(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
読取り装置アンテナを備える第１の層と、
無線周波数エレクトロニクス及び中間周波数エレクトロニクスを備える第２の層と、
デジタルダイレクトシンセサイザ、参照アナログデジタル変換器、サンプルアナログデジタル変換器及びデジタル信号プロセッサを備える第３の層と
を備え、これらの層がハウジング内に配置される携帯型インピーダンス読取り装置。
【請求項２】
主発振器、干渉性クロック発生回路又は主発振器と干渉性クロック発生回路の両方を備える同期サンプラをさらに備えている、請求項１記載の携帯型インピーダンス読取り装置。
【請求項３】
前記同期サンプラが、主発振器及び干渉性クロック発生回路と通信しているデジタルダイレクトシンセサイザを備える、請求項２記載の携帯型インピーダンス読取り装置。
【請求項４】
前記デジタルダイレクトシンセサイザが読取り装置アンテナと通信している、請求項３記載の携帯型インピーダンス読取り装置。
【請求項５】
前記デジタル信号プロセッサが１以上のアナログデジタル変換器を備える、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の携帯型インピーダンス読取り装置。
【請求項６】
前記デジタル信号プロセッサが、参照アナログデジタル変換器及びサンプルアナログデジタル変換器を備える、請求項５記載の携帯型インピーダンス読取り装置。
【請求項７】
当該インピーダンス読取り装置が共振センサに誘導結合される、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の携帯型インピーダンス読取り装置。
【請求項８】
当該インピーダンス読取り装置が、センサの実インピーダンススペクトル及び虚インピーダンススペクトルを読み取り、単一のセンサからの複素インピーダンスの実部の最大値の周波数（Ｆｐ、共振ピーク位置）、ゼロリアクタンス周波数（Ｆｚ、インピーダンスの虚部がゼロである周波数）、複素インピーダンスの虚部の共振周波数（Ｆ１）、複素インピーダンスの虚部の反共振周波数（Ｆ２）、複素インピーダンスの実部の大きさ（Ｚｐ、ピーク高さ）、複素インピーダンスの虚部の共振周波数（Ｆ１）における信号の大きさ（Ｚ１）、及び複素インピーダンスの虚部の反共振周波数（Ｆ２）における信号の大きさ（Ｚ２）を同時に計算する、請求項７記載の携帯型インピーダンス読取り装置。
【請求項９】
温度補償器をさらに備えていて、温度補償器がインピーダンス補償器と一体である、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の携帯型インピーダンス読取り装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載のインピーダンス読取り装置を備える無線システム。
【請求項１１】
ポータブルコンピュータプロセッサ、携帯情報端末、携帯電話又はそれらの組み合わせを含むポータブルデジタルデバイスをさらに備える、請求項１０記載の無線システム。
【請求項１２】
ポータブルデジタルデバイスが近距離通信可能である、請求項１１記載の無線システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、共振センサに関し、より詳細には、共振センサ向けのインピーダンス読取り装置及びかかるインピーダンス読取り装置の作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＲＦＩＤ読取り装置はＲＦＩＤタグからデジタルデータを得るために使用される。デジタルデータとしては、例えば、タグのデジタル識別、或いはＲＦＩＤタグのメモリチップに書込み及び／又は格納された他の任意の情報を挙げることができる。ＲＦＩＤタグは、異なる時に異なる相対送信電力レベルで電磁信号を送信する。ＲＦＩＤ読取り装置が受信した信号は、受信信号の相対送信電力レベルと組み合わせて、ＲＦＩＤタグの位置を探索し、ＲＦＩＤタグから（例えば、ＲＦＩＤタグのメモリチップ又は背面反射板構造から）デジタル識別情報を読み取るのに用いられる。
【０００３】
共振センサは、サンプル中の物理的、化学的及び生物学的構成物質を感知するのに使用される。共振センサの例としては、ＲＦＩＤセンサ又はＬＣＲセンサ（Ｌはインダクタを表し、Ｃはコンデンサを表し、Ｒは抵抗器を表す）を挙げることができる。共振センサは、コスト効率が良く、構成要素又はシステムの物理的、化学的、若しくは生物学的構成物質を測定するのに構成要素又はシステムに組み込むのが簡単である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的には、ＬＣＲセンサ若しくはＲＦＩＤセンサなどの共振センサからのアナログデータ又はセンサデータは、インピーダンス読取り装置を使用して読み取られる。一般的には、パッシブＲＦＩＤタグはアクティブＲＦＩＤタグに比べてコスト効率が良いため、パッシブＲＦＩＤを使用してＲＦＩＤセンサが作成される。しかし、パッシブタグでは、読取り範囲は、周波数、読取り装置の出力電力、アンテナ設計及びＲＦＩＤタグへの給電方法によって影響される。ラボ環境では、ライン電力を必要とする嵩高なデスクトップ型のラボ用読取り装置システムが用いられて、共振センサの適用可能性がラボ環境に限定される。従って、かかる共振センサの適用が読取り装置の利用可能性によって制限される。具体的には、現場環境で、即ちラボ環境外の場所で読取り装置を提供するのが困難なことがある。
【０００５】
従って、共振センサ向けの携帯型インピーダンス読取り装置を有することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態では、携帯型インピーダンス読取り装置が提供される。インピーダンス読取り装置は、読取り装置アンテナ、インピーダンス補償器、校正器、同期サンプラ及び同期サンプラから信号を受信し処理するデジタルプロセッサを備える。
【０００７】
別の実施形態では、本発明のインピーダンス読取り装置を備える無線システムが提供される。
【０００８】
さらに別の実施形態では、携帯型インピーダンス読取り装置が提供される。インピーダンス読取り装置は、読取り装置アンテナを備える第１の層、無線周波数エレクトロニクス及び中間周波数エレクトロニクスを備える第２の層、並びにデジタルダイレクトシンセサイザ、参照アナログデジタル変換器、サンプルアナログデジタル変換器及びデジタル信号プロセッサを備える第３の層を備え、それらの層はハウジング内に配置される。
【０００９】
