CN1659599B - 超声发射机和接收机系统以及使用相同系统的产品 - Google Patents

Abstract

更适宜嵌入在获取多种基于无线超声波和/或射频功能的可佩戴安全手表、PDA，或者其它器件中的收发器包括资产、个体、宠物以及类似的数字标识和邻近以及感觉监控。便携式或可佩戴器件通过在器件的发送距离内周期性调查和接收信息标签而实现这些功能。本发明可通过检测到与实体相关联或附属于该实体的标签已经离开了个体的邻近区域并发出警报而帮助减少盗窃、损失或遗忘的可能性。该器件也可支持有感觉病损的个体，这包括聋的人、糖尿病患者以及类似的人，这是通过当被贴标签的实体进入个体周围的空间时检测被贴标签实体，或者通过检测诸如个体邻近区域中的过度热量或者极其重要的符号变化这样的环境激励，并发出警报声而实现的。

Description

超声发射机和接收机系统以及使用相同系统的产品

本发明涉及并要求2002年4月5日提出申请的，标题为“便携式或可佩戴邻近安全器件”的美国临时专利申请序号60/369,981和2002年9月9日提出申请的，其标题为“超声发送机和接收机系统以及使用相同系统的产品”的美国专利申请序号10/237,175的优先权，其内容被全部合并于此。

技术领域

本发明涉及无线通信领域。特别的，本发明提供便携式或可佩戴器件中的无线邻近(proximity)监控、标识验证，以及邻近感觉(sensation)监控。

背景技术

几种工业使用射频标识系统，用于诸如库存控制、资产验证，以及交通工具运动跟踪这样的应用。RFID系统通常由两个构件组成，它们是读取器(readers)和标签。读取器通常是被安装在墙上或安装在柜台上的器件，其将询问信号广播到标签并其可解释来自标签的信息，作为某种用途。标签通常是小的、塑料封装的器件，其被置于由个体携带的物品上或该物品中，并用于几种工业应用，诸如库存控制、资产验证和交通工具运动跟踪。标签通常包含有关物品类型或对该系统而言有意义的唯一标识数的信息。通过利用诸如磁、磁力、射频(RF)、微波和类似这样的电磁波询问标签而从该标签获取信息。

绝大多数RFID系统使用接近1MHz或在1MHz之上的询问和响应频率，其最常使用的频率是126KHz、915KHz、13.56MHz，以及2.45GHz。在这些频率处，标签容易受到屏蔽的影响，该屏蔽尤其是由诸如可以打断它们功能(disruptive to their functioning)的诸如手这样的人体所带来的屏蔽。

较低的标签频率可适度抵抗由人体和其它物体所带来的屏蔽，但是由于带宽和距离限制，其仅具备有限的射频功能性。另外，该较低的频率标签是相当庞大的。带宽趋向于增加且当操作频率增加时标签趋向于变小。另外，询问距离在大约915MHz处是最大的，且在915MHz之后开始再次下降。不幸的是，这些较高的频率更容易受到屏蔽，尤其是由人体带来屏蔽。

有两种基本的标签分类：无源的和有源的。无源标签通过吸收询问信号能量，并使用这个能量来唤醒标签中的半导体标识芯片而工作并对询问信号做出响应。该能量也被用来发送回通常是初始信号强度的1/1000这样小的电磁信号。有源标签具有作为标签一部分的电池，其允许返回信号能量被放大，从而发送较长的距离。

RFID标签通常由发送并接收工作于0.1到0.5亳瓦区域的电子信息(electronics)的读取器来询问。标签询问通常出现在范围从1英寸到12英尺的距离处，作为无源标签。有源标签具有大得多的发送距离，且能够频繁的发送从3英尺到1000英尺或者更多，并且尺寸也通常大得多。

射频标识技术已经由许多公司开发了，这包括摩托罗拉公司/Indala(见美国专利第5,3780,880和5,565,846号)、德州仪器(见美国专利第5,347,280和5,541,604号)、微米/飞利浦半导体、单片机系统(Single Chips Systems)(见美国专利第4,442,507；4,769.074；5,095,362；5,296,722；以及5,407851)、CSIR(见欧洲文档号0494114A2；0585132A1；0598624A1；以及0615285A2)、IBM(见美国专利第5,528,222；5,550,547；5,521,601；以及5,682,143号)，以及感觉电子(见美国专利第5,625,341号)。上述参考的专利内容被全部包括于此。

当前的读取器和发射机单元通常是庞大的，且不很适合被并入诸如手表这样的小的低的能量器件中。同样的，典型的0.1mw到0.5mw读取器能量需求不很适合被并入手表、便携式数字助理(PDA)，或者其它便携式或可佩戴器件中。

本RFID系统所面临的实际问题包括弱的发射信号能量、与某些标签和传感器相关联的较大尺寸和重量，以及信号屏蔽，除这些问题之外，也存在其它更多的抽象问题。一个问题是：有这样的事实，即每个地方(country)可控制在该地方内频谱的不同段上的传输。尽管存在来自地方到地方(country-to-country)的某种一致性(uniformity)，对不同的地方而言，具有关于通常由本RFID系统使用频率的禁止传输不是不常见的。这样，希望找到将在一频率处工作的收发器，该频率允许该收发机以及相关联的RFID系统被使用在多个地方。

