(57)【要約】  本発明の各実施形態は、製品用のパッケージまたはパッケージングに関連する環境状態を検出するのに使用するための方法およびシステムに関し、具体的には、摂取用および病状の治療用の製品に関する。一態様では、各実施形態は、電磁誘導に応答し、状態に依存する応答特性を有するセンサを備えるこのようなパッケージの前記状態を検出するシステムを提供する。システムは、前記センサに磁気的に結合される励起コイル、前記センサに磁気的に結合される受信コイルシステムを備え、受信コイルシステムは、センサの応答を決定するための処理システムに接続可能であり、受信コイルシステムは、受信コイルシステムの少なくとも一部分と前記励起コイルとの間の電磁結合を制御するように構成される。
2008535045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導に応答し、パッケージの状態に依存する応答特性を有するセンサ(11)を備える、前記パッケージの状態を検出するシステムであって、
前記センサに磁気的に結合可能な励起コイル(13)と、
前記センサに磁気的に結合可能で、前記センサの応答を決定するための処理システム(17)に接続可能である受信コイルシステム(15)と、を備え、
前記受信コイルシステムは、前記受信コイルシステムの少なくとも一部分と前記励起コイルとの間の電磁結合を制御するように構成されるシステム。
【請求項２】
前記受信コイルシステムは、第1のコイル(14a)および第2のコイル(14b)を備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
前記第2のコイルは、前記第1のコイルに対する複数の選択可能な構成のうちの1つを使用し、そこから前記電磁結合を制御するように構成可能である、請求項2に記載のシステム。
【請求項４】
前記第2のコイルは、前記第1のコイルと同軸上にある、請求項2または請求項3に記載のシステム。
【請求項５】
前記第1のコイルは第1の平面(21a)内に配置され、前記第2のコイルは第2の平面(21b)内に配置される、請求項2から請求項4のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記第1の平面は、前記第2の平面とは異なる、請求項5に記載のシステム。
【請求項７】
前記受信コイルシステムは、前記励起コイルに対する前記第2のコイルの位置を変更する機構を備える、請求項2から請求項6のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記第1および第2のコイルの各々は、支持具(25)に取り付けられ、前記支持具は、対応する第1および第2のコイル支持部分(27a)、(27b)を有し、前記励起コイルに対する前記第2のコイルの前記位置を調整するアジャスタ(23)を備える、請求項5から請求項7のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記励起コイルは、前記支持具のさらなる支持部分(29)に取り付けられる、請求項8に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第1および第2のコイル支持部分は、各々、前記励起コイルの一面に配置される、請求項8または請求項9に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第1のコイル支持部分および前記第2のコイル支持部分は、前記励起コイルの両側に配置される、請求項8または請求項9に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第2の支持部分は、第1の位置(P1)から、前記第2のコイルが前記励起コイルの少なくとも一部分にオーバーラップする第2の位置(P2)に移動するように調整可能である、請求項8から請求項11のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記受信コイルシステムの前記各コイルは、1組の複数の巻線を備え、前記受信コイルシステムは、前記1つのコイルの巻線のサブセットを選択するためのセレクタを備え、前記選択されるサブセットは、前記受信コイルシステムの一部分を形成する、請求項2から請求項12のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記セレクタは、前記第2のコイルの前記1組の巻線から、サブセットを選択するように構成される、請求項13に記載のシステム。
【請求項１５】
前記受信コイルシステムの前記各コイルは、1組の巻線およびフェライトコアを備え、前記1つのコイルの前記フェライトコアは、前記受信コイルシステムの一部分を形成するように、コアそれぞれの組の巻線に対して調整可能である、請求項2から請求項14のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第2のコイルの前記フェライトコアは調整可能である、請求項15に記載のシステム。
【請求項１７】
前記励起コイルに対して調整可能である磁気遮へいを含む、請求項1から請求項16のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１８】
前記支持具は、前記パッケージを支持するための支持表面(28)を備える、請求項8に依存するときの、請求項8から請求項17のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１９】
前記支持表面は、前記第1のコイル支持部分と少なくとも前記さらなるコイル支持部分との間に配置される、請求項9に依存するときの、請求項18に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第1のコイル支持部分の少なくとも一部分は、前記支持表面と前記さらなる支持部分との間に配置される、請求項9に依存するときの、請求項18に記載のシステム。
【請求項２１】