別の実施形態では、環境中の化学的、生物学的又は物理的パラメータの１以上を定量化する方法が提供される。方法は、携帯型インピーダンス読取り装置を使用して、共振振動数にわたるＬＣＲセンサの周波数依存インピーダンス応答を測定すること、ＬＣＲセンサからの２以上の一変量応答を同時に計算すること、ＬＣＲセンサからの２以上の一変量応答の多変量解析を使用して解析すること及び、多変量解析の結果を格納された校正値に相関させて、パラメータレベルに対する測定センサ応答の定量値を提供することを含む。
【００１０】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むことでより十分に理解されるであろう。図面全体を通して、同様の符号は同様の部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】共振センサの共振インピーダンスを測定するための携帯型インピーダンス読取り装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の共振センサの一実施形態における同時に測定されたインピーダンスパラメータを示すグラフである。
【図３】共振センサ向けの携帯型インピーダンス読取り装置の一例を示す斜視図である。
【図４】リジッドフレックスダブル回路基板（rigid-flex double circuit board）上の表面実装構成要素を用いる携帯型インピーダンス読取り装置の一例を示す斜視図である。
【図５】携帯型インピーダンス読取り装置の構成要素を電子パッケージするためのグロブトップ法の一例を示す斜視図である。
【図６】図６Ａ及び６Ｂは、雑音レベルを最小限に抑えるデータ取得条件を決定する方法の一例を示すグラフであり、図６Ａは測定されたＺｐ、図６Ｂは測定されたＦｐを示すグラフである。
【図７】スキャンごとのデータポイント数及び平均スキャン数を最適化することによって、少なくとも部分的に、インピーダンス読取り装置の一実施形態の雑音を改善する例を示すグラフである。
【図８】図８Ａ及び８Ｂは、３つのタイプの蒸気、即ち水、メタノール及びエタノールを判別する単一のセンサによる測定を実施するのに使用した、本発明の携帯型インピーダンス読取り装置の動作例を示すグラフであり、図８Ａは、Ｆｐ、Ｆｚ、Ｆ１及びＦ２の同時測定、図８Ｂは、Ｚｐ、Ｚ１及びＺ２の同時測定を示す図である。
【図９】図９Ａ及び９Ｂは、３つのタイプの蒸気、即ち水、メタノール及びエタノールを判別する単一のセンサによる測定を実施するのに使用した、携帯型インピーダンス読取り装置の一実施形態における主成分解析の一実施例によるスコアプロットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書に開示する実施形態は、共振センサを使用した物理的、化学的及び／又は生物学的検出のための携帯型デバイスに関する。特定の実施形態では、携帯型インピーダンス読取り装置を使用して、共振センサに対応する感知データを得るために共振センサからアナログ信号を収集する。インピーダンス読取り装置は、共振センサの共振センサ回路のインピーダンススペクトルを測定する。一例では、携帯型インピーダンス読取り装置は手持ち型デバイスである。
【００１３】
本明細書で使用するとき、「共振センサ」という用語は、インダクタ（Ｌ）、コンデンサ（Ｃ）及び抵抗器（Ｒ）構成要素を含む等価回路を有するセンサを意味する。Ｌ、Ｃ及びＲ構成要素は協調して、所与の周波数で共振する共振回路をもたらす。共振回路の共振スペクトルは、回路のＬ、Ｃ及びＲ構成要素の変化によって影響される。
【００１４】
一例では、共振センサはＲＦＩＤセンサであってもよい。ＲＦＩＤセンサはメモリチップを備えてもよい。メモリチップは、必要な場合にデータを格納し検索するのに使用されてもよい。データは、ＲＦＩＤセンサのデジタルＩＤ又はＲＦＩＤセンサの他の任意の情報も含んでもよい。メモリチップは、集積回路（ＩＣ）チップなどの読取り書込みチップであってもよい。或いは、メモリチップは、音響波デバイスチップなどの読出し専用チップであってもよい。
【００１５】
共振センサは、様々な物理的、化学的及び／又は生物学的パラメータを測定するのに使用されてもよい。センサは、無線共振センサ又は有線共振センサであってもよい。携帯型インピーダンス読取り装置は、読取り装置アンテナを通して共振センサと動作可能に関連している。無線共振センサは、携帯型インピーダンス読取り装置に無線で連結されてもよい。有線共振センサは、携帯型インピーダンス読取り装置又はセンサシステムの他の構成要素にワイヤを使用して電気的に連結されてもよい。センサが無線センサである実施形態では、インピーダンス読取り装置は読取り装置アンテナと通信していてもよい。センサが有線センサである実施形態では、インピーダンス読取り装置はセンサと通信していてもよい。一実施形態では、携帯型インピーダンス読取り装置は、リアルタイムで及び／又は継続的な形でモニタを行う。
【００１６】
異なる２つの方策が感知に使用されてもよい。１つの方策では、センサのインピーダンス応答を変更するため、感知材料が読取り装置アンテナに配置されてもよい。別の方策では、補足のセンサがアンテナ及び随意のメモリチップを横切って取り付けられてもよい。補足のセンサは、センサのインピーダンス応答を変更するのに使用されてもよい。かかるセンサの例は、「Methods and systems for calibration of RFID sensors」と題する米国特許出願第１２／１１８，９５０号に記載されており、その開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす。
【００１７】
感知材料が読取り装置アンテナに配置される実施形態では、感知材料のいかなる変化もセンサ応答に影響することがある。一実施形態では、アンテナは、部分的には、環境に対して応答する感知材料から作成される。この実施形態では、アンテナは、環境に対して感受性を持ち、化学的、生物学的又は物理的パラメータの１以上を感知してもよい。
【００１８】
ＲＦＩＤタグの共振アンテナ上に感知材料を適用し、ＲＦＩＤ共振アンテナの複素インピーダンスを測定することによって、インピーダンス応答は生物学的又は化学的パラメータに相関されてもよい。特定の実施形態では、感受性材料は暴露によって変化して、検体の濃度をトレースする。これらの実施形態では、トレース濃度は、共振回路を構成する電極間に感知材料を配置することによって測定されてもよい。従って、誘電率、寸法、電荷移動及び感知材料の性質の他の変化は、回路の共振特性の変化によって検出されてもよい。
【００１９】