发明内容

因此，本发明旨在便携式或可佩戴邻近安全器件，其充分消除由相关领域的限制和不利条件所导致的一个或多个问题。

本发明的目标是要开发这样的装置，通过该装置，器件可进行无线通信，这就减少了对人体屏蔽的倾向，而当这样的通信被执行时，仍旧允许该器件之间保持合乎情理的距离。

本发明的另一个目标是在来自个体的固定距离内对“安全帐篷”(“security tent”)的创建。

本发明的进一步目标是可用在世界上许多国家内的标识器件的创建。

本发明的附加特征和优点将在下面的说明中被详细阐明，且通过说明，其部分将会是显而易见的，或者可通过本发明的实践而被认识。本发明的目标和其他优点将通过特别在书面说明中指出的结构及其权利要求以及附图而实现并获取。

这里说明的本发明实施例利用手表、PDA，或者其他便携式或可佩戴器件内的RFID或者超声标签和相应的读取器/发射器(收发器)以便于在与个体的设定距离处或之内进行邻近监控、标识验证、邻近感觉，以及其它的功能。成功的数字通信已经被聚偏氟乙稀(PVDF)薄膜传感器和利用在大约40KHz频率处的超声通信的收发器所示范。在与本发明相关联而测试时，个体被置于发送和接收天线之间，且在这两个方向的通信能力可能在至少距个体2.5英尺之内，从而使这个通信方法对邻近监控生效。在用发送方的个体来测试时，也获取机械耦合，从而将人体激活成扩展天线，以改善发射器和标签之间的范围。用于读取标签的距离被改善为基本上超过3英尺，其甚至具有低至-76dB的传输能量。

应当理解的是以上的一般说明和下面的详细说明是范例性的和解释性的，且其提供了对如权利要求所述的本发明的进一步解释。

附图说明

附图被包括以提供本发明的进一步理解，且被并入并构成说明书的一部分，其阐明本发明的实施例，与说明书一起解释本发明的原理。

在附图中：

图1是在本发明的手表实施例内功能元件的框图。

图2是围绕具有本发明的个体的1米邻近检测区域的简图。

图3是描述标签传感器设计的通用布置图。

图4是具有一个或多个压电传感器的本发明手表实施例的示意框图。

图5是具有一个或多个压电传感器的超声标签的示意框图。

图6是阐明较佳标签学习和调查(poll)方法的流程图。

图7阐明汽车中超声标签的使用。

图8阐明飞机中超声标签的使用。

图9阐明极其重要符号监控中超声标签的使用。

图10阐明作为一次性化学或生物药剂测试器的超声标签的使用。

图11阐明关于安全的超声标签的使用。

图12阐明关于家庭自动化的超声标签的使用。

图13阐明作为关于个体或关于宠物电子皮带的超声系统的使用。

图14阐明关于人体运动学超声系统的使用。

图15阐明在有价值器件中自报警超声标签的使用。

具体实施方式

现在将详细给出对本发明较佳实施例的参考，其例子在附图中阐明。

本发明的较佳实施例利用嵌入在可佩戴安全手表、PDA，或其他可佩戴或便携式器件中的收发器，以获取多种基于无线超声和/或射频的功能，这包括，但不局限于数字标识，以及邻近和感觉监控。被监控的项可包括，但不局限于资产、个体、宠物，和/或环境因素。便携式或可佩戴器件(通常为“器件”)通过周期性从器件传输距离内的某些或全部标签调查和接收包括标识信息在内的信息而实现这些功能。

该器件可帮助减少资产、人、宠物或其它项盗窃、损失或遗忘的可能性。若器件检测到与实体相关联或附属于实体的标签已经离开了个体的邻近区域(proximity)，则器件可发出报警声，从而通知个体该项可能已经损失、被窃取、被遗忘或者被误放了。作为例子，而不是要限制本发明，个体佩戴被装备有收发器的手表，其钱夹具有适当的标签，若他或她的钱夹被小偷扒窃，则该个体可能被通知，这是因为手表将不再从与钱夹相关联的标签处接收标识信息。本领域中熟练的技术人员应当认识到的是尽管对“发出”警报做出参考，由本发明生成的警报可由一个或多个多种感觉输入组成，这包括，但不局限于声音警报、闪光灯、诸如振动和发出不寻常气味这样的触觉反馈。

该器件也可帮助支持具有感觉病损的个体，这包括聋人或盲人，这是通过当被标签的项进入个体周围的空间时检测它并发出警报而实现的，从而通知个体被标签的项在个体邻近区域内。以类似的方式，可对该器件进行编程以对个体的环境进行监控，这些个体包括截瘫、糖尿病、哮喘，以及类似的，他们不能充分的决定触觉感觉或他们邻近区域中其它的环境因素。本发明可被配置成监控特定的环境刺激，这诸如过度热量或空气污染，并以当刺激超过特定的预设定限制时发出警报。这对汽车加热器、熨斗、咖啡壶等尤其有用，若个体不能感觉燃烧的话，则这些装置可造成显著的健康威胁。

