ES2859780T3 - Sensores de proximidad - Google Patents

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Abstract

Una etiqueta de monitorización (10) adaptada para ser asegurada alrededor del apéndice de un individuo, comprendiendo la etiqueta de monitorización (10): una antena primaria (12) para transmitir y/o recibir una señal electromagnética principal; y un sensor de proximidad (1) que comprende: un oscilador (2); una antena secundaria (8) adaptada para transmitir y recibir señales electromagnéticas para detección de proximidad, estando ubicada la antena secundaria (8) adyacente a la antena primaria (12); un detector (20, 22); y un acoplador direccional (4) que tiene un primer puerto (6a) y un segundo puerto (6b) conectados entre sí por una línea principal y un tercer puerto (6c) y un cuarto puerto conectados entre sí por una línea acoplada, el primer puerto (6a) se conecta al oscilador (2), el segundo puerto (6b) se conecta a la antena secundaria (8), y el tercer puerto (6c) se conecta al detector (20, 22) y actúa como puerto aislado del acoplador direccional (4) cuando se suministra una señal de transmisión desde el oscilador (2) a la antena secundaria (8) a lo largo de la línea principal y como puerto acoplado cuando se suministra una señal de recepción desde la antena secundaria (8) al oscilador (2) a lo largo de la línea principal; en donde el oscilador (2) se controla para proporcionar una señal de transmisión a la antena secundaria (8) a lo largo de la línea principal del acoplador direccional (4) al detectar que la señal electromagnética principal no está siendo transmitida y/o recibida por la antena primaria (12); y en donde el detector (20, 22) se adapta para proporcionar una alerta que indique la presencia de un objeto bloqueante muy cerca de la antena secundaria (8) si la magnitud de la potencia de la señal de transmisión que se refleja de regreso a la antena secundaria (8) en forma de señal de recepción supera un umbral.

Description

DESCRIPCIÓN
Sensores de proximidad
Campo técnico
La presente invención se refiere a etiquetas de monitorización que comprenden sensores de proximidad y, en particular, sensores de proximidad que pueden usarse para detectar la proximidad cercana de un objeto que podría usarse para bloquear una señal electromagnética.
El sensor de proximidad se diseña para incorporarse en una etiqueta de monitorización que podría asegurarse alrededor del apéndice de un individuo, por ejemplo. Las etiquetas de monitorización pueden incluir un medio de detección de ubicación para detectar si el individuo se ha movido fuera de un área designada dentro de la que se pueden intercambiar señales electromagnéticas (por ejemplo, radiofrecuencia o RF) entre la etiqueta de monitorización y una unidad base. Las etiquetas de monitorización también pueden incluir un dispositivo de sistema de posicionamiento global (GPS) que usa señales electromagnéticas (por ejemplo, señales de GPS) para determinar la ubicación del individuo y rastrear y registrar su movimiento. El sensor de proximidad también puede diseñarse para incorporarse en un dispositivo de rastreo portátil que es llevado o usado por el individuo y que recibe señales de RF de una etiqueta de monitorización separada que se asegura al individuo. El dispositivo de rastreo portátil normalmente incluirá un dispositivo GPS que usa señales de GPS para determinar la ubicación del individuo y rastrear y registrar su movimiento. Como tal, las etiquetas y/o dispositivos de rastreo portátiles pueden ser llevados por pacientes del hospital, ancianos, niños o delincuentes y pueden dar una alarma o notificar a una persona autorizada si se mudan dentro o fuera de un área designada.
Es posible bloquear deliberadamente las señales electromagnéticas colocando un objeto como una lámina de metal, por ejemplo, alrededor de la carcasa de la etiqueta de monitorización o el dispositivo de rastreo GPS portátil. Por lo tanto, existe la necesidad de un sensor de proximidad para determinar si las señales electromagnéticas están siendo bloqueadas deliberadamente en un intento de incapacitar o inhabilitar la etiqueta de monitorización o el dispositivo de rastreo GPS portátil.
El documento US 2004/0229560 A1 divulga un sistema de rastreo y monitorización de activos humanos, en donde los empleados reciben etiquetas de rastreo de RF.
El documento US 2003/0179098 divulga una antena de sensor de detección de manipulación y el documento US 3174148 divulga un sistema de medición de proximidad.
Compendio de la invención
La presente invención proporciona una etiqueta de monitorización según la reivindicación 1.