有利には、感知材料を有する共振センサは、試験済みの標的それぞれ又は標的に対する個々の応答及び干渉を提供するように構成される。つまり、感知材料を有する共振センサは、検体それぞれに対応する異なる応答を提供してもよい。多変量解析（例えば、主要構成要素解析）を適用することによって、検体それぞれの複素インピーダンス応答の次元数が単一のデータポイントに帰着する。この処理済みデータはさらに、標的及びそれらの混合物を定量化するのに使用される。本明細書で使用するとき、「多変量解析」は、１以上のセンサが、互いに実質的に相関してもよく又はしなくてもよい、複数の応答信号を生成する信号解析を指す。センサからの複数の応答信号は、圧力又は温度など、異なる環境条件に対する暴露の応答パターンを構築するのに、多変量解析ツールを使用して解析されてもよい。多変量解析ツールの非限定例としては、標準相関解析、回帰分析、非線形回帰分析、主成分解析、判別関数分析、多次元尺度構成、線形判別分析、ロジスティック回帰又はニューラルネットワーク解析が挙げられる。
【００２０】
特定の実施形態では、センサ応答を測定するのに１つを越える周波数が利用されるため、センサの複素インピーダンス応答は多変数応答である。センサ応答は、センサの共振全体にわたって複数の周波数で測定される。例えば、センサが約１３ＭＨｚで共振する場合、測定周波数及びそれに関連するセンサ応答は、約５ＭＨｚから約２０ＭＨｚまで測定される。この多変数応答は多変量解析によって解析される。センサの多変数応答としては、センサの複素インピーダンスの全スペクトル及び／又はいくつかの個々に測定された特性Ｆｐ、Ｚｐ、Ｆｚ、Ｆ１、Ｆ２、Ｚ１及びＺ２が挙げられる。これらの特性としては、複素インピーダンスの実部の最大値の周波数（Ｆｐ、共振ピーク位置）、複素インピーダンスの実部の大きさ（Ｚｐ、ピーク高さ）、ゼロリアクタンス周波数（Ｆｚ、インピーダンスの虚部がゼロである周波数）、複素インピーダンスの虚部の共振周波数（Ｆ１）及び複素インピーダンスの虚部の反共振周波数（Ｆ２）、複素インピーダンスの虚部の共振周波数（Ｆ１）における信号の大きさ（Ｚ１）、並びに複素インピーダンスの虚部の反共振周波数（Ｆ２）における信号の大きさ（Ｚ２）が挙げられる。他のパラメータ、例えば共振のＱ値、位相角及びインピーダンスの大きさは、複素インピーダンススペクトル全体を使用して測定することができる。多変数応答パラメータは、「Methods and systems for calibration of RFID sensors」と題する米国特許出願第１２／１１８，９５０号に記載されており、その開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす。
【００２１】
一実施形態では、ＲＦＩＤセンサのＲＦＩＤタグはパッシブタグであってもよい。パッシブＲＦＩＤタグは、その機能用のバッテリを必要とせず、読取り装置アンテナに接続されるメモリチップを備える。一実施形態では、携帯型インピーダンス読取り装置は、１以上の使い捨て乾電池又は充電式電池で構成される比較的小型のポータブルバッテリなど、携帯型インピーダンス読取り装置に内蔵されるタイプの（即ち、内部の）有限の電力源に連結されてもよい。或いは、携帯型インピーダンス読取り装置は、電気格子など、遠隔の電力源に配線で接続される電源を使用して動作可能であってもよい。
【００２２】
一実施形態では、インピーダンス読取り装置は、センサ情報を得るためにＲＦＩＤセンサから限定された距離で配置されてもよい。一例では、インピーダンス読取り装置は狭域マイクロ通信（short-range micro-communication）用のインピーダンス読取り装置である。本明細書で使用するとき、「狭域通信」という用語は、接触しているか又は約１ｍ以下の距離にあってもよいデバイス間でのデータの交換を可能にする無線通信技術である、近距離通信を意味する。近距離はまた、電磁放射の波長の数で表現されてもよい。一例では、近距離は、約１０未満の波長の距離を含んでもよい。別の実施形態では、インピーダンス読取り装置は、センサ情報を得るためにセンサに直接取り付けられてもよい。ＲＦＩＤセンサとインピーダンス読取り装置との間の距離は、動作周波数、ＲＦ電力レベル、書込み装置／読取り装置の受信感度、アンテナ寸法、データ率、通信プロトコル及びマイクロチップの電力需要を含む設計パラメータによって左右される。パッシブタグはＲＦ電力のマイクロワットからミリワットのみで動作するので、共振センサとインピーダンス読取り装置との間の通信距離は、一般的に近接距離内に限定される。１３．５６ＭＨｚで動作するパッシブタグの場合、読取り距離は一般的に数センチメートル以下である。ＲＦ動作電力がより大きく、アンテナ寸法が大きく、且つセンサ寸法が大きい場合、読取り距離は数センチメートルよりも大きいことがある。一実施形態では、インピーダンス読取り装置は、インピーダンス読取り装置によって得られたセンサ情報を解析する中央演算センタと無線で通信していてもよい。
【００２３】
一実施形態では、インピーダンス読取り装置は、アプリケーション駆動の信号対雑音比に必要な最小限の出力電力で操作される。一例では、読取り装置アンテナ、インピーダンス補償器、校正器、同期サンプラ及びデジタルプロセッサなどであるがそれらに限定されないインピーダンス読取り装置の構成要素は、低消費電力で統合され、バッテリ源を、即ちエネルギー取得源（energy-harvesting source）を使用して動作することができる。エネルギー取得源の非限定例としては、超コンデンサ、周辺光に基づく供給源、人間の動作に基づく供給源、機械振動に基づく供給源、熱エネルギー（人間及び機械）に基づく供給源、携帯電話からの無線周波エネルギーに基づく供給源が挙げられる。
【００２４】
携帯型インピーダンス読取り装置は、無線通信を使用して中央演算センタにセンサ情報を提供してもよい。携帯型インピーダンス読取り装置は、デジタル及びアナログデータを処理するため、ネットワークを介して中央演算センタと通信していてもよい。中央演算センタは、１以上のセンサ（若しくは近隣のセンサ）に直接又は間接的に連結されてもよい。このようにして、携帯型インピーダンス読取り装置は、有利には、他のセンサによって提供される情報へのアクセスを有してもよい。
【００２５】
