CA Patent 2280142 - DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING CODED HIGH-FREQUENCY SIGNALS

Description

Beschreibung Anordnung und Verfahren zur Erzeugung kodierter Hochfrequenzsignale Es ist bekannt, Hochfrequenzenergie und -signale mit Hilfe von niedrigfrequenter elektrischer Energie, z.B. (Batterie-) Gleichstrom-, Netzfrequenzstrom- und dgl. Energie aus �hnlichen Energiequellen zu erzeugen. Weit verbreitet sind netzgespeiste Hochfrequenzsender und batteriegetriebene HF Sendeger�te wie Funkger�te, Mobiltelefone (Handy) oder schnurlose Telefone bekannt. Mit solchen Ger�ten k�nnen nicht-kodierte, vorzugsweise jedoch kodierte/modulierte Hochfrequenzsignale f�r vielf�ltige Funk-Informations �bertragungen ausgesendet werden. F�r die F�lle des Batteriebetriebs kann auch Solarenergie als prim�re Energiequelle dienen, mit deren Hilfe eine wiederaufladbare Batterie bzw. ein Akkumulator bei Vorhandensein ausreichender Beleuchtung wieder aufgeladen bzw. in seinem Ladezustand gehalten werden kann.

Es ist auch bekannt, physikalische und dergleichen Daten, Messgr�ssen usw. fernabzufragen. Ein Beispiel f�r eine derartige Fernabfragung ist z.B. ein Fernthermometer, mit dem die Temperatur, z.B. eines Heisskessels, gemessen und an vom Kessel entferntem Ort angezeigt wird. Ein rein elektrisch arbeitendes Fernthermometer hat daf�r eine zweiadrige elektrische Leitung zwischen dem temperaturempfindlichen F�hler und dem eigentlichen Anzeigeger�t.

Bekannt sind auch fernabfragbare Einrichtungen, bei denen die Verbindung zwischen F�hler und Anzeigeger�t eine �bertragung auf dem Funkwege ist. Die Daten�bertragung erfolgt zwar drahtlos, jedoch ist am Ort des F�hlers, n�mlich f�r den Sender, eine Quelle f�r elektrische Energie erforderlich.

Soll vollst�ndig drahtlose Verbindung vorliegen, bedient man sich daher einer elektrischen Batterie-Energiespeisung am Ort der Datenabfrage (sofern dort nicht anderweitig eine elektrische Quelle zur Verf�gung steht). Bekannt sind weiterhin fernabfragbare Einrichtungen ohne elektrische Versorgung am F�hler, bei denen die f�r die Daten�bertragung n�tige Energie drahtlos mit einem entsprechend energiereichen und breitbandigen Abfrageimpuls in eine Oberfl�chenwelleneinrichtung eingekoppelt und von dort nach geeigneter Signalverarbeitung passiv zur�ckgesendet wird. Nachteilig daran ist jedoch, dass der energiereiche Abfrageimpuls regelm�ssig und um so �fter ausgesendet werden muss je genauer die Messgr�sse ermittelt bzw. beobachtet werden soll.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, f�r einen spezielleren Betriebsfall eine vorteilhaft anzuwendende Erzeugung der f�r einen solchen Sender notwendigen elektrischen Energie anzugeben. Dieser speziellere Betrieb besteht darin, nur in lediglich relativ kurzen interessierenden Zeitintervallen eine Funk-Informations�bertragung durchzuf�hren, wobei die L�nge eines jeweiligen solchen Zeitintervalles klein (z.B. nur 1 Promille und kleiner) ist gegen�ber den Pausen zwischen solchen aufeinanderfolgenden Zeitintervallen.

Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung nach Anspruch 1 gel�st. Vorteilhafte Ausgestaltungen sowie ein Verfahren zur Erzeugung kodierter Hochfrequenzsignale gehen aus weiteren Anspr�chen hervor.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, vorzugsweise aus dem Blickwinkel der Einsparung technischen Aufwandes und auch minimierter Wartung ein Prinzip zu finden, das eine f�r den jeweiligen Fall v�llig ausreichende Funk-Informations�bertragung unter Aufwand anderer als elektrischer Prim�renergie erm�glicht.