Cuando no hay ningún objeto bloqueante en la proximidad de la etiqueta de monitorización, entonces la señal de transmisión que se proporciona desde el oscilador a la antena a través del acoplador direccional se radiará, aproximadamente omnidireccionalmente, hacia el espacio libre. Sin embargo, si un objeto bloqueante, como una lámina de metal, por ejemplo, se coloca muy cerca de la antena, una proporción significativa de la potencia radiada de la señal de transmisión se reflejará de regreso a la antena y sobre tercer puerto (puerto acoplado) del acoplador direccional. Por tanto, la pérdida de retorno de la antena se utiliza eficazmente como medio para detectar la presencia o ausencia de un objeto bloqueante.
En el caso de que el sensor de proximidad se incorpore en un dispositivo como una etiqueta de monitorización o un dispositivo de rastreo portátil, por ejemplo, que pueda llevarse o usarse cerca del cuerpo de un individuo, entonces se apreciará fácilmente que el cuerpo puede producir reflejos no deseados de la señal de transmisión de regreso a la antena incluso cuando no hay ningún objeto bloqueante presente. Si se detectan tales reflejos, pueden dar lugar a alertas de falsos positivos. Por lo tanto, el sensor de proximidad se diseña preferiblemente para proporcionar una alerta solo si en las proximidades del dispositivo se detecta que un objeto que podría usarse para bloquear la transmisión y/o recepción de la señal electromagnética principal se encuentra. El posicionamiento de la antena dentro del dispositivo puede ser un factor importante para minimizar los reflejos desde el cuerpo. Por ejemplo, la antena puede colocarse de manera que esté separada del cuerpo cuando el dispositivo esté en uso. Espaciar la antena aproximadamente a un cuarto de longitud de onda (o una parte significativa de la misma) de la señal de transmisión lejos del cuerpo puede tener el efecto de minimizar la proporción de la potencia radiada de la señal de transmisión que es reflejada de regreso a la antena por el cuerpo del individuo. El umbral de detector o cualquier otra característica estructural u operativa del sensor de proximidad o su dispositivo asociado se pueden seleccionar para permitir que el sensor de proximidad distinga adecuadamente entre los reflejos desde el cuerpo y los de un objeto bloqueante.
La magnitud de la potencia reflejada es monitorizada por el detector que se conecta al tercer puerto del acoplador direccional. Si la magnitud de la potencia reflejada supera un umbral establecido, entonces el detector proporcionará una alerta. La alerta puede adoptar cualquier forma adecuada, incluida una alerta audible o visual, el establecimiento de una bandera de alerta o la transmisión de una señal de alerta a una unidad base o centro de control, por ejemplo. La transmisión de la señal de alerta puede retrasarse hasta que se determine que se ha retirado el objeto bloqueante.
El oscilador se puede configurar para suministrar una señal de transmisión continua o pulsada a la antena. Para minimizar los problemas de deriva de temperatura que suelen estar presentes en los detectores de RF convencionales y mejorar la sensibilidad de detección, el detector se puede configurar para recibir una señal de recepción pulsada. El oscilador se puede activar/desactivar de modo que la señal de recepción que se acopla al detector sea una señal pulsada.
El detector puede incluir un diodo detector que convierte la potencia de la señal de recepción continua o pulsada en una tensión de CC o CA. El detector también puede incluir un circuito disparador Schmitt que monitoriza la tensión proporcionada por el diodo detector y proporciona una alerta si la tensión excede un umbral establecido. El umbral puede ser fijo o variable y puede establecerse con respecto al diseño del sensor de proximidad y sus parámetros de funcionamiento previstos.
El sensor de proximidad utiliza preferiblemente componentes de radiofrecuencia o RF.
El sensor de proximidad se puede configurar de modo que el oscilador se controle para proporcionar una señal de transmisión continua o pulsada de forma continua o a intervalos temporizados, por ejemplo. Sin embargo, el oscilador normalmente se apagará o se colocará en modo de espera y luego se controlará para proporcionar una señal de transmisión a la antena cuando se detecte que la señal electromagnética principal no se está transmitiendo o recibiendo correctamente. En otras palabras, el sensor de proximidad se puede activar únicamente una vez que se ha realizado una detección preliminar de que la señal electromagnética principal no se está transmitiendo o recibiendo correctamente. Esa detección preliminar puede llevarse a cabo mediante cualquier circuito de detección asociado. Por lo tanto, el sensor de proximidad se utiliza para comprobar si la señal electromagnética principal no se está transmitiendo o recibiendo correctamente porque se está bloqueando deliberadamente debido a la proximidad de un objeto bloqueante, como una lámina de metal, por ejemplo, o por alguna otra razón.