图1阐明较佳的手表100和标签120实施例的电子功能和构件的框图，其阐明每个构件如何为系统作贡献。微控制器102更适宜由至少8kB的快闪存储器(flash memory)105来支持，其控制全部手表操作，这既包括传统的手表功能，又包括与本发明相关联的更专门的功能。用户通过观察并与显示器103进行交互作用和/或命令微控制102可更适宜的控制手表功能，以通过推手表100上的激活按钮(未阐明)而执行不同的功能。通过将这些功能保存在存储器105中而对这些功能进行重新编程。手表100可从电池电源104接收能量，其更适宜是可充电的。警报器106更适宜是提供声音警告的陶压电(a ceramic piezo)，但是其也可包括发光二极管(LED)，其用于提供对警报的可视参考，驱动偏移重量的电动机，以提供对报警的振动参考，以及其它这样的报警机制。显示器103，其更适宜的是液晶显示器(LCD)，它可提供这样的可视化参考，诸如当前时间和报警状态。

除传统手表功能之外，微控制器102也使用数据收发器101以及一个或多个传感器107，以与一个或多个标签120进行通信。微控制器102可使用收发器101以通过一个或多个传感器从标签120发送数据或将数据发送到标签120。一个或多个薄的薄膜压电超声传感器107更适宜由至少两个PVDF薄膜构成，其以超声频率发送并接收数据，尽管本领域熟练的技术人员应当认识到可使用其它材料和频率，而不背离本发明的主旨和范围。

标签120也包含几个构件。在图1中阐明的实施例中，标签120是有源标签，其接收来自电池电源123的能量，其更适宜是可充电的。一个或多个薄的薄膜压电超声传感器126更适宜是由至少两个PVDF薄膜构成，其发送和接收超声数据。代码识别电路122具备多种功能，这包括决定离散标签(a discretetag)是否正由手表100调查，或者手表100传输距离内的所有标签是否正被调查。存储器124更适宜能够保存最小4字节数据，其可保存与标签120相关联的标识信息。可选感应器125可被用于环境检测或生物感应，这在下面更详细的说明。控制器121是可选的，其允许超声和感应器数据调节(conditioning)，其也允许扩展标签功能。这样的扩展标签功能可包括，但不局限于，在存储器124中保存附加或其它信息。

在另一实施例中，标签120可为无源标签。在这样的实施例中，电池123可能是不必要的，这是由于标签可从接收为部分来自手表100传输的能量得到其操作能量。在另一个实施例中，代码识别电路122可被包括在标签120中，从而促使标签120对所有来自手表100的调查做出响应。

当标签120被手表100调查时，标签120可发送保存在存储器124中的信息、来自感应器125的信息，或者其它这样的信息。标签120也可接收来自手表100的信息，作为部分调查进程，或者以与它们分离功能的方式。作为例子，而不是要限制本发明的范围，手表100可周期性地将随机安全代码发送到标签120。这样的随机安全代码可被用来验证标签120的同一性，这是通过当标签120随后由手表100调查时标签120发送这样的信息而实现的。这可减少某人可能引入具有与先前存在的标签相同的标识信息的新标签的可能性，从而偷窃或盗用先前存在的标签所附属的项。

图2阐明关于个体周围标签检测的一米周长的实现。可通过调节来自嵌入在便携式或可佩戴器件中收发器的传输能量而获取这样的周长。在图2中阐明的实施例中，手表200中的收发器已经被校准，这样以使来自手表200的传输不超过近似一米。当超声标签210在手表200的传输范围内时，它们可对来自手表200的询问信号做出响应，并且手表200不发出警报。当诸如标签220这样的超声标签在传输范围外部时，标签不能对来自手表200的询问信号做出响应，且手表200可发出警报。

图2的周长系统也可用于其它实施例中。作为例子，而不是要限制本发明，当标签220进入周长时，手表200可发出警报。在另一个例子中，标签220可包含温度或其它环境感应器，也许其属于熨斗的。当手表200接近标签220并促使标签220落到手表200的传输范围之内时，当佩戴手表200的人走近标签220所附属的熨斗时，这是可能发生的，这时手表200可调查标签220，以决定标签220处的温度。作为选择，若由标签220测量的温度或其它环境因素超过预设定限制时，标签220可将信号发送到手表200而不被调查。这样预设定前限制可能是标签220中所固有的，或者可使用手表200或者诸如计算机这样的其它器件来设置它。

图3阐明较佳标签传感器配置。这样的传感器排列可被用作图1的一个或多个压电超声传感器126的一部分。图3中阐明的实施例使用多个传感器，每个传感器具有非常薄的轮廓。当标签和传感器被嵌入的器件之间有障碍的时，传感器也应该在最小需要周长内是有效的。每个传感器应该沿着分离轴(更适宜是x和y轴)而被定位。沿着纵向轴(x或y)的薄膜预压(Pre-stress)是较佳的，且弯曲半径(a bend radius)被组合以完成这个。注意所示对每个薄膜存在两个半径：改变半径允许薄膜之间的不同z轴分离，且支持全方向(omni-directional)响应。频率响应是关于半径的重大决定因素。当前，具有37.5mm名义半径的传感器，其弧长大约是18.75mm，且宽度大约是9.375mm，其更适宜获取60KHz处的最优频率响应。对本领域熟练的技术人员而言显而易见的是其它传感器尺寸、形状、弯曲半径，以及频率响应可被替代，而不背离本发明的主旨和范围。作为例子，而不是要限制本发明，若标签处于高振动或高声波噪声环境中时，频率可被调节到适合的多频率操作，若需要的话。