Den Beschreibungen einzelner Beispiele vorausgeschickt sei kurz umrissen das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip ge nannt, zu dessen eingehenderem Verst�ndnis die dann noch nachfolgenden Beschreibungsteile dienen.

Erw�hnt ist bereits der Fall der photovoltaischen Umwandlung, die jedoch bekanntermassen und ersichtlich nur eingeschr�nkt nutzbar zu machen ist. Sie ist abh�ngig von ausreichendem Lichteinfall und meist nur in Verbindung mit Energiespeicherelementen - Akkumulatoren - vern�nftig nutzbar.

Die Erfindung ist darauf ausgerichtet, bisweilen sogar in sehr grosser Menge verf�gbare Energie, hier als aus der Umgebung verf�gbare Prim�renergie bezeichnet, zu nutzen, um erfindungsgem�ss elektrische Energie zum Erzeugen eines hochfrequenten Signals (Funksignal) bereitzustellen.

Solche �blicherweise nicht genutzten Prim�renergien sind mechanische Verformungsenergie, insbesondere Druck oder andere Kr�fte, Reibungskr�fte (Niedrigtemperatur-) W�rmeenergie, Beschleunigungskr�fte, Strahlung, schwingende Massen und dergleichen. Soweit hier Kr�fte angef�hrt sind, wird f�r die Erfindung deren zeitlicher oder �rtlicher Gradient genutzt, der zu einer Energie �quivalent ist.

Als Beispiele bislang ungenutzter Prim�renergien seien die f�r die Bet�tigung eines elektrischen Schalters prinzipiell erforderliche Druck-/Verformungsenergie, mit r�umlichem oder zeitlichem Temperaturgradienten verf�gbare W�rme, z.B. eines Heizk�rpers, und Beschleunigungsenergie einer schwingenden seismischen Masse, z.B. in einem Fahrzeug. Geeignet als Prim�renergien sind auch R�tteln, Vibrieren, Luftbewegungen, Diese beispielhafte Aufz�hlung ist betreffend die Erfindung nicht ersch�pfend und in keiner Weise als Beschr�nkung der Anwendung des Erfindungsprinzips zu sehen.

Das integrale Prinzip der Erfindung besteht im wesentlichen darin, aus solcher Prozessenergie einen Energieanteil abzu zweigen und diesen zun�chst in wie hier definiert niederfrequente elektrische Energie umzuwandeln. In allgemeinster Form wird erfindungsgem�ss darunter bereits die Trennung von Ladungen verstanden, wie sie z.B. als elektrostatische Aufladung durch Reibung entsteht. Als niederfrequent wird erfindungsgem�ss auch das Erzeugen einer Spannung mit langsam ansteigender Amplitude verstanden. Auch die in pyro- oder piezoelektrischen sowie in photovoltaischen Bauelementen erzeugte Spannung l�sst sich erfindungsgem�ss nutzen.

Ein n�chster Schritt ist, diese sogenannte niederfrequente elektrische Energie in hochfrequente elektrische Energie zu transformieren. Dazu kann erfindungsgem�ss ein Element mit nicht-linearer Kennlinie (nicht-lineares Element) dienen.

Darunter wird im Sinne der Erfindung ein Element verstanden, dessen Verhalten sich in Abh�ngigkeit von der angelegten Spannung ab einem bestimmten Grenzwert oder in einem Grenzwertbereich sprunghaft �ndert. Als Ergebnis erzeugt ein solches Element einen Stromimpuls mit steiler Flanke, was im Frequenzbereich einem Hochfrequenzsignal entspricht.

Je nach der Bandbreite dieses Hochfrequenzsignals ist es gegebenenfalls n�tig, daraus ein schmalbandigeres Frequenzspektrum herauszufiltern. M�glich ist es jedoch auch, ein nicht-lineares Element zu verwenden, das f�r sich bereits ein ausreichend schmalbandiges Hochfrequenzsignal erzeugt.

