DE69112627T2

DE69112627T2 - Datenübertragungseinrichtung.

Info

Publication number: DE69112627T2
Application number: DE69112627T
Authority: DE
Inventors: Martti Elsilae; Kalevi Kalliomaeki; Markku Moilanen; Tapio Nuutinen
Original assignee: Idesco Oy
Current assignee: Idesco Oy
Priority date: 1990-06-26
Filing date: 1991-06-07
Publication date: 1996-02-08
Anticipated expiration: 2011-06-08
Also published as: JPH05508520A; ES2076530T3; EP0536168B1; DE69112627D1; CA2086114A1; FI85079B; ATE127296T1; FI85079C; WO1992000635A1; FI903205A; FI903205A0; EP0536168A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Datenübertragungseinrichtung mit einem ersten Sende-Empfänger mit ersten Einrichtungen zur Erzeugung van Wechselstrom, einem zweiten Sende- Empfänger mit zweiten Einrichtungen zur Erzeugung von Wechselstrom, der vom ersten Sende-Empfänger entfernt angeordnet ist, und Kopplungseinrichtungen, die im ersten und zweiten Sende-Empfänger angeordnet sind und die Sende- Empfänger über wechselseitige Induktanz zur Übertragung von Daten zwischen den Sende-Empfängern miteinander verbinden.
Die Datenübertragungseinrichtung gemäß der Erfindung besitzt einen breiten Bereich von unterschiedlichen Anwendungsgebieten, d.h. innerhalb von Meß- und Identifikationstechniken. Da Anwendungsbereiche wechselseitiger Induktanz die Übertragung eines Signales von einem Ort zu einem anderen durch die Erzeugung eines Wechselstromes im Sender umfassen, wird in dieser Beschreibung der allgemeine Begriff "Sende-Empfänger" verwendet. Wenn die Einrichtung der Erfindung bei Identifikationssystemen Anwendung findet, ist ein Sende-Empfänger beispielsweise eine Lesevorrichtung, während der andere Sende-Empfänger ein programmierbarer oder permanent programmierbarer Codeträger ist, der nachfolgend als Identifikator bezeichnet wird. Wie vorstehend beschrieben, wird der Begriff "Sende- Empfänger" hier als allgemeiner Begriff verwendet, anstelle von dem auch ein anderer Begriff verwendet werden kann, je nach der Art und Weise, in der das erfindungsgemäße Prinzip in jedem speziellen Fall Anwendung findet.
Ein Hauptnachteil der Datenübertragungs- oder Identifikationssysteme des Standes der Technik, die auf einer induktiven Kopplung basieren, besteht darin, daß, je breiter der Betriebsbereich ist, desto teurer und schwieriger das System in der Herstellung wird, da die Sende-Empfänger- Spulen (Identifikatoren in den Identifikationssystemen) aus vielen Windungen bestehen und einen sehr großen Durchmesser aufweisen müssen. Andererseits hängt die Konstruktion von mindestens einem Sende-Empfänger von seinem Gebrauch ab, so daß für viele Zwecke keine spezielle Konstruktion Anwendung finden kann. Beispiele des Standes der Technik sind die in der US-PS 4 752 776 und der PCT-Anmeldung WO 85/03 831 beschriebenen Identifikationssysteme sowie die in der deutschen Offenlegungsschrift 3 412 588 offenbarte Datenübertragungseinrichtung.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, das vorstehend genannte Problem zu eliminieren und eine Einrichtung zu schaffen, deren Funktionseigenschaften, beispielsweise Betriebsbereich, Leserichtung oder Größe, in bezug auf die Herstelltechnik wesentlich einfacherer modifiziert werden können als bisher. Daher kann die Einrichtung leichter für unterschiedliche Anwendungszwecke modifiziert werden, und die Standardkonstruktion besitzt einen breiteren Anwendungsbereich. Mit Hilfe der eingangs beschriebenen Einrichtung wird dies dadurch erreicht, daß ein Flußwandler zwischen den Kopplungseinrichtungen in Zuordnung zu mindestens einem Sende-Empfänger angeordnet ist, der eine Primärspule und eine Sekundärspule mit ungleichen Durchmessern aufweist, und daß eine der Spulen des Flußwandlers eng benachbart zu den Kopplungseinrichtungen des Sende- Empfängers angeordnet ist.
Flußwandler sind als solche aus biomagnetischen Messungen bekannt, die mit Magnetometern auf der Basis von SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) durchgeführt werden. Bei diesen Anwendungsfällen findet ein supraleitender Flußwandler Verwendung, um das zu messende biomagnetische Feld von einem Patienten weiter weg zu übertragen, da Messungen, die sehr niedrige Temperaturen erfordern, in enger Nachbarschaft des Patienten nicht durchgeführt werden können.
