.B. durch ein Stromnetz, Batterien oder dgl . gewährleistet werden kann.

Dem vertieften Verständnis der Erfindung dienen die weiteren Erläuterungen/Beschreibungen von Ausführungs-/ Anwendungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren.

Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild des Energieflusses.

Figur 2 zeigt das Prinzip eines Aufbaues.

Figur 3 zeigt einen integrierten Aufbau in schematischer

Draufsicht

Figuren 4a und 4b zeigen zwei Ausführungen eines integrierten Aufbaus in der Seitenansicht (schematisches Schnittbild) . Figuren 1 und 2: Gemäß dem Blockschaltbild nach Figur 1 ist ein Wandler 10 vorgesehen, der (die) jeweils zur Verfügung stehende Prozeß-energie in elektrische Energie umwandelt. Beispiele für einen solchen Wandler 10 sind ein piezoelektrisches Element zur Umwandlung von Druck- /Verformungsenergie, ein pyroelektrischer Körper, ein Thermoelement-Paar, ein Element mit Seebeck-/ Peltier-Effekt oder dgl . zur Transformation von Wärmeenergie mit Temperaturgradient, ein elektrodynamisches oder ^"piezo- elektrisches System zur Umsetzung von Schwingungs- / Be- schleunigungsänderungs-Energie in diese (hier für alle diese Beispiele) als niederfrequent definierte (elektrische) Energie. Auch Solarzellen sind geeignet. Möglich ist es auch, als Wandler (10) ein Reibungselement zu verwenden, bei dem die Reibung zwischen zwei sich unterschiedlich aufladenden Materialien eine elektrostatische Spannung als niederfrequente Energie erzeugt.

Die Höhe der erforderlichen Spannung richtet sich nach dem nichlinearen Element und reicht von einigen hundert bis tausend Volt für eine Funkenstrecke über einige zehn bis zwanzig Volt für Halbleiter-Bauelemente bis zu wenigen Volt, wie sie für Relais ausreichend sind.

Mit 11 ist ein nicht-lineares Element bezeichnet. Es dient der Transformation dieser sogenannten niederfrequenten Energie in hochfrequente Energie unter Einbezug eines inneren Schaltvorganges zur Auslösung eines in Zeitabständen erfolgenden Überganges aufgespeicherter Niederfrequenzenergie in Energie, die dann hochfrequente Eigenschaft annimmt/angenommen hat. Beispiele für ein solches nicht-lineares Element sind insbesondere eine Funkenstrecke, oder eine Gasentladungsröhre. Geeignet ist auch eine Diode mit beispielsweise Varaktor- oder Avalanche-Effekt oder ein Thyristor oder einähnlich wirkendes Halbleiterbauelement. Prinzipiell sind auch Schalter oder Relais geeignet, die zur Schaltung der teilweise geringen Ströme der niederfreqenten elektrischen Energie geeignet sind und ein entsprechendes nicht-lineares Verhalten zeigen. Beispielhaft seien hier Silizium Mikrorelais und Relais mit piezoelektrischer Zunge angeführt.

Als Kodierungseinrichtung 12 mit gegebenenfalls zusätzlicher Filtereigenschaft kommt eine Vielzahl von Anordnungen in Betracht. Insbesondere eignen sich hierfür mit Oberflächenwellen (OFW/SAW) , Scherwellen oder oberflächennahen Volumenwellen arbeitende Anordnungen. Dies können Resonator- Anordnungen oder ggf. dispersive oder angezapfte

Verzögerungsleitungen sein. Auch elektroakustische Wandler allgemein sind geeignet, ebenso dielektrische Filter, mechanische Filter, Koaxial-Keramikfilter, Volumenschwinger z.B. Schwingquarze oder LC-Schwingkreis-Filter oder dgl .. Als piezoelektrische Materialien für solche elektroakustischen Wandler sind insbesondere geeignet Lithiumniobat, Lithiumtantalat, Quarz, Li₂B₄θ₇ oder Langasit (Lanthan- Gallium-Silizium-Oxid) .

Als Kodierungseinrichtung können vorteilhaft auch elektroakustische Wandler mit Pulskompression (spread spectrum comunication oder Breitbandkodierverfahren) eingesetzt werden. Diese erlauben eine Übertragung des kodierten HF Signals, die besonders störsicher ist und damit geschützt gegen natürliche (HF-) Störungen oder gegen absichtliche unautorisierte Beeinflussung des kodierten Signals. Dies sind z.B. die genannten dispersiven oder angezapften Verzögerungsleitungen.