图4阐明关于本发明基于手表实施例的较佳主控制器块示意图。这里没有示出个体支持构件，但是这对本领域中熟练的技术人员而言是显而易见的。另外，对本领域中熟练的技术人员而言显而易见的是其它示意设计可替代图4中阐明的较佳示意，且图4中阐明的示意可用于本发明的其它实施例中。较佳主控制器由多种构件组成。微控制器402通常一直保持能量。离散晶体400允许关于精确的守时。

主控制器也应该包括存取和提供到操作控制器的个体的信息的装置。在较佳实施例中，主控制器包括LCD显示器401。LCD显示器401可为如用在当前手表中的标准的、多段LCD显示，或者LCD显示器401可包括基于像素的显示器，从而允许手表显示大量多种多样的信息，这包括静态和移动图像、字母数字字符，以及类似的。作为选择，LCD显示401可包括语音识别和语音发生能力，且产生触觉或其它感觉刺激的方法，从而允许聋的、视觉病损的或者有其它残疾的用户操作并与主控制器进行交互作用。

主控制器也可包括开关404，其用于控制数据是否由微控制器402接收到或者从微控制器402发出。另外，主控制器可包括能量/信号变压器(transformers)405和406，用于数据级调节(data level conditioning)。压电传感器407和408执行到标签的实际数据传输，并接收来自标签的数据。主控制器也应该包括低噪声放大器(LNA)403，以放大标签返回数据。

图5阐明较佳标签块示意图。在这个实施例中，标签应该由几个构件组成。若标签被询问，则被动唤醒电路502向标签提供能量。识别电路501保持能量下降，除非标签被询问，该识别电路501负责决定由标签接收到的询问信号是否意指该标签，且适当的响应应该是什么，若一个是必要的话。晶体500允许接收/发送信号匹配。开关504决定数据是否被从一个或多个标签传感器接收到，或者其由一个或多个标签传感器发送。能量/信号变压器505和506允许标签在传输前以及当数据被接收到时调节数据信号级别。压电传感器505和507接收并发送数据并对请求进行调查。除通过变压器505和507的任何放大增益外，LNA 503也可被用来放大引入数据。注意LNA的前部具有以接收模式的开关集合，其是一直保持能量的仅有块。

图6是阐明较佳标签学习、调查和控制方法的流程图。如图6的块600所阐明的，每个超声无线标签更适宜在制造过程阶段被赋予基线标识器，其中基线标识器是从一组一个或多个先前已知的标识器中选择的。除明确地标识标签之外，标签标识器也可包含标签结构或功能性。作为例子，而不是要限制本发明，关于资产监控而被赋予标签的标识器可包含前缀或使用表明这样用途的检查和，而关于在这样监控中(for in situ monitoring)的标签可包含不同的前缀。

当新标签被运送到用户时，新标签与手表、PDA，或者其它控制器件或控制器相关联，这是通过由图6的块610到块615所阐明的学习模式来实现的。如块610所表明的，与新标签相关联的控制器被首先放置在标签注册中，或者学习模式中。在较佳实施例中，控制器接下来将标识请求发送到所有已知基线标签标识器，如在块611中所示。在另一实施例中，与特定新标签相关联的基线标识器可被打印在标签上，打印在其中标签被运送的容器上，或者可由控制器操作器存取，且控制器操作器可将与新标签相关联的标签标识器直接输入到控制器中。当控制器发送标签标识请求时，控制器可监控并登记那些对标识请求做出响应的标签标识器。

当控制器已经学习了与任何新标签相关联的标签标识器时，控制器可使用标识器来决定标签类型。在较佳实施例中，控制器可担当控制器操作器，以验证该决定的标签类型，作为安全防范。当已经关于新标签决定了标签类型时，离散标识器可由与该标签相关联的控制器来产生。在较佳实施例中，这样的离散标识器是对控制器而言唯一的标识器。作为例子，而不是要限制本发明，每个依照本发明设计的控制器可具有与它们相关联的唯一标识器，且该标识器，或者其部分，可被用作由控制器赋值的部分唯一标签标识器。另外，控制器在创建每个新的标签标识器时可对控制器的标识器可加上诸如多字符和顺序产生的字符串这样的附加信息。这可导至不仅对每个控制器唯一且对所有标签唯一的标签标识器。这个过程由图6的块612阐明。

一旦系统离散标识器已经被创建，则控制器可将学习_ID命令发送到指定的新标签。学习_ID命令允许新的标签记录保存在标签中存储器中的系统离散标识器。如块614所示，本发明更适宜使用一次性写入(write-once)快闪存储器，以保存标签内的系统离散标识器。在另一实施例中，标签既可保存系统离散标识器，又可保存控制器标识器，或者控制器标识器的加密形式，其在一次性写入快闪存储器中。在一次性写入存储器中保存这样的数据加上附加安全性，这是由于标签不能用其它标识器重新编程。在另一个实施例中，控制器标识器信息可被保存在可重写存储器(rewriteable memory)中，从而允许控制器周期性改变保存在标签上的控制器标识器，其潜在的改善标签安全性。

如块615所阐明的，最终学习模式步骤包括验证新标签基于现在与标签相关联的系统离散标识器而对控制器命令做出响应。若标签正确响应的话，控制器更适宜要求控制器操作器输入任何与标签相关联的参数选择，这诸如警报限制或警报条件。这样的参数选择更适宜连同与它们相关联的系统离散标识器而被保存在控制器中。若标签没有正确响应，控制器操作器被赋予选项，以重试或退出学习模式。