前記支持具構造体は、1つまたは複数の相互接続可能な部品から形成される、請求項8に依存するときの、請求項8から請求項20のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２２】
前記励起コイルは、前記センサ内で共振を励起することができる信号を受け取るように、信号発生器(19)に電気的に接続可能である、前記請求項のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２３】
前記信号は、急激な電圧の変化を含む、請求項22に記載のシステム。
【請求項２４】
前記信号は、パルス信号を含む、請求項22または請求項23に記載のシステム。
【請求項２５】
前記信号は、複数のパルス信号を含む、請求項22から請求項24のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２６】
そのまたはそれぞれのパルス信号は、複数の急激な電圧の変化を含み、前記各急激な電圧の変化は、エッジを形成する、請求項24または請求項25に記載のシステム。
【請求項２７】
前記複数のエッジの各々は、所定の期間または無作為の時間間隔だけ以前のエッジから分離される、請求項26に記載のシステム。
【請求項２８】
前記処理システムは、前記信号の送信後の前記センサの応答を決定するように構成される、請求項22から請求項27のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２９】
前記処理システムは、急激な電圧の変化を含む信号の送信に応答する前記センサの応答を決定するように構成される、請求項22から請求項28のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３０】
前記処理システムは、前記、または少なくとも1つのパルス信号の連続したエッジ間のセンサの応答を決定するように構成される、請求項24から請求項29のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３１】
前記センサは、共振周波数、および前記状態に依存する減衰特性を有する、前記請求項のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３２】
前記共振周波数および/または減衰特性は、前記パッケージに関連する少なくとも1つの環境状態に依存する、請求項31に記載のシステム。
【請求項３３】
前記環境状態には、湿度、温度、光レベル、圧力、pH、およびガス濃度のうちの、どんな1つまたは複数の状態も含まれる、請求項32に記載のシステム。
【請求項３４】
前記センサは、キャパシタンスおよびインダクタンスを有する同調回路を備え、前記キャパシタンスは前記状態に依存する、請求項31から請求項33のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３５】
前記キャパシタンスは、前記パッケージに関連する湿度に依存する、請求項34に記載のシステム。
【請求項３６】
前記センサは、抵抗性の構成部品を備え、前記抵抗性の構成部品は、前記センサに関連する前記減衰特性を修正するために、温度、光レベル、pH、ガス濃度、および圧力のうちのいずれにも応答する、請求項31から請求項35のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３７】
前記パッケージは、製品を保管するための容器を備える、前記請求項のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３８】
前記パッケージは、少なくとも部分的に、導電性部分を備え、前記センサの前記周波数は、前記導電性部分による減衰量を低減させるように選択される、請求項31から請求項37のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３９】
電磁誘導に応答し、パッケージの状態に依存する応答特性を有するセンサを備える、パッケージの状態を検出するシステムであって、
前記センサに磁気的に結合可能な励起コイルと、
前記センサに磁気的に結合可能で、前記センサの応答を決定するための処理システムに接続可能である受信コイルシステムと、を備え、
前記励起コイルは、エッジを含むパルス信号を受け取るために、信号発生器に電気的に接続可能であるシステム。
【請求項４０】
少なくとも部分的に、導電性部分、および電磁誘導に応答するセンサを備える、製品を収容するためのパッケージであって、
前記センサは、周波数範囲にわたる応答特性を有し、前記パッケージの状態に依存し、前記センサの前記周波数範囲は、前記導電性部分による減衰量を低減させるように選択されるパッケージ。
【請求項４１】
前記パッケージは、少なくとも部分的に、導電性のシート部分を備える、請求項40に記載のパッケージ。
【請求項４２】
前記状態を測定する測定システムとともに使用するためのパッケージであって、前記測定システムは、
前記センサに磁気的に結合可能な励起コイルと、
前記センサに磁気的に結合可能で、前記センサの応答を決定するための処理システムに接続可能である受信コイルシステムと、を備える、請求項40または請求項41に記載のパッケージ。
【請求項４３】
使用に際して、前記受信コイルシステムは、前記受信コイルシステムの少なくとも一部分と前記励起コイルとの間の電磁結合を制御するように構成される、請求項42に記載のパッケージ。
【請求項４４】
電磁誘導に応答し、パッケージの状態に依存する応答特性を有するセンサを備える、パッケージの状態を検出するシステムを構成する方法であって、
受信コイルシステム内に誘起される起電力を決定するための処理システムに、電気的に接続される前記受信コイルシステムを、支持具構造体に取り付けるステップと、
1つまたは複数のパルス信号を受け取るために、信号発生器に電気的に接続される励起コイルを、前記支持具構造体に取り付けるステップと、
前記受信コイルシステム内に起電力を誘起するために、前記励起コイルに信号を加えるステップと、