Una vez que el sensor de proximidad se ha encendido, puede continuar funcionando y proporcionar una señal de transmisión continua o pulsada de forma continua o en intervalos temporizados hasta que el sensor de proximidad detecta que el objeto bloqueante ya no está presente (por ejemplo, hasta que la magnitud de la potencia reflejada en el tercer puerto del acoplador direccional cae por debajo de un umbral establecido). El sensor de proximidad también puede apagarse o colocarse en modo de espera después de que haya transcurrido una cantidad de tiempo predeterminada o si el circuito de detección asociado detecta que la señal electromagnética principal se está transmitiendo o recibiendo de nuevo correctamente, por ejemplo.
El sensor de proximidad se incorpora en una etiqueta de monitorización o un dispositivo de rastreo portátil que comprende una antena primaria para transmitir y/o recibir una señal electromagnética principal (por ejemplo, una señal de GPS). En este caso, la antena del sensor de proximidad se ubica sustancialmente adyacente a la antena primaria de la etiqueta de monitorización o dispositivo de rastreo portátil. La alerta proporcionada por el sensor de proximidad puede proporcionarse a la unidad de control de la etiqueta de monitorización o dispositivo de rastreo portátil y usarse para cualquier propósito adecuado. Por ejemplo, el detector puede hacer que se establezca una bandera de alerta dentro de la unidad de control de la etiqueta de monitorización o del dispositivo de rastreo portátil.
Dibujos
La figura 1 es un diagrama esquemático que muestra un sensor de lámina según la presente invención; y
La figura 2 es un diagrama esquemático que muestra un detector.
Se describirá un sensor de lámina 1 según la presente invención con referencia a las figuras 1 y 2. Para ayudar a la integración, el sensor de lámina 1 es preferiblemente pequeño, de bajo coste y utiliza tecnología de montaje en superficie. Una frecuencia operativa preferida para el sensor de lámina es 2,45 GHz porque esta es una banda ISM popular y los componentes de RF adecuados están fácilmente disponibles de proveedores comerciales.
El sensor de lámina 1 incluye un oscilador de RF de baja potencia 2. Un acoplador direccional de RF 4 tiene un primer puerto 6a y un segundo puerto 6b. Un tercer puerto 6c funciona como puerto aislado o como puerto acoplado dependiendo de la dirección del flujo de potencia de RF a través del acoplador direccional 4. Esto se explicará con más detalle a continuación.
El primer puerto 6a se conecta al oscilador 2 mediante una línea de transmisión de 50 Q.
El segundo puerto 6b se conecta a una antena corta 8 tal como una antena corta impresa de cuarto de onda.
El sensor de lámina 1 se incorpora en un dispositivo 10 tal como una etiqueta de monitorización (por ejemplo, una etiqueta de delincuente) que se lleva cerca del cuerpo de un individuo, o un dispositivo de rastreo portátil. El dispositivo 10 incluye una antena GPS 12 para recibir las señales GPS que permiten que la etiqueta de monitorización o el dispositivo de rastreo portátil rastreen su ubicación. La antena corta 8 se coloca adyacente a la antena GPS 12 dentro de una carcasa 14 del dispositivo. En algunas disposiciones, la antena corta 8 se puede omitir por completo y el segundo puerto 6b se conecta a la antena GPS 12 en su lugar. El sensor de lámina 1 normalmente estará apagado o en modo de espera (por ejemplo, un modo de baja corriente quiescente) para minimizar la carga de la batería. Cuando se pierden las señales de GPS, el sensor de lámina 1 se enciende para determinar si las señales de GPS se están bloqueando deliberadamente. Sin embargo, el sensor de lámina 1 también puede configurarse para funcionar de forma continua o en intervalos de tiempo.
Para minimizar la carga de la batería, la potencia elegida para el oscilador 2 es de alrededor de 1 mW.
Cuando se ha encendido el sensor de lámina 1, el oscilador 2 proporciona una señal de transmisión a la antena corta 8 (o la antena GPS 12) y esta pasa a lo largo de una línea principal del acoplador direccional 4 que conecta el primer puerto 6a con el segundo puerto 6b. La señal de trasmisión puede ser continua o pulsada. A la frecuencia operativa del sensor de lámina, la coincidencia de la antena corta 8 es típicamente mejor que -15 dB, por lo que muy poca potencia de RF se refleja de regreso al acoplador direccional 4.