Damit gelingt es, den vollen Energiegehalt des Hochfrequenzsignals zu nutzen.

Ein weiterer Schritt der Erfindung ist, diese hochfrequente elektrische Energie mit einer Information zu kodieren und als kodiertes (schmalbandiges) Hochfrequenzsignal auszusenden.

Diese Kodierung kann zur Identifizierung geeignet sein und/oder noch andere Informationen enthalten, z.B. �ber die Art und Gr�sse von auf die Kodierungseinrichtung einwirkenden Parametern. Dies k�nnen bestimmte physikalische Gr�ssen wie etwa eine Temperatur, eine Kraft oder ein Impedanzsprung sein, ebenso aber auch chemische oder biologische Parameter, z.B. Konzentration und/oder Art von Gasen, D�mpfen, Fl�ssigkeiten, Stoffen oder biologischem Material wie z.B.

Viren oder Genen.

Ausgesendet wird ein kodiertes Hochfrequenzsignal, dessen Energieinhalt bei gegebenenfalls vorgenommenener Schmalbandselektion zwangsl�ufig relativ gering ist, jedoch trotzdem im Anwendungsrahmen der Erfindung ausreichend gross ist. �berraschend ist, dass trotz eines geringen Umsetzungsgrades der genutzten Prim�renergie hin zur Energie des erzeugten kodierten Hochfrequenzsignals keinerlei Problem hinsichtlich der nutzbringenden Anwendung der Erfindung besteht.

Hierzu ist erg�nzend darauf hinzuweisen, dass die (in angemessen begrenzter Entfernung positionierte) Funk-Empfangsstation in an sich bekannter Weise so ausgebildet und ausgestaltet ist, dass sie die Information des empfangenen (kodierten) schmalbandigen Hochfrequenzsignals erfassen kann.

Auf der Funkempfangsseite ist dies deshalb kein Problem, weil dort die energetische Versorgung des Empf�ngers in herk�mmlicher Weise, z.B. durch ein Stromnetz, Batterien oder dgl.

gew�hrleistet werden kann.

Dem vertieften Verst�ndnis der Erfindung dienen die weiteren Erl�uterungen/Beschreibungen von Ausf�hrungs-/ Anwendungsbeispielen und der dazugeh�rigen Figuren.

Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild des Energieflusses.

Figur 2 zeigt das Prinzip eines Aufbaues.

Figur 3 zeigt einen integrierten Aufbau in schematischer Draufsicht Figuren 4a und 4b zeigen zwei Ausf�hrungen eines integrierten Aufbaus in der Seitenansicht (schematisches Schnittbild).

Figuren 1 und 2: Gem�ss dem Blockschaltbild nach Figur 1 ist ein Wandler 10 vorgesehen, der (die) jeweils zur Verf�gung stehende Prozess-energie in elektrische Energie umwandelt.

Beispiele f�r einen solchen Wandler 10 sind ein piezoelektrisches Element zur Umwandlung von Druck /Verformungsenergie, ein pyroelektrischer K�rper, ein Thermoelement-Paar, ein Element mit Seebeck-/ Peltier-Effekt oder dgl. zur Transformation von W�rmeenergie mit Temperaturgradient, ein elektrodynamisches oder piezoelektrisches System zur Umsetzung von Schwingungs- / Beschleunigungs�nderungs-Energie in diese (hier f�r alle diese Beispiele) als niederfrequent definierte (elektrische) Energie. Auch Solarzellen sind geeignet. M�glich ist es auch, als Wandler (10) ein Reibungselement zu verwenden, bei dem die Reibung zwischen zwei sich unterschiedlich aufladenden Materialien eine elektrostatische Spannung als niederfrequente Energie erzeugt.