前記受信コイルシステム内に誘起される前記起電力が所定の条件を満たす、前記受信コイルシステムの構成を識別するように、前記受信コイルシステムを調整するステップと、
を含む方法。
【請求項４５】
前記受信コイルシステムが、第1のコイルおよび第2のコイルを備える方法であって、前記励起コイルに対する前記第2のコイルの位置を調整するステップを含む、請求項44に記載の方法。
【請求項４６】
前記第2のコイルが、1組の複数の巻線を備える方法であって、前記組内の巻線の数を調整するステップを含む、請求項45に記載の方法。
【請求項４７】
前記第2のコイルが、フェライトコアおよび1組の巻線を備える方法であって、前記組の巻線に対して前記フェライトコアを調整するステップを含む、請求項45または請求項46に記載の方法。
【請求項４８】
前記励起コイルと前記受信コイルシステムとの間の磁気遮へいを構成するステップと、前記磁気遮へいの前記構成を調整するステップとを含む、請求項44から請求項47のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４９】
前記第1のコイルと励起コイルの間の導電性部分を位置決めするステップを含む、請求項44から請求項48のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５０】
前記所定の状態には、前記信号を加えることに応答して、前記受信コイルシステム内に誘起される前記起電力を最小限に抑えるステップが含まれる、請求項44から請求項49のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５１】
電磁誘導に応答し、パッケージの状態に依存する応答特性を有するセンサを備え、前記センサに磁気的に結合される励起コイル、および前記センサに磁気的に結合され、前記センサの応答を決定するための処理システムに接続される受信コイルシステムを備える測定システム内に配置可能である、パッケージの状態を検出する方法であって、
パルス信号の受取りに応答して磁界領域を作成するように、前記励起コイルを構成するステップと、
前記領域内で前記パッケージを位置決めするステップと、
1つまたは複数のパルス信号を前記励起コイルに加えるステップと、
前記処理システムが、それへのセンサの応答を決定するように構成するステップと、
を含む方法。
【請求項５２】
前記受信コイルシステムは、第1のコイルおよび第2のコイルを備え、前記測定システムは、請求項44から請求項50のいずれか一項に記載の前記方法により構成された、請求項51に記載の方法。
【請求項５３】
前記少なくとも1つのパルス信号を前記励起コイルに加えるステップの後に、前記センサの応答を決定するステップを含む、請求項51または請求項52に記載の方法。
【請求項５４】
前記少なくとも1つのパルス信号の立下りエッジに応答して、前記センサの応答を決定するステップを含む、請求項53に記載の方法。
【請求項５５】
前記各パルス信号の連続したエッジ間の前記センサの応答を決定するステップを含む、請求項51から請求項54のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５６】
連続したパッケージを前記領域内に導入するステップと、前記各パッケージについて、そのパッケージの前記センサの応答を決定するステップとを含む、請求項51から請求項55のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５７】
電磁誘導に応答し、パッケージの湿度に依存する応答特性を有するセンサを備え、前記センサに磁気的に結合される励起コイル、および前記センサに磁気的に結合され、前記センサの応答を決定するための処理システムに接続される受信コイルシステムを備える測定システム内に配置可能である、パッケージの湿度を検出する方法であって、
パルス信号の受取りに応答して磁界領域を作成するように、前記励起コイルを構成するステップと、
前記領域内で前記パッケージを位置決めするステップと、
1つまたは複数のパルス信号を前記励起コイルに加えるステップと、
前記処理システムが、それへのセンサの応答を決定するように構成するステップと、
を含む方法。
【請求項５８】
前記センサは、共振周波数、および湿度に依存する減衰特性を有する、請求項57に記載の方法。
【請求項５９】
前記センサは、誘導性容量センサ(inductive-capacitive sensor)である、請求項57または請求項58に記載の方法。
【請求項６０】
電磁誘導に応答するセンサを備えるパッケージの状態を検出するための、励起コイルおよび受信コイルシステムを備えるシステムを構成するステップで使用するためのコンピュータプログラムプロダクトであって、コンピュータ-読取り可能媒体上に実施され、コンピュータシステムに、
前記受信コイルシステム内に起電力を誘起するように、前記励起コイルに信号を加えるステップと、
前記受信コイルシステム内に誘起される前記起電力が所定の条件を満たす構成を識別するために、
前記受信コイルシステム内に誘起される起電力を示すデータを処理すること、
前記処理されたデータを、前記受信コイルシステムの少なくとも1つの以前の構成に対応するデータと比較すること、および
前記受信コイルシステムの前記構成を調整することを含むプロセスを実行するステップと、
を実行させる、1組の命令を含むコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項６１】
環境状態と電磁誘導に応答するセンサとの間の関係を示す較正データを収集するためのデータ収集方法であって、
前記センサは、前記センサに磁気的に結合される励起コイル、前記センサに磁気的に結合される受信コイルシステム、および複数の様々な環境状態を前記センサに加えるための手段を備える測定システム内に配置可能であり、前記受信コイルシステムは、前記センサの応答を決定するための処理システムに接続され、
パルス信号の受取りに応答して磁界領域を作成するように、前記励起コイルを構成するステップと、