Die Grundidee der Erfindung besteht darin, den vorstehend erwähnten Flußwandler in einer Datenübertragungseinrichtung des eingangs beschriebenen Typs auf unterschiedliche Weise als bisher zu verwenden, d.h. als Anpassungseinrichtung, um die Kopplung zwischen den Sende-Empfängern effektiver zu machen. Der Flußwandler wird im Übertragungsweg zwischen den Sende-Empfängern derart angeordnet, daß eine Flußwandlerspule entsprechender Größe eng benachbart zu den Kopplungseinrichtungen von mindestens einem der Sende- Empfänger vorgesehen ist. Der Flußwandler überträgt magnetische Energie zwischen den Spulen, um Flußdichten zu erzielen, die für einen richtigen Betrieb der Sende-Empfänger geeignet sind.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung kann der Betriebsbereich der Einrichtung in bezug auf die Herstelltechnik durch eine zusätzliche Konstruktion sehr einfach erhöht werden. Gleichzeitig besitzt die Standardkonstruktion einen breiteren Anwendungsbereich, da der Flußwandler ferner eine einfache Art und Weise zum Anpassen eines Sende- Empfängers einer Standardkonstruktion an Sende-Empfänger unterschiedlicher Typen vorsieht, die möglicherweise am anderen Ende des Übertragungsweges angeordnet sind. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung kann die Einrichtung darüber hinaus auch als Modulkonstruktion ausgebildet sein, da unterschiedliche Flußwandlermodule zwischen Sende-Empfängern einer Standardkonstruktion angeordnet werden können.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Flußwandler in die Umhüllung oder Verpackung eingebaut, die den Gegenstand umgibt, in welchem der Sende- Empfänger angeordnet ist. Für Identifikationszwecke, wenn beispielsweise der Identifikator im zu identifizierenden Gegenstand (beispielsweise einem Werkzeug) angeordnet ist, kann die Lesedistanz einfach erhöht werden, während der Gegenstand selbst nach dem Entfernen der Umhüllung oder Verpackung identifizierbar bleibt.
Nachfolgend wird die Erfindung in größeren Einzelheiten in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen der beigefügten Zeichnungen erläutert. Hiervon zeigen:
Figur 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung;
Figur 2 eine perspektivische Ansicht der Positionierung eines Flußwandlers in Verbindung mit einem Identifikator;
Figur 3 die Anordnung des Flußwandlers in der Umhüllung oder auf der Oberfläche eines zu identifizierenden Gegenstandes;
Figur 4 die Anordnung des Flußwandlers in Verbindung mit einer Lese/Schreib-Einheit; und
Figur 5 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung.
Figur 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Datenübertragungseinrichtung der Erfindung mit einem Sende-Empfänger A und einem Sende-Empfänger B, der in einem vorgegebenen Abstand vom Sende-Empfänger A angeordnet ist. Der Sende-Empfänger A umfaßt eine Spule 1, an die der Sende-Empfänger ein Wechselstromsignal legt, das eine gewünschte Information enthält. Der Sende-Empfänger B umfaßt eine Spule 2, an die das vom Sende-Empfänger A übertragene Signal über die wechselseitige Induktanz der Spulen 1 und 2 gelegt ist. Diese Datenübertragungseinrichtung kann beispielsweise die in der vorstehend erwähnten US-PS 4 752 776 oder der PCT- Anmeldung WO 85/03831 beschriebene Identifikationseinrichtung sein, bei der der Sende-Empfänger A dem Lese/Abfragesender und der Sende-Empfänger B den entsprechenden Transpondern (Antwortsendern) entspricht. In entsprechender Weise kann der Sende-Empfänger A von einem Typ sein, wie er in der vorstehend erwähnten deutschen Offenlegungsschrift 3 412 588 beschrieben ist, und der Sende-Empfänger B kann ein Codeträger eines in dieser Offenlegungsschrift beschriebenen Typs sein. Da die genauere Konstruktion der Sende-Empfänger in vielerlei Hinsicht variieren kann und da dies nicht unter den erfinderischen Gedanken fällt, wird die Konstruktion nicht in weiteren Einzelheiten erläutert, diesbezüglich jedoch auf die vorstehend genannten