在较佳实施例中，关于在块611中标识的每个新标签而重复块612到615。在另一实施例中，每次当新标签与控制器相关联时，块610到615可全部被重复。

较佳标签调查方法由图6的块620到块624来阐明。如块620所阐明的，标签调查从将标签发送请求发送到特定标签的控制器开始。如块631所阐明的，且如上述，标签发送请求更适宜包括与给定标签相关联的系统离散标识器，以及控制器标识器。接收标签发送请求的标签首先将包含在标签发送请求中的系统离散标识器与保存在标签存储器中的系统离散标识器相比较。若系统离散标识器不匹配，则标签保持“休眠”(“asleep”)，这样以使没有进行其它的动作。若系统离散标识器匹配，则标签可继续处理。在较佳实施例中，标签处理用标签继续，其将在标签发送请求中使用的控制器标识器与保存在标签存储器中的控制器标识器相比较。若控制器标识器不匹配，则标签可保持休眠。通过将控制器标识器与系统离散标识器相比较，标签安全可被进一步增强。然而，本发明的另一实施例不使用控制器标识器，这仅依赖系统离散标签标识器，以决定标签应该何时广播。

一旦标签已经决定其应该回答标签发送请求，则标签可通过发送其系统离散标识器而回答这样的请求。若标签具有感应器，诸如，但不局限于，应变规、振动感应器、葡萄糖监控器(glucose monitor)，或者类似附属的，则标签除其系统离散标识器之外还可发送感应器数据。

如块622所阐明的，发送标签发送请求的控制器将等待关于要响应标签的预定时间周期。若标签响应，则控制器可基于由标签返回的任何数据而采取适当的动作，这包括登记这样的数据以便以后使用。若标签不响应，则控制器可发出报警，其进行适当的其它动作。另外，如在块623中所阐明的，若标签具有附属于它的感应器，则控制器可验证感应器读数在控制器操作器指定限度内。若感应器读数在这样的限度之外，则可发出报警或者控制器进行其它的动作。

如块624所阐明的，然后关于与控制器相关联的下一个系统离散标识器而重复正常模式进程。另外，块620到块624更适宜连续地被重复以允许所有标签的活动监控(active monitoring)。在另一实施例中，控制器可在与控制器相关联的系统离散标识器的列表末端处暂停。在另一个实施例中，控制器可在每个正常模式进程的末端处暂停，以允许多控制器在相同的区域中工作，而没有多控制器以及与其相关联的标签以充分相同的频率工作处串扰或其它干扰的可能性。

如块630到634所示，根据本发明的超声标签系统也可控制和/或激活在标签上或者与标签相关联的器件，这诸如，但不局限于，可移植药品递送系统以及关于飞行器或关于汽车的控制系统。如块630所阐明的，标签调查从将标签发送请求发送到特定标签的控制器开始。如块631所阐明的，以及如上所述，标签发送请求更适宜包括与给出标签相关联的系统离散标识器，以及控制器标识器。接收标签发送请求的标签首先将包含在标签发送请求中的系统离散标识器与保存在标签存储器中系统离散标识器相比较。若系统离散标识器不匹配，则标签保持“休眠”(“asleep”)，这样以使没有进行其它的动作。若系统离散标识器匹配，则标签可继续处理。在较佳实施例中，标签处理用标签继续，其将用在标签发送请求中的控制器标识器与保存在标签存储器中的控制器标识器相比较。若控制器标识器不匹配，则标签可保持休眠。通过比较控制器标识器和系统离散标识器，标签安全可被进一步增强。然而，本发明的另一实施例确实使用控制器标识器，这仅依靠系统离散标签标识器，以决定标签应该何时广播。

一旦标签已经决定了其应该回答标签发送请求，则标签可通过发送其系统离散标识器而回答这样的请求。若标识器具有感应器，诸如，但不局限于，应变规、振动感应器、葡萄糖监视器，或者类似附属的，则标签除其系统离散标识器之外还可发送感应器数据。

如块632所阐明的，发送标签发送请求的控制器将等待关于要响应标签的预定时间周期。若标签不响应，则控制器可发出报警，其进行适当的其它动作。若标签响应，则控制器可基于由标签返回的任何数据而采取适当的动作，这包括登记这样的数据以便以后使用。另外，一接收到标签响应，且更适宜在处理由标签返回的任何数据之后，控制器可命令标签将命令发送到标签上或与标签相关联的器件上。作为例子，而不是要限制本发明，标签可用血液葡萄糖测量(blood glucose measurement)来响应，且控制器可决定葡萄糖水平是否在可接受的范围内。若葡萄糖水平在可接受的范围外，则控制器可命令标签使与标签相关联的被注入的胰岛素注射器件释放适量的胰岛素。

如在块623中所阐明的，接收命令的标签首先验证标签正被适当处理。标签可决定其是否正使用与关于标签发送请求使用的类似的进程而被适当处理。若标签决定其没有被适当处理，则标签可能会休眠。若标签决定其正被适当处理，则该标签可执行控制器命令。

如块634所阐明的，然后关于与控制器相关联的下一个系统离散标识器而重复控制模式进程。另外，块630到634更适宜被连续重复以允许活动监控并控制所有标签。在另一实施例中，控制器可在与控制器相关联的系统离散标识器的列表末端处暂停。在另一个实施例中，控制器可在每个正常模式进程的末端处暂停，以允许多个控制器在相同的区域中工作，而没有多个控制器以及与其相关联的标签以充分相同的频率工作处的串扰或其它干扰的可能性。