前記センサを、前記磁界領域内に配置するステップと、
環境状態を前記センサに加えるように、前記測定システムを構成すること、
パルス信号を前記励起コイルに加えること、
前記センサの応答を決定すること、
前記決定されたセンサの応答を示すデータを記憶すること、および1つまたは複数の様々な環境状態に関して、前記プロセスを繰り返すことを含むプロセスを実行するステップと、
を含むデータ収集方法。
【請求項６２】
前記方法は、前記測定システムを構成するために、前記センサの近傍での湿度を修正するステップを含む、請求項61に記載の方法。
【請求項６３】
前記方法は、前記測定システムを構成するために、前記センサの前記近傍での、どんな1つまたは複数の温度、光レベル、pH、ガス濃度、および圧力をも修正するステップを含む、請求項61または請求項62に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製品用のパッケージまたはパッケージングに関連する環境状態を検出するのに使用するための方法およびシステムに関し、詳細には、摂取用の製品および病状の治療用の製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
薬剤および食品など、保管寿命が有限の製品に関しては、問題が多い。1つのこのような問題は、湿度、温度、圧力、pHなどの環境状態での変化に関し、より具体的には、製品の保管寿命の間に、これらの状態が製品の状態にどのように影響を及ぼすのかに関する。確かに、医療用のディスペンサおよびパッケージング内の湿気の浸入を予測するための様々なシステムおよび方法が存在するが、これら方法は、本質的に、実際の湿気レベルおよびそれに対する製品の応答における変化の両方を推定する理論に基づくモデルである。
【０００３】
環境状態は、当技術分野で知られているように、絶縁体層(誘電体)によって分離された2つの電極を有するコンデンサ、およびワイヤのループまたはコイルとして実施されるインダクタを備える誘導性インダクタ-コンデンサ(LC)同調回路によって測定することができる。キャパシタンスは、電極構造のサイズ、および中に含まれる水分量に依存する絶縁体層の誘電率に依存し、それにより、湿度を測定する手段を実現する。より具体的には、センサの共振周波数は、センサのキャパシタンスに依存しているので、センサは、一連の湿度の値にわたって励起することができ、それに対応する周波数応答が識別され、それにより、共振周波数と湿度状態の間のマッピングを提供する。あるいは、このような状態は、その抵抗特性が、温度、光レベル、pH、ガス濃度および圧力に基づいて変化するインダクタ-コンデンサ-抵抗(LCR)回路を備えるセンサによって測定することができる。LCR回路の場合、抵抗は共振応答の減衰特性を変化させ、その結果、湿度状態のケースでは、一連の温度、光レベルなどにわたってセンサを較正し、後に参照するために減衰特性を正確にマッピングすることができる。
【０００４】
前述の通り、少なくともインダクタおよびコンデンサを備えるセンサは、ある条件下で共振するように、電磁界の存在に応答する。センサ内に共振を誘起するための様々な方法およびシステムがある。通常、励起信号は、(たとえば、磁気誘導により)センサに結合され、この信号は、センサの共振周波数が存在する一連の周波数にわたって掃引する。このような構成が、欧州特許第EP182488号に記載されている。次いで、センサの共振応答は、受信機によって検出され、応答の特性を識別するために処理される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
Ongらの「Design and application of a wireless, passive, resonant-circuit environmental monitoring sensor」、Sensors and Actuators 93(2001年)33〜34頁に記載のシステムなど、知られているシステムでは、微小電気機械システム(MEMS)装置として実施されるセンサを使用することを主張し、励起周波数は20MHzを超える。励起信号および/または応答信号の一方あるいは両方は、パッケージングを通過することが難しい場合があり、導電性のパッケージングの場合には、応答信号および励起信号は、著しく減衰させられることがあるので、あるタイプのセンサ環境、具体的には、センサがパッケージング内に収容されているときには、このような動作周波数は適さない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第1の態様によれば、電磁誘導に応答し、状態に依存する応答特性を有するセンサを備えるパッケージの、前記状態を検出するシステムであって、
前記センサに磁気的に結合可能な励起コイルと、
前記センサに磁気的に結合可能で、センサの応答を決定するための処理システムに接続可能な受信コイルシステムとを備え、
励起コイルは、エッジを有するパルス信号を受け取るために、信号発生器に電気的に接続可能であるシステムが提供される。
【０００７】
本発明の各実施形態では、掃引信号としてではなく、パルスとして励起信号を加えることにより、センサのインダクタ内に起電力を誘起し、起電力の振幅は十分に大きいために、共振応答の減衰の影響が著しく低減させられることが明らかになってきた。減衰が非常に大きな問題となることがある導電性のパッケージングに対して、これは特に有益である。センサは、相対的に言って、導電性のパッケージング材料による減衰が比較的少ない低い周波数で共振することが好ましく、したがって、パルス信号は、低い周波数範囲内で加えられることが好ましい。
【０００８】