中央演算センタの非限定例としては、中央ハブ又はクラウドコンピューティングクラスタが挙げられる。本明細書で使用するとき、「クラウドコンピューティング」という用語は、共用資源、ソフトウェア及び情報がコンピュータ及び他のデバイスにオンデマンドで提供される、インターネットベースの演算である。中央処理装置は詳細な応答モデルを作り出すのに使用されることがある。クラウドコンピューティングはコスト及び資本支出を低減してもよい。それに加えて、クラウドコンピューティングは、ユーザの位置又はユーザが使用しているデバイス（例えば、パーソナルコンピュータ、移動電話、多機能デバイス）のいかんに関わらず、ウェブブラウザを使用してユーザがシステムにアクセスできるようにすることによって、位置独立を提供してもよい。一例では、クラウドコンピューティングクラスタは、例えば、変化する周囲雑音パラメータに基づいて、ユーザ又は自動システムがモデルを動的に展開することを可能にするであろう。かかる周囲騒音パラメータの非限定例としては、温度、湿度及び圧力が挙げられる。いくつかの用途では、これら及び他の環境パラメータは対象の測定値のパラメータであってもよい。周囲騒音パラメータの値は、同じ又は異なるセンサから提供されてもよい。詳細な応答モデルは、同様のタイプの感知情報又は他の測定パラメータに関する異なる感知情報を提供する、近隣のセンサに基づいて発展してもよい。
【００２６】
特定の実施形態では、本発明の携帯型インピーダンス読取り装置は、複数のセンサからのアナログ信号を問い合わせてもよい。複数のセンサは、これらのセンサが感知するように設計されている特定の環境パラメータに応じて、同様の又は異なる構造を有してもよい。一例では、異なるセンサからの情報を組み合わせて、異なる環境パラメータに対応するセンサ応答が提供されてもよい。別の例では、いくつかのセンサは、温度又は圧力などの環境パラメータを測定するように設計されてもよく、他のセンサは、化学的又は／及び生物学的検体検出など、他の用途向けに設計されてもよい。
【００２７】
一実施形態では、環境中の化学的、生物学的又は物理的パラメータの１以上を定量化する方法が提供される。方法は、ポータブルインピーダンス読取り装置を使用して、共振周波数にわたるＬＣＲセンサの周波数依存インピーダンス応答を測定すること及び、ＬＣＲセンサからの２以上の一変量応答を同時に計算することを含む。一例では、第１のセンサからの２以上の応答と第２のセンサからの１以上の応答が中央演算センタに送信されてもよく、第１及び第２のセンサは互いに近接して配置される。一実施形態では、同時計算は、インピーダンス応答を中央演算センタに無線で送信することを含む。多変量解析は、ＬＣＲセンサからの２以上の一変量応答に関して行われ、多変量解析の結果を格納された校正値に相関させて、パラメータレベルに対する測定センサ応答の定量値が提供される。一実施形態では、解析、相関又はそれら両方が中央演算センタで行われる。定量値は、携帯型インピーダンス読取り装置に無線で返信されてもよい。定量値は、インピーダンス読取り装置の表示画面に表示されてもよい。
【００２８】
解析は定常状態又は動的応答に対して行われてもよい。定常状態センサ応答は、限定期間にわたるセンサからの応答であり、その際、応答は測定時間にわたって感知できるほど変化しない。従って、時間に伴う定常状態センサ応答の測定値は同様の値を生成する。動的センサ応答は、測定される環境パラメータ（温度、圧力、化学的濃度、生物学的濃度など）が急激に変化した際のセンサからの応答である。従って、センサ応答は測定時間に伴って著しく変化する。従って、時間に伴う動的センサ応答の測定値は応答の動的なサインを生成する。応答の動的なサインの非限定例としては、平均の応答の傾き、平均の応答の大きさ、信号応答の最大の正の傾き、信号応答の最大の負の傾き、信号応答の平均変化、信号応答の最大の正の変化及び信号応答の最大の負の変化が挙げられる。
【００２９】
図１は、携帯型インピーダンス読取り装置１４に近接した共振センサ１２を有するシステム１０の一例を示す。一例では、センサ１２は、１３．５６ＭＨｚで動作する集積回路読取り／書込みメモリチップを備えたパッシブＲＦＩＤタグを備える。携帯型インピーダンス読取り装置１４は、読取り装置１４に近接して通信している又は（例えば、ワイヤを使用して）インピーダンス読取り装置１４に電気的に直接接続された、ＲＦＩＤセンサ１２の共振インピーダンス応答を測定するように構成される。センサ１２は読取り装置アンテナ１６に動作可能に連結される。読取り装置アンテナ１６はセンサピックアップコイルとしても知られている。読取り装置アンテナ１６は、センサ１２をインピーダンス読取り装置１４に誘導結合する。読取り装置アンテナ１６は、インピーダンス読取り装置１４の一部であってもよく又はその一部ではなくてもよい。任意に、共振センサ１２のデジタル部分を読み取る読取り装置がインピーダンス読取り装置１４に組み込まれてもよい。
【００３０】
インピーダンス補償器１８は、読取り装置アンテナ１６に動作可能に連結されてもよい。一例では、インピーダンス補償器１８は整合トランスであってもよい。インピーダンス補償器１８は、校正器２０のインピーダンスを、共振センサ１２及び読取り装置アンテナ１６の組み合わされたインピーダンスに整合するのに使用されてもよい。インピーダンス補償器１８によって、読取り装置アンテナ１６と校正器２０との間の効率的なエネルギー伝達が可能になる。それに加えて、インピーダンス補償器１８はシステム１０の電力損失を最小限に抑える。インピーダンス補償器１８は、整合トランス、抵抗ブリッジ又は一般化インピーダンス変換器（ＧＩＣ）などの能動回路などであるがそれらに限定されない構成要素を含んでもよい。
【００３１】
図示しないが、任意に、インピーダンス補償器１８は温度補償器を含んでもよい。例えば、温度は、センサ１２に対して又は読取り装置アンテナ１６に対して望ましくない影響を有する場合が多い。これらの影響を最小限に抑えるため、独立して測定された温度が挙動モデルに使用されてもよい。
【００３２】
校正器２０は、センサ信号を校正し、且つインピーダンス読取り装置１４の適切な動作を検証するのに使用されてもよい。校正器２０は校正標準のためのスイッチを備えてもよい。校正器２０は、開ループ又は閉ループＬＣＲ回路を備えてもよい。校正器２０は、測定パラメータの安定した校正済み参照を提供して、望ましくない感知パラメータが測定値に影響するのを低減又は防止し、感知の精度を改善するのに使用される。校正器２０はまた、デバイス障害をオペレータに通知する内部自己診断として機能してもよい。望ましくない感知パラメータの非限定例としては、温度及びエージングが挙げられる。一例では、エージングとしては、回路基板上のトレースの腐食を挙げることができる。
【００３３】