图7阐明汽车中超声无线标签的使用。在这个实施例中，标签信号被计算机或者可被植入或附属于交通工具的其它信号接收和处理器件(信号接收器720)接收到。当前更适宜的是信号接收器720与手表或PDA互相作用，尽管对本领域熟练的技术人员而言显而易见的是可获取独立操作而不背离本发明的主旨或者范围。

当前更适宜的是信号接收器720使用交通工具的构件和框架，作为通过它从超声无线标签读取信号的媒体。在另一实施例中，无线标签不是通过空气来发送信号，它而是使用绝大多数交通工具的构件和外壳来将信号运载到信号接收器720，而不管制造它们的材料是什么，这不像用在传统标签中的射频，超声波将通过任何固体或液体传播。

图8阐明飞机中超声标签的使用。这个实施例类似于图7的实施例那样起作用，然而，超声无线标签对像飞机那样的结构提供附加优点。因为与飞机有关的它们的尺寸和安全问题，通常我们需要限制在飞机特定部分上所做的工作量，这诸如飞机尾部和飞机机身的连接。我们也需要使那些部分尽可能坚固。超声无线标签可被嵌入到飞机尾部以及尾部、燃油箱或制造阶段的其它部分的复合或金属结构部分中，这样就允许实时、兴趣点应力监控(point of intereststress monitoring)、检查关于诸如裂缝这样的材料缺陷，执行关于结构完整性以及关于其它这样用途的标签到标签超声网络分析。超声标签也可通过消除连接电线的需要而被用来改善燃油箱内部燃料计量器的安全性，对燃油箱而言，连接电线可能短路或冒火星并促发火灾。

以诸如在图8中阐明的方式而使用的嵌入的超声无线标签可消除，需要飞机拆卸的详细飞机构件评论的必要，或者减少相应的时间。超声无线标签也缓和了减少飞机部分结构完整性的必要，以允许线路通过该部分发送。进一步，减少飞机中的必要布线量也减少飞行器质量、电气复杂度，以及在发现并修理故障以及线路缺陷/损坏维修中的维护时间。另外，无线标签可被用来监控振动，以及这样的低频声音，其可提供对飞行器性能的诊断，诸如可由鸟、冰或沙产生的引擎中的外来材料鉴别。

如图7中的汽车实施例，飞机实施例可利用构件、外壳，以及飞机框架，而不管材料如何，以促进信号接收器820同无线标签800和810之间的通信。另外，由于在本发明的超声通信系统中使用物理波，而不是使用电子辐射，所以几乎没有或者根本没有阻止或干扰极其重要的飞机无线电通信或导航的风险。进一步，当被用来监控燃油箱或其它的挥发性容器时，本发明相对于现有技术增加了安全性，且由于消除燃油、燃油蒸汽和类似的周围的布线和电气设备而增加有线感应器的安全性。

无线标签，尤其是超声标签，可被用在实际中的任何交通工具中，这包括汽车、飞行器、船只、营救和安全设备、娱乐交通工具等，以用于多种感觉用途。关于今天的交通工具需要的几乎每个感应器类型可使用超声通信而被集成。作为例子，而不是要限制本发明，无线感应器可用在图7的汽车实施例中，以积极的监控压力700、引擎温度710，以及断裂垫磨损(break pad wear)并将其结果报告给信号接收器720。另外，一个或多个感应器可被附属于引擎或传输构件以检测在检测阶段或在工作阶段的过量振动、温度、压力或应力。同样的，在图8的飞机实施例中，无线感应器可被用来测量在尾舵800处的剪应力以及机翼-机身连接应力810，并将这个报告回信号接收器820。无线标签尤其适合于紧密的位置，其中电线布线是困难或不可能的，并适用于移动部分。作为例子，而不是要限制本发明，无线标签特别适合轮胎压力监控，这是因为无线标签不需要与读取器或其它的感应器处理器件进行电气连接。这样，感应器可被植入轮胎或轮圈中，而不需要精细的电气连接系统。

超声感应器也可被利用来存取控制，这是通过钥匙，或者通过控制台和与存取控制感应器相匹配的代码将数字代码以超声波的方式从手表引导到汽车而实现的，其在诸如法律实施的应用中或在汽车的高端安全系统中允许启动交通工具或允许交通工具从停靠被移动到驾驶，其中仅有指定的驾驶员可操作交通工具而不是小偷或攻击者。

图9阐明在极其重要的符号和其它的生物测定监控中超声标签的使用。由于本发明超声标签部分传感器的极其低的能量需求和小的物理尺寸，所以无线标签可容易适用于人体。另外，药品递送系统可由无线体内感应器和生物探测器来控制。在图9中阐明的实施例中，无线标签900与葡萄糖感应器紧密配合，并嵌入在糖尿病用户腕部处或腕部附近的皮肤内。手表910周期性的对无线标签900进行调查，以决定用户是否应该被警告他或她的血糖水平已经变化了，且这潜在的需要胰岛素注射。