システムは、センサの共振を励起することができる信号に応答して動作することができ、それらの信号は、電圧が急激に変化する信号として実現することがもっとも好都合である。このように電圧が急激に変化する信号は、しばしば「エッジ」と呼ばれ、この信号は、単一の立上りエッジまたは立下りエッジを含むことができ、あるいは各々が立上りエッジおよび立下りエッジを含む、1つまたは複数のパルスを含むことができる。各パルス、および実際にはパルスの各エッジは、所定の期間または無作為の時間間隔だけ、以前のパルス(および/またはエッジ)から分離することができ、パルスは、構成可能な掃引周波数および/またはデューティサイクルの周波数パルス列として実施することができる。無作為の時間間隔だけ分離されるエッジについては、時間間隔の大きさは、センサの減衰特性に依存する最小期間に従う。
【０００９】
本発明の第1の態様による構成は、減衰問題に解をもたらすが、パルス信号が励起コイルに加えられるとき、遺憾ながら、受信コイルシステムを介して過渡的な電圧が受け取られ、有効利得を、たとえば100倍までに制限する。
【００１０】
したがって、本発明の第2の態様によれば、電磁誘導に応答し、状態に依存する応答特性を有するセンサを備えるパッケージの、前記状態を検出するシステムであって、
前記センサに磁気的に結合可能な励起コイルと、
前記センサに磁気的に結合可能で、センサの応答を決定するための処理システムに接続可能な受信コイルシステムとを備え、
受信コイルシステムは、受信コイルシステムの少なくとも一部分と前記励起コイルとの間の電磁結合を制御するように構成されるシステムが提供される。
【００１１】
本発明の第2の態様による各実施形態は、第1の態様に関連する問題を克服し、受信コイルシステムの少なくとも一部分と励起コイルとの間の電磁結合を制御する手段を備える。一構成では、受信コイルシステムは、2つのコイルを備え、受信コイルシステム内に誘起される過渡的なスイッチング電圧を制御するように、各コイルのうちの少なくとも1つの構成を調整することにより、電磁結合の制御が実現される。一構成では、第1および第2のコイルは、互いに異なる平面内に配置することができ、受信コイルシステムは、過渡的な電圧レベルを制御するために、励起コイルに対する第2のコイルの位置を変更するための機構を備える。他の構成では、受信コイルシステムは、第2のコイルの巻線のサブセットを選択するためのセレクタを備え、それにより、過渡的な電圧を制御する。さらなる構成では、第2のコイルのフェライトコアは調整可能であり、さらなる構成では、第2のコイルに関連するシールドの量は調整可能である。電磁結合を制御するのに使用される実際の手段は、少なくとも部分的には、実施上の配慮点および制約条件に依存することになる。
【００１２】
第1および第2のコイルの各々は、対応する第1および第2のコイル支持部分を有する支持具に取り付けられることが好ましい。電磁結合の制御が、第2のコイルの位置を修正することによって実現される場合、支持具は、励起コイルに対する第2のコイルの位置を調整するためのアジャスタを有することが好都合である。
【００１３】
励起コイルも、支持具に取り付けることができ、状態の検出時にパッケージを保持するために、支持具には、パッケージを支持するための支持表面または支持部分が含まれ得る。一構成では、支持表面は、第1のコイル支持部分と少なくとも前記さらなるコイル支持部分との間に配置される。パッケージが導電性部分を備えるとき、第2のコイルが励起コイルから分離される第1の位置から、第2のコイルが励起コイルの少なくとも一部分にオーバーラップする第2の位置に移動するように、第2の支持部分は調整可能であることが好ましい。このような構成では、第1のコイル支持部分は、支持表面とさらなる支持部分との間に配置されることが好ましい。
【００１４】
「電磁結合」および「磁気結合」という語句により、各回路間の相互インダクタンスによって、ある回路から他の回路に(ここでは、励起コイルから受信コイルシステムに)エネルギーを転送することを意味することが理解されるであろう。あるいは、これは「誘導性結合」と呼ばれる。
【００１５】
本発明の第3の態様によれば、電磁誘導に応答し、状態に依存する応答特性を有するセンサを備えるパッケージの前記状態を検出するシステムを構成する方法であって、
受信コイルシステム内に誘起される起電力を決定するための処理システムに電気的に接続される前記受信コイルシステムを、支持具構造体上に実装するステップと、
1つまたは複数のパルス信号を受け取るために、信号発生器に電気的に接続される励起コイルを、前記支持具構造体上に実装するステップと、
前記受信コイルシステム内に起電力を誘起するために、前記励起コイルに信号を加えるステップと、
受信コイルシステム中に誘起される起電力が所定の条件に合致する、受信コイルシステムの構成を識別するために、受信コイルシステムを調整するステップとを含む方法が提供される。
【００１６】
所定の条件とは、受信コイルシステム内に誘起される過渡的な電圧が最小になる条件であることがもっとも好ましい。一構成では、受信コイルシステムは、第1のコイルおよび第2のコイルを備え、第2のコイルの各態様は、励起コイルに対して、この構成を確立するために修正することができる。1つまたは複数の導電性部分を備えるパッケージングの場合、方法には、調整を実行する前に、第1のコイルと励起コイルの間に導電性部分を配置するステップが含まれる。
【００１７】
添付図を参照してほんの一例として示される、本発明の好ましい実施形態の以下の説明から、本発明のさらなる特徴および利点が明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
前述の通り、本発明の各実施形態は、パッケージング内に収容され、様々な環境状態にさらされるセンサの共振を誘起することに関する。より具体的には、各実施形態は、励起コイルとセンサの間の磁気誘導を介して、センサ内にエネルギーを誘起するシステムを実現する。励起コイルは、(立上りおよび立下り時間が短い)高速エッジを有する1つまたは複数のパルス励起信号によって駆動され、エッジの各々は、センサの共振を誘起することができる。
【００１９】