Veröffentlichungen verwiesen. Bei der Erfindung wird die vorstehend beschriebene Einrichtung des Standes der Technik durch mindestens einen Flußwandler C ergänzt, der in Zuordnung zum Sende-Empfänger B im Ausführungsbeispiel der Figur 1 angeordnet ist. Der Flußwandler C umfaßt eine Spule 3 mit großem Durchmesser, die aus einer einzigen Windung besteht, und eine Spule 4 mit einem kleineren Durchmesser und ist von der Spule 2 galvanisch getrennt und so angeordnet, daß die Spule 4 mit kleinerem Durchmesser im Flußwandler eng benachbart zur Spule 2 des Sende- Empfängers B angeordnet ist. Die Spule 3 mit großem Durchmesser, die aus einer einzigen Windung besteht, sammelt innerhalb des Bereiches ihrer Querfläche die von der Sendespule 1 erzeugte magnetische Energie, und das Feld mit erhöhter Flußdichte wird von der Spule 4 mit kleinem Durchmesser auf die Spule 2 des Sende-Empfängers B übertragen. Wenn daher der Sende-Empfänger B als Sendeteil wirkt, verbreitet die Spule 3 mit großem Durchmesser des Flußwandlers C den Magnetfluß zum Empfang, so daß ein längerer Betriebsbereich erzielt wird.
Die Abmessungen der Spulen 3 und 4 des Flußwandlers C hängen in erster Linie von der Strecke ab, über die das Feld mit Hilfe der größeren Spule übertragen werden soll, und in zweiter Linie von der Konstruktion des Sende-Empfängers, in Verbindung mit dem die kleinere Spule angeordnet wird. Die Form der Spulen kann in Abhängigkeit von den Erfordernissen eines jeden speziellen Anwendungsfalls variieren. Im Vergleich zu einer kreisförmigen Spule kann das Verhältnis der Durchmesser der Spule des Flußwandlers von 1:2 bis 1:100 reichen und typischerweise in einer Größenordnung von 1:10 liegen. Die Zahl der Windungen der Spule mit größerem Durchmesser muß nicht unbedingt 1 sein, wie vorstehend beschrieben, sondern es können auch einige Windungen, beispielsweise 2 bis 5, vorhanden sein. Wenn die Spule mit größerem Durchmesser aus einer einzigen Windung besteht, besteht die kleinere Spule üblicherweise aus zwei bis vier Windungen. Die vom Flußwandler übertragene Energie erreicht ein Maximum, wenn die Induktanz der kleineren Spule 4 der Induktanz der größeren Spule 3 entspricht, wobei die Zahl der Windungen der kleinen Spule der Zahl der Windungen der größeren Spule multipliziert mit der Quadratwurzel des Verhältnisses der Radien der Spulen entspricht. Eine optimale Energieübertragung wird erreicht, wenn der Durchmesser der Spule 1 dem Durchmesser der Spule 3 und der Durchmesser der Spule 4 dem Durchmesser der Spule 2 entspricht.
Figur 2 zeigt den Einsatz des Flußwandlers der Erfindung, wenn der Sende-Empfänger B ein Identifikator ist, der in der Identifikationstechnik verwendet wird und bei dem elektrische Teile in einer Schutzkapsel 5 aufgenommen sind. Der Flußwandler C ist derart an der Seite der Schutzkapsel, deren Durchmesser typischerweise 1 bis 2 cm beträgt, angeordnet, daß die Schutzkapsel 5 eng benachbart zur kleineren Spule 4 entweder in engem Kontakt mit dieser oder innerhalb davon vorgesehen ist.
Figur 3 zeigt die Anordnung des Flußwandlers in einem zu identifizierenden Gegenstand 6, insbesondere innerhalb einer Umhüllung oder Verpackung 7 desselben, die um dessen Oberfläche angeordnet ist. Ein Identifikator 8 des in Figur 2 gezeigten Typs ist innerhalb des zu identifizierenden Gegenstandes angeordnet, und ein oder mehrere Fluß wandler C befinden sich innerhalb der Umhüllung 7, die den Gegenstand umgibt. Wenn diverse Flußwandler Verwendung finden, ist die Spule 3 mit größerem Durchmesser in jedem Flußwandler auf unterschiedlichen Seiten des Gegenstandes angeordnet, wie in der Figur dargestellt, während die Spule 4 mit kleinerem Durchmesser in Verbindung mit dem Identifikator 8 angeordnet ist, wie vorstehend beschrieben. Wie bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 kann die kleinere Spule 3 sämtlichen Flußwandlern C gemeinsam sein. Zwei oder mehr Flußwandler C ermöglichen den Empfang des Magnetfeldes in unterschiedlichen Richtungen, so daß die Orientierung oder Lage des Gegenstandes die Identifikation nicht einschränkt. Die Flußwandler können zusammen mit der Umhüllung 