Das Hochfrequenzsignal kann in einem beliebigen für die Funkübertragung bekannten oder geeigneten und mit den genannten Filtern oder Kodierungseinrichtungen erzeugbaren Frequenzbereich liegen, z.B. von wenigen Kiloherz bis zu mehreren Gigaherz.

Nachfolgend werden spezielle, praktisch anwendbare Ausführungsformen zur Erfindung beschrieben. Eine erste Ausfüh- rungsform gemäß der Figur 2 ist z.B. als ein Schalter zum Einschalten eines Gerätes, einer Beleuchtung und dgl . zu ver^¬ wenden. Ein sehr interessantes Anwendungsbeispiel ist der Lichtschalter in Räumen, mit dem von Hand die Beleuchtung ein- bzw. ausgeschaltet wird. Dieser Schalter bedarf überhaupt keiner Zuleitung und kann ohne jegliche elektrische Ka- bel-Installationsarbeit an der Wand oder dgl. angebracht werden. Bei Drücken des Schalters erfolgt mit Hilfe der Erfindung das Aussenden eines Hochfrequenzsignals, und zwar ohne daß diesem Schalter von außen elektrischer Strom zugeführt wird. Ein irgendwo im Raum, z.B. in der Nähe der Lampe, angebrachter Empfänger spricht auf das Hochfrequenzsignals an und schaltet diese Beleuchtung drahtlos ferngesteuert ein bzw. aus. Die Figur 2 zeigt schematisch den Aufbau des die wesentlichen Gedanken der Erfindung umfassenden Teils eines erfindungsgemäß Prozeßenergie nutzenden drahtlosen Schalters mit Funksignalen. Der Wandler 10 wird (wie ein konventioneller Druckschalter) mit Fingerdruck P beaufschlagt und dieser Druck P erzeugt in dem hier piezoelektrischen Element des Wandlers 10 eine Piezospannung. Als piezoelektrische Materialien für solche Wandler sind neben den für die elektroakustischen Wandler genannten insbesondere noch PVDF (Polyvinylidendifluorid) und ferroelektrische flüssigkristalline Elastomere (FLCE) geeignet.

Ein solcher Schalter kann auch als Aktor ausgebildet sein, mit dem ein HF-Signal erzeugt und ausgelöst wird, dem mittels der Kodierung eine Informamtion über eine Umgebungsparameter aufgeprägt werden kann.

Zur Erzeugung einer hohen Piezospannung eignet sich insbesondere eine mechanische Betätigungsvorrichtung mit Über-Totpunkt-Feder, die bei einer Belastung über den Totpunkt hinaus schlagartig mit der eingestellten (mechanischen) Vorspannung auf den Wandler einwirkt. Der Wandler 10 umfaßt integral oder ergänzend eine elektrische Aufladekapazität 10' , die die erzeugten bzw. getrennten Ladungen bis zur Auslösung des nicht-linearen Elements speichert. Die innere Kapazität von Piezo- oder Pyrowandlern kann dazu ausreichend sein.

In dem dargestellten Stromkreis ist als nicht-lineares Element 11 z.B. eine Funkenstrecke vorgesehen, in der im Augenblick, in dem die piezoelektrisch erzeugte Spannung genügend hoch angestiegen ist, ein Funkenüberschlag erfolgt.

Eine solche Funkenstrecke erfüllt die für das Funktionieren der Erfindung zu erfüllende Bedingung eines z.B. im Nanose- kunden-Bereich erfolgenden elektrischen (Strom-) Durchbruchs zur Umsetzung in Hochfrequenzenergie. Alternativ können wie bereits erwähnt auch andere Elemente mit entsprechend schnellem Durchbruchsverhalten verwendet werden.

Der Strom dieses Funkenüberschlags geht durch eine Induktivi- tat, z.B. ein breitbandiges Filter 20, um den Stromkreis zu schließen. Der in dieser Induktivität 20 auftretende Spannungsabfall speist die Interdigitalstruktur 22 (Wandlerelektroden) eines Oberflächenwellenfilters 21. In diesem wird bekanntermaßen eine mechanische/akustische Welle erzeugt. Die Kodierung kann durch spezielle Ausgestaltung der Interdigitalstruktur auf der Eingangs- und/oder Ausgangsseite des Filters erfolgen. Auch kann ein gemäß einer Kodierung angeordnetes Musters 23 von Reflektorstreifen vorgesehen werden, deren „Echos" die Kodierung bilden. Wird im Filter eine Kavität ausgebildet, kann sich eine resonante Schwingung ausbilden, deren genaue Frequenz die Kodierung bildet. Am Filterausgang wird das kodierte Signal erhalten.