このような特徴を実現するシステム1は図1に示され、LCセンサ11、励起コイル13、ピックアップコイル14a、ピックアップコイル14aが受け取る信号を処理するための処理システム17、および励起コイル13に信号を加えるための信号発生器19を備える。次に、図2を参照すると、パルス信号が励起コイル13に加えられるとき、ピックアップコイル14aを介して、過渡的な電圧が受け取られることが分かる。入力が過負荷になるために、この過渡的な電圧は、処理システム17の一部分を形成する増幅器16の性能に悪影響を及ぼし、それにより、有効利得を、たとえば100倍までに制限する。(センサが正しい位置についていない受信コイルシステム15からの出力を示す)図2を見て分かるように、処理システム17の増幅器部分は過負荷になり、波形の初めのセクションは激しく歪む。センサ11の共振特性を識別するために、ピックアップ信号(pickup signal)は、数期間分の共振信号を含む必要がある。有効信号の限られた持続時間、および使用可能なそれらの部分は著しく歪むという事実を考慮して、図1に示されるシステムは、その用途において著しく制限される。
【００２０】
図3には、図1のシステムに関連する問題を克服する、本発明の一実施形態が示してある。より具体的には、システム1aは、受信コイルシステム15の少なくとも一部分と励起コイル13との間の電磁結合を制御するように構成される受信コイルシステム15を備える。一構成では、受信コイルシステム15は、2つのコイル14a、14bを備え、それらのうちの第2のコイル14bは、過渡的な電圧を制御するように、励起コイルに対して調整することができる。図3に示される具体的な構成では、第2のコイル14bの位置は調整できるが、巻数、シールド、またはフェライトコア(および、これら属性のあらゆる組合せ)も、選択的に調整できる。さらに、図3には、受信コイルシステム15を構成する各コイルは、2つの異なる平面内に配置されるものとして示してあるが、電磁結合の制御が、側面への動き、または巻数、またはシールド、またはフェライトコア、またはそれらのあらゆる組合せによってなされることになる場合には、それらのコイルは、あるいは同じ水平面内に配置することもできる。
【００２１】
図4に移ると、増幅されたピックアップ信号の、(立上りエッジ41を有する)パルス信号に応答する過渡状態からのひずみが非常に小さくなるように、受信コイルシステム-より具体的には、第2のコイルの関係物の構成-を調整できることが分かる。次いで、これにより、センサ11の応答の高利得増幅が可能となる。
【００２２】
次に図5に移ると、図3に示される構成例について、励起コイルおよび受信コイルシステムを位置決めするための構造体を説明することになる。第1および第2のコイルの各々は、平面21a、21b内に配置され、対応する第1および第2のコイル支持部分27a、27bを有する支持具25に取り付けられる。支持具25は、励起コイルに対する第2のコイルの位置を調整するためのアジャスタ23をさらに備える。もっとも簡略な構成では、アジャスタは、支持具体25に対して、第2の支持部分27bをそれぞれ固定または自由にするために、第2のコイル支持部分27bを貫通し、支持具体25と結合または分離するグラブねじとして実施される。第2の支持部分27bは、自由であるときには、支持具体25の長手方向に沿って移動することができ、それにより、励起コイル13に対する第2のコイル14bの位置を変更する。励起コイルは、支持具25のさらなる支持部分29に取り付けられ、様々な部分27a、27b、29は、ねじ24(それらのうちのほんのわずかだけが図に表示されている)などの固定手段によって相互接続された数枚の板(表示なし)によって安定化される。構造体には、センサ11を備えるパッケージ10を支持するための表面28も含まれる。
【００２３】
図6には、センサ11が表面28上に配置されるときの、励起コイル13に加えられるパルス信号の立上りエッジ41に応答する信号プロセッサ17の出力が示してある。見て分かるように、受信コイルシステム15は、センサ11の共振応答を、ほとんどまたはまったくひずみなしで捕捉する。図7には、デューティサイクルが50%のパルス信号の、立上りおよび立下りエッジ41、71に応答する出力が示してある。図8には、デューティサイクルが20%のパルス信号に対する出力が示してある。図9には、単一のパルス信号に対する出力が示してある。図9に関しては、パルスは、短い遅延で分離された立上りおよび立下りエッジ41、71を含むことが分かる。センサ11の応答を検査すると、遅延は、センサ11の共振が減衰するのに要する時間よりも短く、実際には、表示91で示されるような第2の妨害となる共振挙動をトリガすることが分かる。これは、デューティサイクルが20%で、結果として、立上りおよび立下りエッジ41、71が、センサ11の共振が減衰するのに要する時間よりも長い期間によって分離される、図8に示されるパルス入力信号と対照的である。
【００２４】
図4および6〜9に示されるように、センサ11は、立上りおよび/または立下りエッジ41、71が急峻なパルス信号によって励起することができる。共振に関与する技術的な特徴は、励起コイル13を介して流れる電流における変化速度に関連する。というのも、これにより、センサ11のインダクタ内に特定の速度で起電力が誘起されるからである。より具体的には、この入力パルスは、複数の信号の平均を表すものとみなすことができ、それらの信号の1つは、センサ11の共振周波数に対応する。したがって、パルスが、センサ11の共振周波数に対応する複数の信号を含む場合には、たとえば、各パルスの立上り(および立下り)の開始および終了においてエッジの角が取れた入力信号を使用して、励起コイル13を励振することもできることが理解されるであろう。図10には、入力パルスの共振応答と立上り時間の間の関係(すなわち、センサの共振を誘起する能力)が示してある。見て分かるように、立上り時間が遅いほど、したがって励起コイル13を介する電流の変化速度が遅いほど、共振応答の振幅は低くなる。
【００２５】