Die H�he der erforderlichen Spannung richtet sich nach dem nichlinearen Element und reicht von einigen hundert bis tausend Volt f�r eine Funkenstrecke �ber einige zehn bis zwanzig Volt f�r Halbleiter-Bauelemente bis zu wenigen Volt, wie sie f�r Relais ausreichend sind.

Mit 11 ist ein nicht-lineares Element bezeichnet. Es dient der Transformation dieser sogenannten niederfrequenten Energie in hochfrequente Energie unter Einbezug eines inneren Schaltvorganges zur Ausl�sung eines in Zeitabst�nden erfolgenden �berganges aufgespeicherter Niederfrequenzenergie in Energie, die dann hochfrequente Eigenschaft annimmt/angenommen hat. Beispiele f�r ein solches nicht-lineares Element sind insbesondere eine Funkenstrecke, oder eine Gasentladungsr�hre. Geeignet ist auch eine Diode mit beispielsweise Varaktor- oder Avalanche-Effekt oder ein Thyristor oder ein�hnlich wirkendes Halbleiterbauelement. Prinzipiell sind auch Schalter oder Relais geeignet, die zur Schaltung der teilweise geringen Str�me der niederfreqenten elektrischen Energie geeignet sind und ein entsprechendes nicht-lineares Verhalten zeigen. Beispielhaft seien hier Silizium Mikrorelais und Relais mit piezoelektrischer Zunge angef�hrt.

Als Kodierungseinrichtung 12 mit gegebenenfalls zus�tzlicher Filtereigenschaft kommt eine Vielzahl von Anordnungen in Betracht. Insbesondere eignen sich hierf�r mit Oberfl�chenwellen (OFW/SAW), Scherwellen oder oberfl�chennahen Volumenwellen arbeitende Anordnungen. Dies k�nnen Resonator Anordnungen oder ggf. dispersive oder angezapfte Verz�gerungsleitungen sein. Auch elektroakustische Wandler allgemein sind geeignet, ebenso dielektrische Filter, mechanische Filter, Koaxial-Keramikfilter, Volumenschwinger z.B. Schwingquarze oder LC-Schwingkreis-Filter oder dgl.. Als piezoelektrische Materialien f�r solche elektroakustischen Wandler sind insbesondere geeignet Lithiumniobat, Lithiumtantalat, Quarz, Li2B407 oder Langasit (Lanthan Gallium-Silizium-Oxid).

Als Kodierungseinrichtung k�nnen vorteilhaft auch elektroakustische Wandler mit Pulskompression (spread spectrum comunication oder Breitbandkodierverfahren) eingesetzt werden. Diese erlauben eine �bertragung des kodierten HF Signals, die besonders st�rsicher ist und damit gesch�tzt gegen nat�rliche (HF-) St�rungen oder gegen absichtliche unautorisierte Beeinflussung des kodierten Signals. Dies sind z.B. die genannten dispersiven oder angezapften Verz�gerungsleitungen.

Das Hochfrequenzsignal kann in einem beliebigen f�r die Funk�bertragung bekannten oder geeigneten und mit den genannten Filtern oder Kodierungseinrichtungen erzeugbaren Frequenzbereich liegen, z.B. von wenigen Kiloherz bis zu mehreren Gigaherz.