センサ信号の校正によって、センサ１２のインピーダンス応答の変化によってセンサ１２が暴露される対象の１以上のパラメータの正確な測定が可能になる。一実施形態では、校正器２０によって、センサ１２を対象のパラメータに最初に暴露することなく、センサ１２を自己校正することが可能になってもよい。一例では、自己校正は、センサ１２のインピーダンス応答を測定し、センサ１２のインピーダンス応答を参照インピーダンス値と比較し、センサの等価回路パラメータを抽出することによって行われてもよい。
【００３４】
一例では、インピーダンス読取り装置１４の校正方法は、周波数の関数として参照構造のインピーダンスを測定こと及び、測定値を読取り装置の不揮発性メモリに格納された値と比較することを含んでもよい。参照構造の非限定例としては、参照抵抗、参照コンデンサ、参照インダクタ又は参照ＬＣＲ回路の１以上を挙げることができる。一例では、校正のため、内蔵スイッチ（図示なし）がインピーダンス読取り装置１４内に設けられてもよい。一例では、センサを校正する方法は、センサのインピーダンスを測定すること、センサのインピーダンスの測定値を１以上のパラメータに関連付けること、１以上の解析的フィッティング係数（analytical fit coefficients）を計算すること及び、１以上の解析的フィッティング係数をセンサのメモリチップ又は他の任意の既知の場所に格納することを含んでもよい。
【００３５】
インピーダンス読取り装置１４は同期サンプラ２２をさらに備える。同期サンプラ２２は、校正済みセンサ信号を校正器２０から受信し、校正済みセンサ信号を参照源から得られた参照信号に対して参照する。一例では、参照源はセンサ応答を参照するのに用いられる一連の信号である。一実施形態では参照は正規化を含む。しかし、一般的に参照に使用される他の任意の関数も使用されてもよい。一実施形態では、同期サンプラ２２は、センサ信号を参照するのに使用されてもよい１以上の参照信号を発生させてもよい。一実施形態では、同期サンプラ２２によって生成された参照信号は、校正器２０からの応答を得るのに校正器２０のための励起信号として作用してもよい。同期サンプラ２２は、直接サンプリングアーキテクチャ、ヘテロダインサンプリングアーキテクチャ、ホモダインサンプリングアーキテクチャ又は副高調波サンプリングアーキテクチャを使用して構築されてもよい。
【００３６】
同期サンプラ２２は、主発振器、干渉性クロック発生回路及び／又はデジタルダイレクトシンセサイザ（ＤＤＳ）を備えてもよい。一例では、主発振器は干渉性クロック発生回路とは独立していてもよい。別の例では、主発振器及び干渉性クロック発生回路はＤＤＳと統合されてもよい。ＤＤＳは、参照周波数（ｆ１）及びサンプル周波数（ｆ２）を生成するための入力としてｆＤＤＳｃｌｋを受信してもよい。周波数ｆ１及びｆ２はｆＤＤＳｃｌｋと干渉する（同位相である）。一実施形態では、平均電力を最小限に抑えるとともに適切なセンササンプリング率を維持するため、デューティサイクル動作が実行されてもよい。デューティサイクルの方策は、測定値の参照設計並びにサンプリング間隔の間の期間の安定性に類似した安定性をもたらす。
【００３７】
ｆ１とｆ２との間の周波数差は、復調をデジタルで行うために一定に維持されてもよい。この周波数関係（一定周波数差）及び位相干渉性により、主発振器に同期しない又はそれに位相固定されない信号を平均することによって外部電磁干渉の抑制が可能になる。任意に、ＤＤＳからの出力は、最初に低域フィルタ（図示なし）などのフィルタに通されて、不要なスプリアス出力がＤＤＳから除去される。フィルタ処理済みの出力は、信号レベルを増加させてＲＦＩＤセンサのインピーダンス測定を実施するのに適した励起信号レベルを提供するため、増幅器（図示なし）に通されてもよい。
【００３８】
ＤＤＳは所望の測定周波数範囲にわたって掃引されてもよい。一実施形態では、ＤＤＳは段階的に掃引されてもよい。一実施形態では、掃引周波数分析器を使用して、掃引周波数分析器の周波数と主発振器との間の差が中間周波数フィルタの帯域幅内であるように、主発振器の周波数を増加させてもよい。ＤＤＳからの周波数信号は、読取り装置アンテナの励起信号として使用されてもよい。ＤＤＳからの励起信号によって励起されると、読取り装置アンテナ１６は磁界を発生してセンサ１２と相互作用する。
【００３９】
同期サンプラ２２はデジタルプロセッサ２４に連結される。一例では、デジタルプロセッサ２４はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）である。別の例では、デジタルプロセッサ２４はＡＤＣ（アナログデジタル変換器）である。一実施形態では、参照ＡＤＣ、サンプルＡＤＣのような追加のＡＤＣを使用して、センサ１２からのアナログ信号をデジタル信号に変換してもよい。次に、デジタル信号はデジタルプロセッサ２４を使用して処理されてもよい。
【００４０】
一実施形態では、デジタルプロセッサ２４は、アナログ直交復調の一般的なひずみ問題を回避するため、複素型デジタル復調器（ＤＤＭ）を備えてもよい。ＤＤＭは、校正済みのセンサ信号と参照信号との周波数差をサンプルクロックの既知の分画（４分の１など）にすることによって単純化されてもよい。デジタルプロセッサ２４の出力は、供給電圧に比例した振幅及び校正済みのセンサ信号と参照信号との位相差であってもよい。図示しないが、デジタルプロセッサ２４はまた、所望の信号を一貫して蓄積する一方で帯域外干渉信号を拒絶することによって読取り装置１４の信号対雑音比を向上するため、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）整合フィルタを含んでもよい。
【００４１】
一実施形態では、デジタルプロセッサ２４は、後で使用するために測定パラメータを格納するため又は測定パラメータを表示するため又は更なる解析用に測定パラメータをダウンロードするため及び／又は測定パラメータを中央演算ユニットに転送するため、メモリ２６に動作可能に連結されてもよい。デジタルプロセッサ２４は、遠隔演算ユニット（「中央演算センタ」とも呼ばれる）などの外部システムにデバイスを連結するアダプタを有してもよい。一例では、デジタルプロセッサ２４は、ＵＳＢコントローラ２８を有してＵＳＢインターフェースを提供してもよい。ＵＳＢインターフェースによって、インピーダンス読取り装置１０を更新することが可能になり、さらに、データを現場で収集し、次に更なる解析用にダウンロードすることが可能になる。別の例では、デジタルプロセッサ２４は、外部システムと無線で通信する無線送受信器２９などの無線通信手段を有してもよい。例えば、携帯型インピーダンス読取り装置１４は、通信モジュールに動作可能に連結されてもよい。通信モジュールは、ネットワークなどの外部デバイスと通信するのに使用されてもよい。
【００４２】