在一个实施例中，无线标签900可包含可充电电源，诸如是由手表910以电感方式或以电容方式进行充电的电池。在另一实施例中，无线标签900可包含代替电池的小的电感变压器，且标签900所需的任何能量可由手表910直接供给。在这个另一实施例中，更适宜的是手表910包括二次电池，更适宜是可充电电池，无线标签900可从该电池获取能量。手表910可允许在从标签900请求数据之前的较短时间内供给标签900以能量。通过向标签900提供能量，而不需要电池植入到那里，这个实施例能够将更多的智能感应器置入体内，而不必要插入有毒化学药品，诸如通常为电池所需的铅、锌，或锂。

图10阐明这样的超声标签的使用，其作为一次性化学或生物药剂测试器，它在原处、经过皮肤，或者在皮肤上。与本发明的无线标签相关联的小尺寸、轻的重量，以及廉价的生产成本使它们有助于用于这样的环境中，在那里处理、而不是重新使用测试装备是有利的，诸如在用于不同生物或化学药剂的现场试验中。具有MEM感应器的超声标签甚至可被用作“智能邦迪”(“smartBand-Aids”)，其用于诸如“卫生带”(“hygiene strips”)这样的应用中，其感觉到手已经被清洗过了，而且手在诸如医院病房和外科区域这样的重要环境中在指定长度的时间内是干净的，而且也警告手在指定长度时间后需要被清洗。MEM可包括多种多样的生物芯片，这包括获得有害细菌且将现状传送回读取器的生物芯片。如在图10中阐明的实施例中所使用的，无线标签1010允许测试被执行，而不将附加化学或生物药剂引入到样品1000中，且通过需要样品1000和测试器件(未画出)之间的物理连通性而不可能污染周围的区域。测试器件，诸如，但不局限于，手表或PDA，简单地向无线标签1010调查测试结果，适当时，无线标签1010被丢弃，或者连同样品1000一起被破坏。

图11阐明关于安全性或存取控制的超声标签的使用。在这个实施例中，警官1120由于他正佩戴手表而所以能够操作手枪1110。在这个实施例中，手表1100包含能够与安装在手枪内部1110的传感器进行通信的传感器。目前，更适宜的是这样的通信通过警官1120而出现(如通过他的皮肤)，直接到手枪1110，而不是通过空气。这个安排仍旧允许警官1120用任何一只手来开手枪1110射击，而同时阻止手枪1110通过空气从手表1100接收确认信号。最终，这就阻止犯罪者故意从警官1120那里偷窃手枪1110并使用手枪1110对着警官1120。为有效的开手枪1110射击，犯罪者将也得偷窃手表1100，或者保持与警官1120的皮肤与皮肤的身体接触。

在较佳实施例中，手表可包括两个附加安全特征，对犯罪者而言，其对警官或其他的看守所有者使用武器甚至就更困难了。首先，手表可需要诸如用在ATM机器上的PIN码这样的个人标识码，以激活手表的安全功能。第二，手表可包括附加截止系统(cutoff system)，其感觉环境变化，这诸如，但不局限于，温度变化、佩戴者的心率，以及类似的，其表示手表已经被从其佩戴者处移除。这样，当手表被移除时，与其相关联的涉及安全的功能失去能力，且除非要佩戴手表的下一个人知道适当的个人标识码，否则他们将不能利用与手表相关联的安全特征。

除其明显的法律实施和军用之外，在这个实施例中说明的枪支安全系统可阻止由于儿童发现并摆弄家庭中的枪而引发的悲剧事故，因为只有被认可的成人将具备个人标识码的知识，且手表的移除促使枪停止工作。存取控制可被扩展到诸如门、拱顶，或者以类似方式存取的交通工具这样的应用中。

在图11的安全系统的另一实施例中，可使用诸如上面关于图9讲授这样的植入。在这个实施例中，该植入可具有手枪1110可用其锁上的唯一标识器。手表1100可从该植入读取标识器，并将该标识器发送到手枪1110。若被发送的标识器匹配被锁上的标识器，只有这时手枪1110才将是可用的。这个实施例进一步限制犯罪者操作手枪1110的能力，这是因为犯罪者可能偷窃手枪1110和手表1100，而仍旧不能开手枪1110射击。在另一实施例中，诸如红外扫描仪这样的生物测定感应器可被放置在手表的下面，以唯一地标识人体吸收和传输谱，且手表1100可从生物测定感应器读取标识器。对本领域熟练的技术人员而言，显而易见的是，尽管这个实施例的说明集中在手枪安全性上，但是这样的系统还是可被用在需要具备诸如汽车启动系统、计算机或物理安全性，以及类似这样的更有效用户标识的其它情况中。

图12阐明用于家庭自动化的无线超声标签的使用。在这个实施例中，传感器1210被置于具有超声读取器和控制单元的住宅结构上。超声无线标签1220可放置在整个家庭中的器件上或器件中以及遍及整个住宅的结构中，诸如灯1240、家庭娱乐中心1250，以及恒温器1260。每个无线标签可通过一个或多个控制单元1210或者一个或多个无线收发器1230而被独立控制。在这个实施例中，住宅的结构本身被利用为通信网络，非常类似于飞机的框架被用来促进图8中阐明的实施例中的通信。

图13阐明作为电皮带超声系统的使用，其用于个人或用于宠物。在这个实施例中，无线传感器被置于诸如儿童或具有徘徊趋向的诸如Alzheimer病人的成人这样的个体上，且若个体徘徊到离手表/读取器太远的话，传感器触发手表或读取器中的警报器。同样的，具有无线传感器的领圈被置于宠物上，若宠物徘徊到离手表/读取器太远的地方，则发出警报或者宠物可听见的超声警报，这阻止逃跑的宠物并允许改善宠物的训练。