Nachfolgend werden spezielle, praktisch anwendbare Ausf�hrungsformen zur Erfindung beschrieben. Eine erste Ausf�h rungsform gem�ss der Figur 2 ist z.B. als ein Schalter zum Einschalten eines Ger�tes, einer Beleuchtung und dgl. zu verwenden. Ein sehr interessantes Anwendungsbeispiel ist der Lichtschalter in R�umen, mit dem von Hand die Beleuchtung ein- bzw. ausgeschaltet wird. Dieser Schalter bedarf �berhaupt keiner Zuleitung und kann ohne jegliche elektrische Kabel-Installationsarbeit an der Wand oder dgl. angebracht werden. Bei Dr�cken des Schalters erfolgt mit Hilfe der Erfindung das Aussenden eines Hochfrequenzsignals, und zwar ohne dass diesem Schalter von aussen elektrischer Strom zugef�hrt wird. Ein irgendwo im Raum, z.B. in der N�he der Lampe, angebrachter Empf�nger spricht auf das Hochfrequenzsignals an und schaltet diese Beleuchtung drahtlos ferngesteuert ein bzw. aus. Die Figur 2 zeigt schematisch den Aufbau des die wesentlichen Gedanken der Erfindung umfassenden Teils eines erfindungsgem�ss Prozessenergie nutzenden drahtlosen Schalters mit Funksignalen. Der Wandler 10 wird (wie ein konventioneller Druckschalter) mit Fingerdruck P beaufschlagt und dieser Druck P erzeugt in dem hier piezoelektrischen Element des Wandlers 10 eine Piezospannung. Als piezoelektrische Materialien f�r solche Wandler sind neben den f�r die elektroakustischen Wandler genannten insbesondere noch PVDF (Polyvinylidendifluorid) und ferroelektrische fl�ssigkristalline Elastomere (FLCE) geeignet.

Ein solcher Schalter kann auch als Aktor ausgebildet sein, mit dem ein HF-Signal erzeugt und ausgel�st wird, dem mittels der Kodierung eine Informamtion �ber eine Umgebungsparameter aufgepr�gt werden kann.

Zur Erzeugung einer hohen Piezospannung eignet sich insbesondere eine mechanische Bet�tigungsvorrichtung mit �ber-Totpunkt-Feder, die bei einer Belastung �ber den Totpunkt hinaus schlagartig mit der eingestellten (mechanischen) Vorspannung auf den Wandler einwirkt.

Der Wandler 10 umfasst integral oder erg�nzend eine elektrische Aufladekapazit�t 10', die die erzeugten bzw.

getrennten Ladungen bis zur Ausl�sung des nicht-linearen Elements speichert. Die innere Kapazit�t von Piezo- oder Pyrowandlern kann dazu ausreichend sein.

In dem dargestellten Stromkreis ist als nicht-lineares Element 11 z.B. eine Funkenstrecke vorgesehen, in der im Augenblick, in dem die piezoelektrisch erzeugte Spannung gen�gend hoch angestiegen ist, ein Funken�berschlag erfolgt.

Eine solche Funkenstrecke erf�llt die f�r das Funktionieren der Erfindung zu erf�llende Bedingung eines z.B. im Nanosekunden-Bereich erfolgenden elektrischen (Strom-)Durchbruchs zur Umsetzung in Hochfrequenzenergie. Alternativ k�nnen wie bereits erw�hnt auch andere Elemente mit entsprechend schnellem Durchbruchsverhalten verwendet werden.

Der Strom dieses Funken�berschlags geht durch eine Induktivit�t, z.B. ein breitbandiges Filter 20, um den Stromkreis zu schliessen. Der in dieser Induktivit�t 20 auftretende Spannungsabfall speist die Interdigitalstruktur 22 (Wandlerelektroden) eines Oberfl�chenwellenfilters 21. In diesem wird bekanntermassen eine mechanische/akustische Welle erzeugt. Die Kodierung kann durch spezielle Ausgestaltung der Interdigitalstruktur auf der Eingangs- und/oder Ausgangsseite des Filters erfolgen. Auch kann ein gem�ss einer Kodierung angeordnetes Musters 23 von Reflektorstreifen vorgesehen werden, deren "Echos" die Kodierung bilden. Wird im Filter eine Kavit�t ausgebildet, kann sich eine resonante Schwingung ausbilden, deren genaue Frequenz die Kodierung bildet. Am Filterausgang wird das kodierte Signal erhalten.