Im Ausführungsbeispiel führt das Zusammenwirken der Interdigitalstruktur und der Reflektorstreifen bekanntermaßen dazu, daß an den Dipolen der dargestellten Antenne 24 das voranstehend beschriebene (hier mit dem Kode der Struktur 23 kodierte) Hochfrequenz-Funksignal auftritt und zu dem oben erwähnten Empfanger ausgesendet wird. Eine als reflektierende Verzögerungsleitung arbeitende Oberflachenwellenanordnung liefert eine Kodierung im Zeitbereich und eine als Resonator arbeitende Anordnung (m der Figur nicht dargestellt) liefert eine Kodierung im Frequenzbereich. Auch dabei laßt sich die Kodierung m Abhängigkeit eines Umgebungsparameters vornehmen.

Zur Beschreibung einer anderen Ausfuhrungsform der Erfindung genügt wieder die Figur 2. Bei einer Ausfuhrungsform zur Nutzung von thermischer Prozeßenergie ist der Wandler 10 z.B. ein mit Elektroden versehener pyroelektrischer Korper (Pyro- element) . Für diese Ausfuhrungsform stellt der Pfeil P die Zufuhr von Wärmeenergie dar. Zur erfmdungsgemaßen Nutzung ist es erforderlich, daß diese thermische Primarenergie einen z.B. zeitlichen Temperaturgradienten hat. Dies liegt z.B. bei (wie zur Raumheizung benutzten) Heizkörpern mit thermostatischer Regelung vor, die Temperaturschwankungen des Heizkörpers im Bereich von einigen Grad Kelvin bewirkt, die für die erfmdungsgemaßen Zwecke (wenn auch überraschenderweise) völlig ausreichend sind. Bei dieser beschriebenen Ausfuhrungsform erfahrt der Wandler 10 abwechselnd Erwärmung und Abkühlung, was zu Ausbildung von am Pyroelement anliegen- der Spannung wechselnder Große und Polarität fuhrt. Das nicht-lineare Element, auch hier kann dies wieder eine Funkenstrecke sein, bewirkt, daß bei Erreichen einer bestimmten (positiven oder negativen) Spannungsanderung ein Funkenuberschlag erfolgt, der die Vorgange auslost, die be- reits zur piezoelektrischen Ausfuhrungsform vorangehend beschrieben sind.

Ein diesbezüglich besonders interessanter Anwendungsfall ist die bisher mit anderer Energieversorgung arbeitende an sich bekannte Fern-Erfassung von Warmeverbrauchs-Daten von Raumbeheizungen. Eine wie beschriebene Ausfuhrungsform gemäß dem Prinzip der Erfindung kann dafür, nämlich ohne elektrische co co l\. M t-¹ cn o n o cn o Cn

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verschiedenster Art, z.B. von Eisenbahnwagen, Straßenfahrzeu^¬ gen, rollenden Paletten und dgl., zur Überwachung oder Beobachtung von flüssigen, gelösten, gas- oder dampfförmigen Medien verschiedenster Art oder auch von zu überwachenden Lebewesen an. Ein solcher Gegenstand oder ein Lebewesen, mit einer erfindungsgemäßen Anordnung ausgerüstet, kann (ohne daß eine elektrische Batterie benötigt wird) erfindungsgemäß in zeitlichen Abständen fortlaufend (solange es sich bewegt oder bewegt wird) kodierte Hochfrequenzsignale aussenden. Dies kann dazu benutzt werden, aufgrund individuell/ unterschiedlich kodierter HF-Signale an den jeweiligen Gegenständen oder Lebewesen, diese aus der Ferne voneinander zu unterscheiden und gleichzeitig deren Beschleunigungs- oder Bewegungsdaten, Temperatur oder sonstigen Zustand zu erfassen. Bei Lebewesen könnte so z.B. die Bewegungsaktivität von Weidetieren, Kindern oder anderen pflege- oder überwachungsbedürftigen Personen automatisch erfaßt werden. Möglich ist es z.B., auch hier einen bestimmten Grenzwert für die Bewegungsaktivität einzustellen, wobei das kodierte Signal bei Über- oder Unterschreiten derselben ausgelöst bzw. ausgesendet wird.