ここで図11に移ると、受信コイルシステムがセンサ11の周りに分散され、磁界を集中させ検出可能なセンサの応答の振幅を最大化するために、ピックアップコイル14a、励起コイル13およびセンサ11の間に広がる磁界が限定された領域内に集中させられる、代替の構成1bを次に説明する。したがって、この構成1bは、センサ11の応答が著しく減衰させられる導電性部分(たとえば、金属性シート)を、少なくとも部分的に備えるパッケージ10内の状態を測定するのに特に適しており、受信コイルシステム15によって受け取られる信号の重要な成分である励起結果の可能性をもたらす。図12および13も参照すると、第2のコイル14bは、第2の支持部分27bの外面上に配置され、第2の支持部分27b は、部分27b-および確かに第2のコイル14b-が、励起支持部分29(およびコイル13)上を、第1の位置P1から第2の位置P2までスライドすることを可能にするための空洞部分111を備える。このオーバーラップ機能(overlapping feature)は、受信コイルシステム15の調整範囲をさらに増大させ、それにより過渡的な電圧が最小レベルになる構成を識別する可能性を改善する手段を提供する。この構成では、支持表面28-および、したがってパッケージ10-は、励起コイルと第1のコイル13と14aの間に配置される。
【００２６】
上記の内容、および具体的には図4から分かるように、過渡的な電圧の影響が低減させられる構成を識別するために、受信コイルシステム15を構成する必要がある。その一手順に含まれる各ステップは、次に参照されることになる図14に示される。ステップS1401およびS1403では、第1のコイル14a および励起コイル13は、支持具25上に配置される。次いで、第2のコイル14bが配置され(S1405)、信号が励起コイル13に加えられる(S1407)。受信コイルシステム15内に誘起される信号は、処理システム17によって測定され(ステップ1409)、第2のコイル14bの位置は、過渡的な電圧の振幅が最小になるまで調整される。次いで、第2のコイル14bの位置は、受信コイルシステム15の好ましい構成を定義する。1つまたは複数の導電性部分を備えるパッケージングの場合、構成方法は、さらなるステップ、すなわち、信号を励起コイル13に加えるのに先立って、代表的な導電性部分の位置決めをするステップを含む。
【００２７】
前述の通り、システムを使用して、一連の環境状態に対するセンサの応答を決定し、それにより、予測モデルを妥当性検査するため、ならびに/または、製品監視および妥当性検証の実行の一環としてパッケージングを試験するための基準として使用することができる基準データのリポジトリを提供することができる。ほんの一例として、また図15を参照しながら、次に、一連の湿度状態にわたって周波数応答を得るのに使用するための機器を説明することになる。図15には、ほぼ2〜95%の範囲での相対湿度を生成する較正機器1501が示してある。加湿されたガスは、パッケージ11を通過し、すでに較正された相対湿度(RH)基準メータ1503を備える室を通過する。乾燥ガスおよび加湿ガスの組合せを制御するために、湿度は、2つのフローバルブ1505a、1505bを調整することにより、手動で制御される。フローバルブ1505a、1505bは、複数の湿度状態を設定するために調整され、各々の状態について、センサ11の共振応答は、測定システム1(図15には図示せず)によって測定される。
【００２８】
図3に戻って参照すると、処理システム17-より具体的には、コンピュータ18-は、処理装置(CPU)、メモリ、ハードディスクドライブ、および処理システム17のコンピュータと他の構成部品の相互接続をうまく進める入出力装置を備える。オペレーティングシステムプログラムは、ハードディスクドライブ上に記憶され、知られている方式で、コンピュータ18の低水準演算(low level operation)を制御する。コンピュータには、ディスプレイおよびキーボード(図示せず)も含まれ、キーボードは、知られている技法により、オペレータからの入力を受け取り、入出力装置を介して、入力をO/Sプログラムに渡す。これら従来の構成部品に加えて、較正された湿度メータ1503によって測定されるRH値を示すデータに関連して、共振応答を示すデータを受け取り、その周波数を解析し、それらを示すデータを記憶するための特定用途向けのコンピュータソフトウェア(bespoke computer software)を用いて、コンピュータ18が構成される。ソフトウェアは、湿度と共振応答の間の関係を特徴づける一般式(general expression)を識別するための近似関数(図示せず)を含む。一連の湿度状態についてのソフトウェアの出力は、図16に示される。
【００２９】
次いで、式(この場合は多項式)を使用して、センサ11を備え、試験区域28の上または中に配置され、共振特性を示すデータを得るパッケージに関して、湿度を推定することができる。
【００３０】
前述の説明は、受信コイルシステム15の構成を修正する様々な方式に言及する。すなわち、励起コイル13に対して第2のコイル14bの位置を変更すること、および/または第2のコイル14bを構成する巻線の数を選択的に修正すること、および/または第2のコイル14bに関連するフェライトコアの大きさおよびタイプを修正すること、および/または構成可能な量のシールドを第2のコイル14bに加えることによって修正する。シールドに関しては、あるレベルの磁気遮へいを介して、受信コイルシステム15と励起コイル13の間のインダクタンスへの修正を達成することができる。第2のコイル14bの巻線の場合、それへの修正は、第2のコイル14bの巻線に沿った様々な点で接続を形成し、それにより第2のコイル14bに関連する能動状態の巻線の数を修正する、タッピング手段(tapping means)(図示せず)によって達成することもできる。受信コイルシステム15に関連するフェライトを修正することに関しては、フェライトコアと巻線の間で、ある量の相対運動があり、コアは、いくつかの位置を介して、巻線に対してフェライトコアを移動させるよう動作することができる調整機構に関連するように、第2のコイル14bを構成することもできる。図5、12および13に示される各構成には、各々が互いに異なる水平面に配置されている2つのコイル14a、14bを備える受信コイルシステム15が示してあるが、2つのコイルは、同じ水平面に配置することもでき、励起コイル13と第2のコイル14bとの間のインダクタンスは、励起コイル13に対する第2のコイル14bの側面への動きによって修正することもできる。