特定の実施形態では、表示装置（図示なし）がデジタルプロセッサ２４に動作可能に連結されてもよい。一実施形態では、ハイコントラストカラー半透過型ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）グラフィックディスプレイが、表示装置として使用されてもよい。表示装置のハイコントラスト及び半透過の性質によって、表示装置が現場における屋外の昼光での作業に適するようになる。
【００４３】
代替実施形態では、デジタルプロセッサ２４を使用する代わりに又はそれに加えて、インピーダンス読取り装置１４は遠隔位置のプロセッサを使用してもよい。例えば、遠隔位置のプロセッサは、インピーダンス読取り装置１０に対して遠隔に位置する中央演算センタ内に存在してもよい。センサデータ（アナログ及びデジタルデータ）の処理に加えて、デジタルプロセッサ２４は処理データを表示するように構成されてもよい。
【００４４】
特定の実施形態では、携帯型インピーダンス読取り装置１４は小型ハウジング（図示なし）内に配置されてもよい。例えば、携帯型インピーダンス読取り装置１４は、約２×２×１ｃｍ3〜約１５×１５×５ｃｍ3の範囲の寸法を有する適切な長方形の箱型ハウジング内に配置されてもよい。ハウジングは、ハンドル、ピン又はデバイスを様々な場所に簡単に運搬するのを容易にするストラップのための設備を備えてもよい。表示装置はハウジング内の窓に配置されてもよい。共振センサ１２は、ハウジング上又はその外部に配置されてもよい。
【００４５】
インピーダンス読取り装置１４は、センサ１２の共振センサ回路のインピーダンススペクトルを測定する。それに加えて、測定スペクトルの解析がインピーダンス読取り装置１４で行われてもよい。或いは、解析は、収集されたインピーダンススペクトルを中央ネットワーク位置に送った後に、中央ネットワーク位置で行われてもよい。スペクトルの解析の非限定例としては、複素インピーダンス実部の最大値の周波数（Ｆｐ）、複素インピーダンスの実部の大きさ（Ｚｐ）、複素インピーダンスの虚部の共振周波数（Ｆ１）及び複素インピーダンスの虚部の反共振周波数（Ｆ２）が挙げられる。
【００４６】
センサ回路の構成要素を組み合わせた結果、Ｆｐ、Ｚｐ、Ｆ１、Ｆ２、Ｆｚ、Ｚ１、Ｚ２などの共振回路パラメータによって形成されたインピーダンス応答及び共振センサから同時に生成される他のものが発生する。図２は、センサのインピーダンスの実部及び虚部の例を示す。曲線３０によって示されるように、インピーダンスの実部はパラメータＦｐ  ３２及びＺｐ  ３４を含む。パラメータＦｐ  ３２はインピーダンスの実部の最大値の周波数を表し、パラメータＺｐ  ３４はインピーダンスの実部の大きさを表す。同様に、曲線３６によって示されるように、インピーダンスの虚部はＦ１  ３８及びＦ２  ４０を含む。パラメータＦ１  ３８はインピーダンスの虚部の共振周波数を表し、パラメータＦ２  ４０はインピーダンスの虚部の反共振周波数を表す。パラメータＦ１及びＦ２は等価回路の異なる構成要素に関連する。センサパラメータの更なる非限定例としては、ＲＦＩＤセンサの等価回路の応答から抽出できるパラメータ、例えば、共振のＱ値、位相角及びＲＦＩＤセンサの共振回路応答のインピーダンスの大きさ、並びに当該分野で知られている他のものが挙げられる。Ｆ１  ３８とＦ２  ４０との間の差はピーク幅に関連する。この例では、Ｆ１  ３８及びＦ２  ４０は等価回路の異なる構成要素に関連するので、Ｆ１  ３８及びＦ２  ４０は相関しない。ピーク対称性はインピーダンスの変化によって影響されることがある。他のパラメータは、インピーダンススペクトル全体を使用して、例えば、共振のＱ値、位相角及びインピーダンスの大きさ、複素インピーダンスの虚部の共振周波数（Ｆ１）３８における信号の大きさ（Ｚ１）３５、複素インピーダンスの虚部の反共振周波数（Ｆ２）４０における信号の大きさ（Ｚ２）３７、並びにゼロリアクタンス周波数（Ｆｚ、インピーダンスの虚部がゼロである周波数）３９を使用して測定することができる。多変数応答パラメータは、「Methods and systems for calibration of RFID sensors」と題する米国特許出願第１２／１１８９５０号に記載されており、その開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす。
【００４７】
特定の実施形態では、携帯型読取り装置は、現場用途に必要であってもよく又は不要であってもよい、追加の機構及び機能並びに制御可能な機構を備えてもよい。非限定例としては、可変利得及びプログラム可能な利得増幅器、並びに広い周波数範囲にわたる動作能力が挙げられる。
【００４８】
インピーダンス変換器及び校正器など、電力サイクリング及びウォームアップの間のドリフトに感受性を持つ構成要素は、測定の性能及び精度を保存するため、完全にオフではない低電力モードで動作してもよい。同期サンプラ及びデジタルプロセッサなどの感受性が低い構成要素は、電力を節約するため、デューティサイクルスリープ間隔の間は完全に電源がオフになる。この方法によって、消費電力の低減がもたらされ、動作のデューティサイクルを減少させることによって省電力が可能になる。電力を保存する他の例としては、時間軸、カウンタ、メモリ及びインターフェースコントローラなどの共通部品を使用できることによって、多チャネルＤＤＳチップ及び多チャネルＡＤＣ変換器を使用して節約することを挙げることができる。
【００４９】
一実施形態では、携帯型インピーダンス読取り装置はバッテリを電源に使用してもよい。一例では、バッテリは標準的な充電式リチウムイオン電池であってもよい。リチウムイオン電池は、好ましいエネルギー／重量比を有し、メモリ効果を有さない。一実施形態では、リチウムイオン電池は、毎分１回の測定及び１５％のデューティサイクルで、持続時間約１３．５時間の電力を提供することができてもよい。
【００５０】
一例では、携帯型インピーダンス読取り装置は、約８ＭＨｚ〜約１５ＭＨｚの周波数範囲にわたって、共振センサ応答のインピーダンス、振幅及び位相を測定する。この例では、携帯型インピーダンス読取り装置は、主発振器及び干渉性クロック発生回路、ダイレクトデジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）、ダウンコンバージョンミクサ及びフィルタ、アナログデジタル変換及びデジタル信号プロセッサを備える。読取り装置アーキテクチャはまた、ローカル通信及びバッテリ充電用のＵＳＢインターフェース、並びに８０２．１５．４  ＺｉｇＢｅｅ無線送受信器を包含する。
【００５１】