Es können erfindungsge äße Anordnungen zum automatischen Erfassen bestimmter (z.B. thermischer oder mechanischer) Grenzbelastungen eingesetzt werden, die erst beim Erreichen dieser Grenzbelastung ein HF Signal erzeugen und dieses drahtlos an eine Empfangsstation bzw. an eine Überwachungseinrichtung weiterleiten. So ist eine einfache erst im Bedarfsfall aktive Überwachung von physikalischen Größen möglich. Die Höhe der Grenzbelastung kann durch den

Ansprechpunkt des nicht-linearen Elements oder des Wandlers gegeben oder variierbar einstellbar sein. Eine mechanische Grenzbelastung kann auch durch eine zusätzliche vorgespannte Feder eingestellt werden, die das Ansprechen des (piezoelektrischen) Wandlers erst beim Erreichen der Vorspannkraft möglich macht. Damit läßt sich auch eine automatische Gewichtskontrolle realisieren, die beim Unter- co co t l\J I—¹ P> cn o Cπ o cn o Cn

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Durch eine entsprechende Bemessung der Funkenstrecke der Elektroden 13 und 14 und des Wärmekontakts der Vorrichtung mit der Wärmequelle (dem Heizkörper), d.h. durch Bemessung des Wärmezuflusses in das pyroelektrische Substrat 10, kann eine vorgebbare Zeitfolge der aufeinanderfolgenden

Funkenauslösungen gewählt bzw. bestimmt werden. Damit ist der Takt der Abstrahlung von Signalen von der Antenne 24 gegeben. Da die zentrale Empfangsstelle eine Vielzahl von solchen Meßstellen, d.h. eingehenden Signalen verschiedener Meßstellen, zu erfassen hat, .wäre es an sich notwendig, das Signalaussenden der Einzelmeßstellen zeitlich zu koordinieren. Tatsächlich ist es aber so, daß von der einzelnen Meßstelle ein nur Mikrosekunden langer Sendeimpuls von der zentralen Stelle zu empfangen ist, d.h. das Taktverhältnis von Sendeimpuls zu zeitlichem Impulsabstand extrem klein ist. Eine Koinzidenz des Aussendens zweier verschiedener solcher Meßstellen ist daher extrem unwahrscheinlich und es entsteht kein unnötiger Elektrosmog.

Bei der Erfindung ist eine Kodierung insbesondere mit dem Muster der Reflektorstruktur 23 auf dem OFW Bauelement vorgesehen. Die Vielfalt der möglichen Codes ist, wie von solchen Streifenmustern her bekannt, außerordentlich groß. Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Identifizierung einer einzelnen solchen Meßvorrichtung durch die zentrale Stelle problemlos.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann somit integriert auf kleinster Substratfläche 101 untergebracht werden. Sie ist somit handlich und läßt sich problemlos an den verschiedensten auch unzugänglichen Orten anbringen. Durch die integrierte Bauweise ist die Anordnung auch kostengünstig herzustellen. Das hier für einen Wärmemesser ausgeführte Beispiel läßt sich problemlos auch auf entsprechende Piezoelemente oder andere keramische oder aus Halbleiter gefertigte Wandler 10 für die zu nutzende Primärenergie übertragen. cn o Cn

Be ugszeichenliste

10 Wandler

11 Transformer von niederfrequenter in hochfrequente Energie

12 Filter/Kodierungseinrichtung 13/14 Funkenelektroden

15 Metallisierung

19 Drossel 20 Induktivität

22 Interdigitalwandler

23 Reflektionsstreifen 24 Antennen

41 Obere Elektrode 42 Untere Elektrode

101 Substrat

110 Piezoelektrisches Plättchen

Claims

Patentansprüche

1. Anordnung zur Erzeugung kodierter Hochfrequenzsignale mit

- einem Wandler (10), der eine aus einem Prozeß oder aus der Umgebung der Anordnung verfügbare nicht-elektrische

Primärenergie (P) in niederfrequente elektrische Energie umsetzt,

- einem Element (11) mit nichtlinearer Kennlinie zur Umwandlung der niederfrequenten elektrischen Energie in hochfrequente elektrische Energie und

- einer Kodierungseinrichtung (23) zur Erzeugung eines kodierten Signals aus der hochfrequenten elektrischen Energie .