7 vom Gegenstand entfernt werden, wobei der Gegenstand 6 jedoch noch identifizierbar ist, da der Identifikator 8 in Position bleibt. In Abhängigkeit vom Anwendungsfall kann der Flußwandler auch direkt auf der Oberfläche des Gegenstandes installiert oder an einem Klebestreifen befestigt werden, der mit der Oberfläche des Gegenstandes 6 oder der Umhüllung 7 verklebt ist-. Eine bevorzugte Ausführungsform der Lösung der Figur 2 besteht darin, eine Papierrolle (deren Durchmesser und Höhe sogar einige Meter betragen kann) zu markieren, indem ein Flußwandler in die die Rolle umgebende Umhüllung oder in das Endstück der Rolle eingearbeitet wird, während der Identifikator im Kern der Rolle angeordnet wird. Auf diese Weise kann mit niedrigen Kosten eine lange Lesedistanz erreicht werden, und die Identifizierbarkeit der Papierrolle im Lagerraum einer Zeitschriftendruckerei wird selbst nach Entfernung der Umhüllung aufrechterhalten, da der begleitende Speicher im Kern verbleibt.
Figur 4 zeigt die Anordnung des Flußwandlers im Sende- Empfänger B, der in diesem speziellen Fall als Lese/Schreib-Einheit neben einem Förderband 9 wirkt. In Abhängigkeit von jedem speziellen Anwendungsfall kann die größere Spule 3 des Flußwandlers als separat ausgebildete Einheit vorgesehen sein oder einen Teil einer vorhandenen Konstruktion, beispielsweise einer Lagerkonstruktion des Förderers, bilden, oder es kann sich hierbei um Sicherheitsschienen oder eine andere entsprechende Umhüllungskonstruktion handeln.
Obwohl die kleine Spule des Flußwandlers bei sämtlichen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen eng benachbart zur Spule des Sende-Empfängers angeordnet ist, ist das Prinzip der Erfindung auch für Fälle geeignet, bei denen die große Spule eng benachbart zur Spule des Sende- Empfängers angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Spule des Sende-Empfängers mit Hilfe des Flußwandlers miniaturisiert werden. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Konstruktion ist der in Figur 5 gezeigte Sende-Empfänger A, bei dem die Spule 1 miniaturisiert wurde, indem die große Spule 3 des Flußwandlers, deren Größe der der Spule 1 des Sende-Empfängers eng benachbart zur Spule 1 entspricht, eng benachbart zur Spule 1 angeordnet wurde, während die kleine Spule 4 in einem größeren Abstand vom Sende-Empfänger A angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Leseeinheit beispielsweise sogar eine Ablesung durch ein kleines Loch durchführen oder ein Standardidentifikator kann beispielsweise mit Hilfe des Flußwandlers geschützt werden.
Der Flußwandler der Erfindung kann auf diverse Art und Weisen hergestellt werden. Die Drahtschlaufen können beispielsweise aus Kupferdraht oder Metallfolie geformt werden. Sie können auch durch normale elektronische Leitermustertechniken (Growing, Ätzen, Siebdruck) auf Schaltplatten oder anderen geeigneten Substraten hergestellt werden. Wie vorstehend beschrieben, kann ein Teil des Flußwandlers auch mit Hilfe von Konstruktionen realisiert werden, die bereits am Anwendungspunkt vorhanden sind (beispielsweise ein Metallrahmen). Eine für die Serienproduktionsverfahren von heute sehr geeignete Lösung besteht darin, einen über die Schaltplattentechnik hergestellten Flußwandlermodul beispielsweise mit einem Sende-Empfänger einer Standardkonstruktion zu kombinieren. Auf diese Weise kann die Einrichtung in vielen Anwendungsbereichen eingesetzt werden, indem lediglich der Flußwandlermodul ausgetauscht wird.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel der beigefügten Zeichnungen beschrieben wurde, versteht es sich, daß sie hierauf nicht beschränkt ist, sondern auf verschiedene Weise innerhalb des in den beigefügten Patentansprüchen offenbarten erfinderischen Konzeptes modifiziert werden kann. Obwohl der Flußwandler nur am Ende des Übertragungsweges angeordnet ist, kann er auch an beiden Sende-Empfängern befestigt werden. Im Prinzip kann es möglich sein, den Flußwandler in einer Einrichtung zu verwenden, bei der die Kopplungseinrichtungen keine Spulen sind, wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, sondern Antennen.