図３は、携帯型インピーダンス読取り装置５０を示す。図示される実施形態では、インピーダンス読取り装置５０の構成要素はハウジング５２の一部分内に配置される。ＲＦＩＤセンサ５４は回路基板５６上に配置される。磁界５８は読取り装置アンテナ６０から発生する。
【００５２】
図４は、携帯型インピーダンス読取り装置７０の一例の構造の詳細な構造を示す。図示される例では、両面の表面実装設計の方策が使用される。しかし、コネクタ化構成要素又は貫通穴構成要素などであるがそれらに限定されない方策も使用されてもよい。インピーダンス読取り装置７０の様々な構成要素を指示するため、リジッドフレックス型の基板の積重ねが使用される。リジッドフレックスダブル回路基板の表面実装構成要素は、形状因子を小さくするために折り畳まれ積み重ねられる。
【００５３】
第１のリジッド回路基板７４には片面に読取り装置アンテナ７２が配置される。読取り装置アンテナ７２は、約５ＭＨｚ〜約１００ＭＨｚの範囲の周波数帯で動作するように設計される。水平コイルアンテナが示されているが、ダイポール、垂直などを含む他のアンテナタイプが使用されてもよい。
【００５４】
充電式又は交換式バッテリ７６は、リジッド回路基板７４の対向面に配置される。バッテリの非限定例としては、リチウムイオン電池又はアルカリ乾電池を挙げることができる。第２のリジッド回路基板７８は、無線周波数（ＲＦ）エレクトロニクス８０を片面に、また中間周波数（ＩＦ）エレクトロニクス８２を他方の面に含む。第３のリジッド回路基板８４は、ＡＤＣ８６及びＤＳＰ８８を片面に、またＵＳＢ及び／又は無線アンテナ９０を他方の面に備える。異なるリジッド回路基板７４、７８及び８４は、フレックスバンド相互接続９２を使用して電子的に連結される。エレクトロニクスを積み重ねられた形態で配置することは、読取り装置５０を小型化する助けとなる。
【００５５】
図示しないが、インピーダンス読取り装置７０の電気的構成要素の他の構成も想起される。例えば、３層の回路基板上に配置する代わりに、電気的構成要素を回路基板の１層又は２層に配置してもよい。電気的構成要素は、１〜約１０層の範囲の回路基板のいくつかの層上に配置されてもよい。
【００５６】
誘導結合の方策によって、センサ及び読取り装置のガルヴァニック分離（ワイヤなし）が可能になるとともに、所望のパッシブＲＦＩＤセンサをセンサ読取り装置の表面上に迅速にスナップ留めすることができる。必要であれば、パッシブＲＦＩＤセンサの単純な交換が行われてもよい。
【００５７】
図５を参照すると、携帯型インピーダンス読取り装置の小型化は、エレクトロニクスアセンブリ技術を使用することによって最適化されてもよい。小型のエレクトロニクスを実現する際の課題の１つは、パッケージング技術の階層と、製造及び取扱いプロセス全体で使用される相互接続方法にある。パッケージのサイズに加えて、熱の問題並びに感受性回路間の交差結合は、適切なレイアウトを使用することによって低減又は排除される。図示される実施形態では、大型のパッケージにおける問題を排除するため、ＩＣチップはグロブトップで直接接合される。図示されるように、シリコンダイ１０２は回路基板１０４に接着され、相互接続は、基板パッド１０６及びワイヤボンド１０８を使用して回路基板からチップまで作られる。安定性については、チップ及びそれに対応するワイヤボンド１０８は、エポキシのドロップ、即ちグロブ１１０を使用して封入される。グロブトップ法は、低いプロファイル、薄いアセンブリをもたらすことに加えて、構成要素に必要な表面積を大幅に低減する。また、グロブトップ法は、機械的支持を提供し、回路動作を混乱させる恐れがある指紋残留物などの汚染物質を除外する。ワイヤボンディングの代わりに、はんだリフローを用いたフリップチップダイ取付け又はサーモソニックボンディングなどであるがそれらに限定されない、他の相互接続方法が使用されてもよい。特定の実施形態では、携帯型インピーダンス読取り装置は、従来のデスクトップ型のラボ用システムと同じデータ取得の品質を少なくとも維持する。
【００５８】
特定の実施形態では、携帯型インピーダンス読取り装置は共振センサに問い合わせ、測定値を復号化しデバイスに送信してもよい。任意に、携帯型インピーダンス読取り装置は復号化した測定値を記録してもよい。復号化した測定値は、ローカル基地局又は遠隔位置に送信されてもよい。一例では、復号化した測定値はＺｉｇＢｅｅ（登録商標）プロトコルを使用して送信されてもよい。アーキテクチャは、ローカル通信及びバッテリ充電用のＵＳＢインターフェース、並びに低電力通信の方策用の８０２．１５．４  ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）無線送受信器を包含する。
【００５９】
一実施形態では、周波数応答測定値は限定範囲にわたって周波数をスキャンすることによって得られる。別の実施形態では、周波数応答測定値は限定範囲の全ての周波数を励起することによって得られる。次に、リングダウン信号のフーリエ変換が決定される。
【００６０】
インピーダンス読取り装置は、低雑音レベルを維持しながらセンサパラメータを決定することができる。スペクトルパラメータは、部分的には、一定の予め定められた分解能で周波数範囲をスキャンすることによって、更なる多変量解析のために不確実性を最小限に抑えて決定される。波形数は１〜１００００の範囲であってもよく、スキャン数は１〜１００００の範囲であってもよい。波形数が２を超える場合、波形は平均化されてもよい。スキャン数が２を超える場合、スキャンは平均化されてもよい。スキャンの共振部分をフィッティングするのに関数が適用されてもよい。一実施形態では、関数は、スキャンの合計データポイントの３５％以下を含むスキャンの共振部分をフィッティングするのに適用されてもよい。ピーク位置及びピークの大きさは関数を使用して抽出されてもよい。関数の非限定例としては、多項式フィッティング及び重心フィッティング（centroid fits）が挙げられる。インピーダンススペクトルは、周波数範囲にわたって一定の又は可変のスキャン速度で測定されてもよい。周波数範囲にわたる可変スキャン速度は、共振周波数範囲全体にわたってスキャンする間の測定雑音を低減するのに使用されてもよい。インピーダンススペクトルは、周波数範囲にわたって一定の又は可変のスキャン周波数分解能で測定されてもよい。周波数範囲にわたる可変周波数分解能は、共振周波数範囲全体にわたってスキャンする際の測定雑音を低減するのに使用されてもよい。
【００６１】