【００３１】
上記の説明では、センサは、LC同調回路を備えるものとして記述されているが、センサは、あるいは、共振応答の減衰特性での変化から同調回路の抵抗の変化を測定することができる、LCR回路を備えることもできる。本発明の各実施形態との関連で、減衰特性は、図6、より具体的には曲線61を参照しながらもっともよく説明することができ、曲線61は、センサ11の共振応答の外部包絡線を定義する。センサ11の抵抗が変化する結果、曲線61の傾斜が変化し、湿度の場合に前述したように、温度、圧力、pH、光レベルなど(各々により、センサ11の抵抗が変化する)の各々に対するセンサ11の応答は、様々な曲線形状61を具体的な環境状態(および、それらの組合せ)に帰するために、較正されることになる。湿度測定との関連で前述したソフトウェアには、曲線61を記述する式を識別するためのアルゴリズムがさらに含まれることになる。アルゴリズムは、各共振サイクルのピークを識別し、曲線61に沿った点としての各ピークを含む式を識別することが好ましい。
【００３２】
受信コイルシステム15および励起コイル13は、一連の様々な構成部品によって実施できることが、当業者には理解されよう。ほんの一例として、図3に示される構成では、第1および第2のコイル14a、14bは、Kynar(商標)社製のワイヤを3巻にした直径10mmのループを備えることができ、励起コイル13は、Kynar(商標)社製のワイヤを25巻にした直径45mmのループを備えることができる。センサ11がLCセンサとして実施されるとき、コイルは、Coilcraft社から部品番号D01605T-105KXBで入手可能な、インダクタンスが1mHの表面実装デバイス(SMD)型のインダクタとすることができ、コンデンサは、相対湿度75%において公称キャパシタンスが500pFである、部品番号H6100のGefran社製のRHセンサとすることができる。図11に示される構成に関しては、第1のコイル14aは、Kynar(商標)社製のワイヤを4巻にした直径10mmのループを備えることができ、第2のコイル14bは、Kynar(商標)社製のワイヤを10巻にした直径15mmのループを備えることができ、励起コイル13は、Kynar(商標)社製のワイヤを25巻にした直径10mmのループを備えることができる。LCセンサとして実施されているセンサ11に関しては、コイルは、EPCOS社製の部品番号B82442A1106K、定格10mHのSMDインダクタとすることができ、コンデンサは、相対湿度75%において公称キャパシタンスが500pFの、部品番号H6100のGefran社製のRHセンサとすることができる。
【００３３】
上記の各実施形態は、本発明の例示的な例として理解すべきである。本発明のさらなる実施形態が想定される。いかなる一実施形態に関して記述されるどんな特徴も、単独で、または記述された他の特徴と組み合わせて使用されてもよく、各実施形態のうちの他のどんな実施形態の1つまたは複数の特徴、あるいは各実施形態のうちの他のどんな実施形態のいかなる組合せと組み合わせて使用されてもよいことを理解されたい。さらに、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲から逸脱することなく、前述されていない均等物および修正形態を利用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】センサ内での共振を誘起し測定するように構成される励起コイルおよびピックアップコイルを備えるシステムを示す概略図である。
【図２】図1のピックアップコイル内に誘起される電圧を表す図である。
【図３】センサ内での共振を誘起し測定するように構成される励起コイルおよび受信コイルシステムを備える、本発明の一実施形態によるシステムを示す概略図である。
【図４】センサがない場合に、図3の受信コイルシステム内に誘起される電圧を表す図である。
【図５】図3に示される励起コイルおよび受信コイルシステム用の支持具構造体を示す概略側面図である。
【図６】センサが、第1のタイプの励起信号用の支持具構造体に取り付けられるときに、図3の受信コイルシステム内に誘起される電圧を表す図である。
【図７】センサが、第2のタイプの励起信号用の支持具構造体に取り付けられるときに、図3の受信コイルシステム内に誘起される電圧を表す図である。
【図８】センサが、第3のタイプの励起信号用の支持具構造体に取り付けられるときに、図3の受信コイルシステム内に誘起される電圧を表す図である。
【図９】センサが、第4のタイプの励起信号用の支持具構造体に取り付けられるときに、図3の受信コイルシステム内に誘起される電圧を表す図である。
【図１０】励起パルスの立上り時間とセンサ共振の振幅との間の関係を表す図である。
【図１１】センサ内での共振を誘起し測定するように構成される励起コイルおよび受信コイルシステムを備える、本発明の他の実施形態によるシステムを示す概略図である。
【図１２】図11に示される励起コイルおよび受信コイルシステム用の支持具構造体を、第1の位置で示す概略側面図である。
【図１３】図11に示される励起コイルおよび受信コイルシステム用の支持具構造体の、第2の位置での概略側面図である。
【図１４】図3および5に示される受信コイルシステムを構成するのに必要となる各ステップを示す流れ図である。
【図１５】センサ特性と環境状態の間の関係を示すデータを収集するのに使用するためのデータ収集システムの構成部品を示す概略図である。
【図１６】図15に示されるシステムによって収集されるデータを表す図である。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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