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei dem zwischen dem Element (11) und der Kodierungseinrichtung (23) ein Filter (12) zur Selektion eines Schmalbandsignals aus der hochfrequenten elektrischen Energie angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Kodierungseinrichtung (12,23) gegenüber zumindest einem Umgebungsparameter empfindlich ist und bei der dem kodierten Signal eine Information über die Art und/oder Größe dieses Umgebungsparameters aufgeprägt wird.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3, bei der der Wandler (10) zur Wandlung mechanischer Primärenergie (P) in elektrische Energie ausgebildet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, bei der der Wandler (10) als Piezoelement, als Induktions- Einrichtung, insbesondere mit Magnet und elektrischer Spule, oder zur Erzeugung von elektrostatischer Ladung ausgebildet ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3, bei der der Wandler (10) zur Wandlung thermischer Primärenergie (P) mit zeitlichem oder örtlichen Gradienten in elektrische Energie ausgebildet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, bei der der Wandler (10) als pyroelektrisches Element (101) oder als Thermoelementanordnung ausgebildet ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3, bei der der Wandler (10) als strahlungsempfindliches Bauelement für IR, sichtbares Licht oder UV ausgebildet ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der als Element (11) mit nicht-linearer Kennlinie ein Entladungselement (13,14) vorgesehen ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, bei der als Entladungselement (13,14) eine Funkenstrecke oder eine Gasentladungsröhre vorgesehen ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der als Element (11) mit nichtlinearer Kennlinie ein Halbleiter-Bauelement vorgesehen ist, das bei einer Grenzspannung eine schnelle Widerstandsänderung zeigt.

12. Anordnung nach Anspruch 11, bei der als Element (11) eine im Sperr-Durchbruch arbeitende Diode, eine Varaktor- Diode, ein Avalange- Halbleiterelement oder ein Thyristor vorgesehen ist.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der als Element (11) mit nichtlinearer Kennlinie ein Relais vorgesehen ist.

14. Anordnung nach Anspruch 13, bei der das Relais als Silizium Mikrorelais oder als Relais mit piezoelektrischer Zunge ausgebildet ist

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der als Filter (12) und/oder als Kodierungseinrichtung ein elektroakustischer Wandler (110) vorgesehen ist.

16. Anordnung nach Anspruch 15, bei der der elektroakustische Wandler als OFW-Anordnung (110) oder als mit Scherwellen oder mit oberflächennahen Wellen arbeitende Anordnung ausgebildet ist.

17. Anordnung nach Anspruch 16, bei der die OFW-Anordnung (110) als Resonatoranordnung, als Verzögerungsleitung, als dispersive Verzögerungsleitung oder als angezapfte Verzögerungsleitung ausgebildet ist.

18. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei der die Kodierungseinrichtung (12) zur Durchführung einer Pulskompression zur störsicheren Übertragung des kodierten Signals ausgebildet ist.

19. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der als Filter (12) ein dielektrisches Filter, ein mechanisches Filter, ein Keramikfilter, ein Koaxial-

Keramikfilter, ein Volumenschwinger oder ein LC-Filter vorgesehen ist.

20. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, die mit einer Antenne (24) zum Aussenden des kodierten Signals und zur Ansteuerung/Triggerung einer Empfangseinrichtung gekoppelt ist.

21. Verfahren zur Erzeugung von kodierten Hochfrequenz-Funk- Signalen durch

- Umwandlung einer aus einem Prozeß oder aus der Umgebung der Anordnung verfügbaren nicht-elektrischen Primärenergie (P) in niederfrequente elektrische Energie mittels Reibung, piezoelektrischem, pyroelektrischem, thermoelektπschem, photoelektrischem, photovoltaischem oder elektrodynamischem Effekt, - Umwandlung dieser niedrigfrequenten elektrischen Energie mittels eines Element (11) mit nichtlinearer Kennlinie in hochfrequente elektrische Energie - gegebenenfalls Ausfiltern eines Schmalband -Hochfrequenz- Signals aus einer breitbandigeren Hochfrequenzenergie und - Aufprägen einer Kodierung auf das Sch alband-Hochfrequenz- signal

22. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem eine für zumindest einen Umgebungsparameter empfindliche Kodierungseinrichtung (23) verwendet wird, die die Kodierung des Schmalband-Hochfrequenzsignals in Abhängigkeit von der Art oder Große des Umgebungsparameters erzeugt .

23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, bei dem als Umgebungparameter eine Kraft, ein Druck, eine Temperatur, eine Strahlung, ein Impedanzsprung, die Art oder Konzentration von Gasen, Flüssigkeiten, Dampfen, chemischen oder biologischen Stoffen auf die Kodierungseinrichtung einwirkt, wobei ein von dem Umgebungparameter abhangige Kodierung des Schmalband-Hochfrequenzsignal erzeugt.

24. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20 als Schalter für eine mit Funk ansprechbare und/oder schaltbare elektrische Vorrichtung.

25. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20 zur Funk-Übertragung von für den Sender spezifischen kodierten Signalen an eine Überwachungseinrichtung.

26. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

20 als ohne zusätzliche Stromversorgung aktiven Sensor für einen Umgebungparameter mit drahtloser Datenübermittlung.