本発明のインピーダンス読取り装置は、ポータブルデバイスを使用して共振センサの共振インピーダンススペクトルを読み取ることができる。例えば、ポータブルデバイスの１以上の実施形態は、誘導結合及びセンサ応答の読出し、センサの狭い共振応答にわたる周波数範囲のスキャン、ピーク位置及びピーク強度の決定の分解能及び信号対雑音比をより高くするための、共振スペクトルの処理、並びに共振センサの共振インピーダンススペクトルの収集を使用する。一例では、インピーダンス読取り装置は、コスト効率の良い処理のため、１以上のクラウドコンピュータクラスタにデータを無線転送する能力を有する。別の例では、インピーダンス読取り装置は、部分的に隣接センサからのデータを使用することによって、近隣のセンサに基づいたセンサモデルを無線で調整する能力を備える。近隣のセンサからのデータは、ネットワークを通してインピーダンス読取り装置に送信されてもよい。一例では、インピーダンス読取り装置は無線システムの一部であってもよい。無線システムの非限定例は、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話又は組み合わせデバイスを含んでもよい。
【実施例】
【００６２】
実施例１
高度なセンサの共振スペクトルの測定における雑音レベルを最小限に抑える最良のデータ取得条件を決定するため、ネットワークアナライザを使用して測定を行った。収集した複素インピーダンスデータは、Ｅｘｃｅｌ（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ社（米国ワシントン州シアトル））又はＫａｌｅｉｄａＧｒａｐｈ（Ｓｙｎｅｒｇｙ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ社（米国ペンシルヴァニア州レディング））及びＭａｔｌａｂ（Ｍａｔｈｗｏｒｋｓ社（米国マサチューセッツ州ナティック））を用いて操作するＰＬＳ＿Ｔｏｏｌｂｏｘ（Ｅｉｇｅｎｖｅｃｔｏｒ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社（米国ワシントン州マンソン））を使用して解析した。
【００６３】
可変のデータ取得パラメータには、（１）ピーク位置を計算するのに使用する、共振ピークを横切るフィッティングポイント数、（２）集積時間、（３）スペクトルの平滑化率及び（４）平均化に使用する波形数を含めた。図６Ａ及び６Ｂは、雑音レベルを最小限に抑えるのに適したデータ取得条件を示す。図６Ａは測定されたＺｐであり、図６Ｂは測定されたＦｐである。図６Ａ及び６Ｂに示されるように、ノイズを改善したパラメータは、平均化に使用する波形数、次にピーク位置を計算するのに使用する共振ピークを横切るフィッティングポイント数であった。この結果は、センサ応答における最良の検出限界を達成するため、測定の雑音を低減するのに重要であった。
【００６４】
図７は、スキャンごとのデータポイント数及び平均スキャン数を最適化することによる、ネットワークアナライザの雑音の改善を示す。
【００６５】
実施例２
水、メタノール及びエタノールという３つの異なるタイプの蒸気の測定を、ポータブルネットワークアナライザを使用して行った。収集した複素インピーダンスデータは、Ｅｘｃｅｌ（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ社（米国ワシントン州シアトル））又はＫａｌｅｉｄａＧｒａｐｈ（Ｓｙｎｅｒｇｙ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ社（米国ペンシルヴァニア州レディング））及びＭａｔｌａｂ（Ｍａｔｈｗｏｒｋｓ社（米国マサチューセッツ州ナティック））を用いて操作するＰＬＳ＿Ｔｏｏｌｂｏｘ（Ｅｉｇｅｎｖｅｃｔｏｒ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社（米国ワシントン州マンソン））を使用して解析した。センサはＡｕナノ粒子でコーティングした無線センサであった。試験した蒸気は、水、メタノール及びエタノールであり、濃度はそれぞれ４種類であった。収集した複素インピーダンスから、いくつかのパラメータを同時に測定した。これらのパラメータには、Ｆｐ、Ｆｚ、Ｆ１、Ｆ２、Ｚｐ、Ｚ１及びＺ２を含めた。図８Ａ及び８Ｂは、３つの異なるタイプの蒸気を判別する単一のセンサによる測定を実施するのに使用した、携帯型インピーダンス読取り装置の動作中のグラフを示す。図８Ａは、同時測定したＦｐ、Ｆｚ、Ｆ１及びＦ２を示す。図８Ｂは、同時測定したＺｐ、Ｚ１及びＺ２を示す。
【００６６】
図９Ａ及び９Ｂは、３つの異なるタイプの蒸気を判別する単一のセンサによる測定を実施するのに使用した、携帯型インピーダンス読取り装置の動作中に行った主成分解析によるスコアプロットを示す。図９Ａは、主成分２（ＰＣ２）に対する主成分１（ＰＣ１）のスコアプロットを示す。図９Ｂは、主成分２（ＰＣ２）及び実験時間に対する主成分１（ＰＣ１）のスコアプロットを示す。主成分解析は、単一のセンサから同時に測定した応答Ｆｐ、Ｆｚ、Ｆ１、Ｆ２、Ｚｐ、Ｚ１及びＺ２に対して行った。この実施例では、３つの蒸気の選択的な判定におけるポータブルネットワークアナライザの動作を実証した。
【００６７】
実施例３
複素インピーダンスを測定する携帯型インピーダンス読取り装置を、そのバッテリ動作について試験した。携帯型インピーダンス読取り装置は、両面の表面実装構成で構築した。インピーダンス読取り装置は、リアルタイムで無線（ＺｉｇＢｅｅ）通信して、リチウムイオン充電式電池（Ｕｌｔｒａｌｉｆｅ  ＵＢＰ００１）、３．７Ｖ、１７５０ｍＡｈ）の連続モード及び１５％のデューティサイクルで動作させた。ポータブルシステムの組立て構成要素の詳細な試験に際して、複数の蒸気の選択的検出の雑音特性及び能力はデスクトップネットワークアナライザと比較可能であった。携帯型インピーダンス読取り装置を備えるパッケージ化システムは１３．５時間のバッテリ動作で達成された。
【００６８】
本発明の特定の特徴のみを本明細書に例証し記載してきたが、当業者には多くの修正及び変更が想到されるであろう。従って、添付の請求項は、かかる修正及び変更を全て本発明の範囲内にあるものとして包含するものとすることを理解されたい。
【符号の説明】
【００６９】
１２  センサ
１６  読取り装置アンテナ
１８  インピーダンス補償器
２０  校正器
２２  同時サンプラ
２４  デジタルプロセッサ
２６  メモリ
２８  ＵＳＢコントローラ
２９  無線送受信器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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