Claims

1. Datenübertragungseinrichtung mit

- einem ersten Sende-Empfänger (A) mit ersten Einrichtungen zur Erzeugung von Wechselstrom;

- einem zweiten Sende-Empfänger (B) mit zweiten Einrichtungen zur Erzeugung von Wechselstrom, der vom ersten Sende-Empfänger (A) entfernt angeordnet ist; und

- Kopplungseinrichtungen (1, 2), die im ersten und zweiten Sende-Empfänger (A, B) angeordnet sind und die Sende-Empfänger über wechselseitige Induktanz zur Übertragung von Daten zwischen den Sende-Empfängern (A, B) miteinander verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flußwandler (C) zwischen den Kopplungseinrichtungen (1, 2) in Zuordnung zu mindestens einem Sende-Empfänger (A, B) angeordnet ist, der eine Primärspule und eine Sekundärspule (3, 4) mit ungleichen Durchmessern aufweist, und daß eine der Spulen (3; 4) des Flußwandlers (C) eng benachbart zu den Kopplungseinrichtungen (1; 2) des Sende-Empfängers (A; B) angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Kopplungseinrichtungen durch Spulen (1, 2) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Sendespule (1) des sendenden Sende-Empfängers (A) oder der größeren Spule (3) des in Zuordnung damit vorgesehenen Flußwandlers in der gleichen Größenordnung liegt wie die Größe der größeren Spule (3) des in Verbindung mit dem empfangenden Sende-Empfänger (B) vorgesehenen Flußwandlers

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (3) mit größerem Durchmesser im Flußwandler (C) 1 bis 5 Windungen aufweist.

4. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Durchmesser der Spulen (3, 4) des Flußwandlers (C) zwischen 1:2 und 1:100 liegt.

5. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flußwandler (C) in einen Gegenstand, in dem eine Sende-Empfänger (B) angeordnet ist, oder in die den Gegenstand (6) umgebende Umhüllung oder Verpackung (7) eingebaut ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Flußwandlern (C) derart in den Gegenstand, dessen Umhüllung oder Verpackung (7) eingebaut ist, daß die Spulen (3) mit größerem Durchmesser der Flußwandler auf unterschiedlichen Seiten des Gegenstandes (6) angeordnet sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flußwandler (C) in einer Metallstruktur angeordnet ist, die eng benachbart zum Sende-Empfänger (B) angeordnet ist.