图14阐明用于人体运动学的超声系统的使用。在这个实施例中，无线传感器被置于身体的表面，或者在接近身体的衣服中，以监控关于运动、健康、医药和动画活动的人体运动移动，其中来自感应器网络1410的数据被反馈到数据采集手表1400处。这个数据可随后被下载到较大的计算机，用于运动、肌肉活动、温度、应力，以及其它的感应器数据的分析。

图14也阐明关于个体的嵌入标识的超声系统的使用，该个体倾向于留下诸如建筑物边界这样的较佳边界。这样个体的范例包括，但不局限于，具有Alzheimer的人和儿童。在这个实施例中，超声传感器被置于合适的囊中，并被植入病人的身体1420内。超声传感器可发送这样的信号，其通过使用已经在整个前提(premises)中使用的标签阅读器而允许责任方跟踪病人的位置，这诸如在建筑物中和在与其相关联的地面上。通过与图2的邻近检测系统类似的方式，这个实施例可检测病人何时不再处于前提中且发出警报，这样就允许病人的较快恢复。

图15阐明有价值器件1510中超声标签1500的使用。在这个实施例中，超声标签1500被配备有这样的警报器，若标签在特定量的时间内没有被相关联的超声读取器调查，则其发出声音。这样的警报器可对诸如膝上型电脑这样的没有防备的有价值设备提供早期安全性警告。

虽然已经详细说明了本发明，且参考其特定实施例，但是对本领域熟练的技术人员而言明显的是在不背离本发明主旨和范围的前提下可在其中做出不同的改变和修改。这样，本发明要覆盖在附加权利要求书和它们的等价物的范围内所提供的本发明修改和变更。

Claims (22)

1.超声标签，其包含：

电源，其用于提供能量；

至少一个压电传感器，其能够在超声信号和电信号之间进行转换；

至少一个变压器，其用于调节来自所述电源的能量并调节所述电信号；

至少一个存储器存储器件，其用于保存信息；以及

识别电路，其用于决定所述被转换的电信号何时正处理所述标签。

2.如权利要求1所述的超声标签，其特征在于所述电源提供来自能量存储器件的能量。

3.如权利要求2所述的超声标签，其特征在于所述能量存储器件是电池。

4.如权利要求3所述的超声标签，其特征在于所述电池能够被充电。

5.如权利要求4所述的超声标签，其特征在于所述电池能够被以电感形式被充电。

6.如权利要求4所述的超声标签，其特征在于所述电池能够以电容形式被充电。

7.如权利要求1所述的超声标签，其特征在于所述电源通过从所述超声信号捕获能量而提供能量。

8.如权利要求1所述的超声标签，其特征在于所述至少一个压电传感器是薄的薄膜压电传感器。

9.如权利要求8所述的超声标签，其特征在于所述至少一个薄的薄膜压电传感器由至少一片聚偏二氟乙烯薄膜组成。

10.如权利要求9所述的超声标签，其特征在于所述至少一个薄的薄膜压电传感器由两片聚偏二氟乙烯薄膜组成。

11.如权利要求1所述的超声标签，其特征在于所述至少一个存储器存储器件能够保存至少4字节的数据。

12.如权利要求1所述的超声标签，进一步包含微控制器，其用于附加电信号调节并允许标签执行附加功能。

13.如权利要求12所述的超声标签，进一步包含至少一个感应器。

14.如权利要求13所述的超声标签，其特征在于所述微控制器也调节感应器数据。

15.如权利要求1所述的超声标签，进一步包含低噪声放大器，其用于放大弱的电信号。

16.如权利要求15所述的超声标签，进一步包含一个开关，其用于控制所述识别电路的输出、所述低噪声放大器的输入和所述至少一个压电传感器之间的数据流。

17.如权利要求15所述的超声标签，进一步包含唤醒电路，其用于减少标签能量消耗。

18.如权利要求1所述的超声标签，进一步包含一个晶体，其用于对所述识别电路的所述输出进行频率调谐。

19.如权利要求1所述的超声标签，进一步包含警报器。

20.如权利要求19所述的超声标签，其特征在于所述警报器是声音警报器。

21.如权利要求19所述的超声标签，其特征在于所述警报器是振动警报器。

22.如权利要求1所述的超声标签，其特征在于：

所述电源由以电感形式充电的电池组成；

所述至少一个压电传感器包括至少两个聚偏二氟乙烯薄膜传感器；

所述至少一个变压器包括第一变压器，其用于调节来自所述电源的能量并当所述电信号被所述传感器接收到时调节电信号，和第二变压器，其用于调节来自所述电源的能量并当所述电信号被从所述识别电路发送到所述传感器时调节电信号；

所述识别电路进一步用于在适当的时候对由所述传感器接收到的电信号做出响应；

所述至少一个存储器存储器件保存至少4字节的信息；

所述超声标签进一步包括：

开关，其用于控制流入和流出所述传感器的电信号流；

低噪声放大器，其用于从所述开关接收电信号并对弱的信号进行放大；

唤醒电路，其用于在决定所述接收到的电信号正处理所述标签时向所述标签提供能量；以及，

晶体，其用于调整由所述唤醒电路监控的所述接收到的电信号频率以及由所述识别电路使用的所述被发送的电信号频率。

Images