Si las señales de GPS se pierden inesperadamente, existe la posibilidad de que una lámina de metal 16, p. ej. papel de aluminio, se haya envuelto alrededor de la carcasa 12 de la etiqueta de monitorización o del dispositivo de rastreo portátil. Para probar esto, el sensor de lámina 1 es encendido por el circuito de control 18 de la etiqueta de monitorización o del dispositivo de rastreo portátil y se suministra una señal de transmisión a la antena corta 8 desde el oscilador 2. La potencia de RF es radiada por la antena corta 8. Si hay una lámina de metal muy cerca de la antena corta 8, se producirá un cortocircuito de RF en la antena corta. En la práctica, la presencia de la lámina metálica 16 cambia la pérdida de retorno de la antena corta 8 desde mejor que -15 dB a peor que -3 dB. El cortocircuito refleja la potencia de RF de regreso a la antena corta 8 en forma de una señal de recepción y a lo largo de la línea principal del acoplador direccional 4. Se apreciará fácilmente que la señal de recepción es efectivamente la parte de la señal de transmisión que ha sido reflejada de regreso a la antena corta 8 por la lámina metálica 16.
Una proporción de la potencia de RF reflejada que pasa a lo largo de la línea principal desde el segundo puerto 6b al primer puerto 6a se acopla al tercer puerto 6c que está funcionando como puerto acoplado. Un cuarto puerto (no mostrado) en este caso funciona como puerto aislado y típicamente tiene un aislamiento mejor que -30 dB y termina en una carga de 50 Q. (Se apreciará que cuando la señal de transmisión pasa a lo largo de la línea principal del acoplador direccional 4 desde el oscilador 2 a la antena corta 8, entonces el tercer puerto 6c funciona como puerto aislado).
El tercer puerto 6c se conecta a un diodo detector de RF 20 que se muestra en la Figura 2. El diodo detector 20 convierte la potencia de RF acoplada en el tercer puerto 6c en una tensión de CC o CA que es proporcional a la potencia de RF acoplada. Esta tensión es monitorizada por un circuito disparador Schmitt 22 cuya salida cambia de estado para proporcionar una alerta en forma de bandera de detección de lámina si la tensión excede un umbral establecido.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Una etiqueta de monitorización (10) adaptada para ser asegurada alrededor del apéndice de un individuo, comprendiendo la etiqueta de monitorización (10):
una antena primaria (12) para transmitir y/o recibir una señal electromagnética principal; y
un sensor de proximidad (1) que comprende:
un oscilador (2);
una antena secundaria (8) adaptada para transmitir y recibir señales electromagnéticas para detección de proximidad, estando ubicada la antena secundaria (8) adyacente a la antena primaria (12);
un detector (20, 22); y
un acoplador direccional (4) que tiene un primer puerto (6a) y un segundo puerto (6b) conectados entre sí por una línea principal y un tercer puerto (6c) y un cuarto puerto conectados entre sí por una línea acoplada, el primer puerto (6a) se conecta al oscilador (2), el segundo puerto (6b) se conecta a la antena secundaria (8), y el tercer puerto (6c) se conecta al detector (20, 22) y actúa como puerto aislado del acoplador direccional (4) cuando se suministra una señal de transmisión desde el oscilador (2) a la antena secundaria (8) a lo largo de la línea principal y como puerto acoplado cuando se suministra una señal de recepción desde la antena secundaria (8) al oscilador (2) a lo largo de la línea principal;
en donde el oscilador (2) se controla para proporcionar una señal de transmisión a la antena secundaria (8) a lo largo de la línea principal del acoplador direccional (4) al detectar que la señal electromagnética principal no está siendo transmitida y/o recibida por la antena primaria (12); y
en donde el detector (20, 22) se adapta para proporcionar una alerta que indique la presencia de un objeto bloqueante muy cerca de la antena secundaria (8) si la magnitud de la potencia de la señal de transmisión que se refleja de regreso a la antena secundaria (8) en forma de señal de recepción supera un umbral.
2. Una etiqueta de monitorización (10) según la reivindicación 1, en donde el detector incluye un diodo detector (20) que convierte la potencia de la señal de recepción en una tensión de CC o CA.
3. Una etiqueta de monitorización (10) según la reivindicación 2, en donde el detector incluye un circuito disparador Schmitt (22) que monitoriza la tensión proporcionado por el diodo detector (20) y proporciona una alerta si la tensión supera un umbral establecido.
4. Una etiqueta de monitorización (10) según cualquier reivindicación anterior, en donde la señal de transmisión es una señal de transmisión continua.
5. Una etiqueta de monitorización (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la señal de transmisión es una señal de transmisión pulsada.
6. Una etiqueta de monitorización (10) según cualquier reivindicación anterior, en donde la antena secundaria (8) se coloca dentro de una carcasa (14) de la etiqueta de monitorización (10) de manera que, cuando la etiqueta de monitorización (10) se asegura alrededor del apéndice del individuo en uso, la antena secundaria (8) está separada del apéndice por una distancia que es aproximadamente igual a un cuarto de longitud de onda de la señal de transmisión.
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