Im Ausf�hrungsbeispiel f�hrt das Zusammenwirken der Interdigitalstruktur und der Reflektorstreifen bekanntermassen dazu, dass an den Dipolen der dargestellten Antenne 24 das voranstehend beschriebene (hier mit dem Kode der Struktur 23 kodierte) Hochfrequenz-Funksignal auftritt und zu dem oben erw�hnten Empf�nger ausgesendet wird. Eine als reflektierende Verz�gerungsleitung arbeitende Oberfl�chenwellenanordnung liefert eine Kodierung im Zeitbereich und eine als Resonator arbeitende Anordnung (in der Figur nicht dargestellt) liefert eine Kodierung im Frequenzbereich. Auch dabei l�sst sich die Kodierung in Abh�ngigkeit eines Umgebungsparameters vornehmen.

Zur Beschreibung einer anderen Ausf�hrungsform der Erfindung gen�gt wieder die Figur 2. Bei einer Ausf�hrungsform zur Nutzung von thermischer Prozessenergie ist der Wandler 10 z.B.

ein mit Elektroden versehener pyroelektrischer K�rper (Pyroelement). F�r diese Ausf�hrungsform stellt der Pfeil P die Zufuhr von W�rmeenergie dar. Zur erfindungsgem�ssen Nutzung ist es erforderlich, dass diese thermische Prim�renergie einen z.B. zeitlichen Temperaturgradienten hat. Dies liegt z.B. bei (wie zur Raumheizung benutzten) Heizk�rpern mit thermostatischer Regelung vor, die Temperaturschwankungen des Heizk�rpers im Bereich von einigen Grad Kelvin bewirkt, die f�r die erfindungsgem�ssen Zwecke (wenn auch �berraschenderweise) v�llig ausreichend sind. Bei dieser beschriebenen Ausf�hrungsform erf�hrt der Wandler 10 abwechselnd Erw�rmung und Abk�hlung, was zu Ausbildung von am Pyroelement anliegender Spannung wechselnder Gr�sse und Polarit�t f�hrt. Das nicht-lineare Element, auch hier kann dies wieder eine Funkenstrecke sein, bewirkt, dass bei Erreichen einer bestimmten (positiven oder negativen) Spannungs�nderung ein Funken�berschlag erfolgt, der die Vorg�nge ausl�st, die bereits zur piezoelektrischen Ausf�hrungsform vorangehend beschrieben sind.

Ein diesbez�glich besonders interessanter Anwendungsfall ist die bisher mit anderer Energieversorgung arbeitende an sich bekannte Fern-Erfassung von W�rmeverbrauchs-Daten von Raumbeheizungen. Eine wie beschriebene Ausf�hrungsform gem�ss dem Prinzip der Erfindung kann daf�r, n�mlich ohne elektrische Energiezufuhr, sogar in zweifacher Weise vorteilhaft verwendet werden. Der zweite Vorteil besteht darin, dass in an sich im Prinzip bekannter Weise das Oberfl�chenwellenelement 21 auch zur direkten Temperaturmessung verwendet werden kann.

Die Mittenfrequenz bzw. Laufzeit des schmalbandigen Hochfrequenz-Ausgangssignals des Oberfl�chenwellenwandlers ist bzw.

kann temperatursensitiv (ausgef�hrt) sein. Steht dieses Oberfl�chenwellenelement mit dem z.B. Heizk�rper in thermischer Verbindung, kann mit der erfindungsgem�ssen Ausf�hrungsform in einer Einheit sowohl die Temperatur gemessen werden als auch mit zugef�hrter W�rme die notwendige elektrische Energie f�r den erfindungsgem�ss bewirkten Hochfrequenz-Sendevorgang erzeugt werden. Jedes Signal zeigt damit einen Temperaturwechsel bzw. einen Schaltvorgang an und liefert gleichzeitig die entsprechende auf den Wandler (Pyroelement) einwirkende Temperatur. M�glich ist es auch, die W�rmeenergie nur zur Transformation in den HF Impuls zu verwenden, die Kodierung aber in Abh�ngigkeit von einer beliebigen anderen variablen Gr�sse in der Umgebung der Anordnung vorzunehmen.

Eine Ausf�hrungsform mit Nutzung von Prozessenergie aus beschleunigungsver�nderten mechanischen Bewegungen einer seismischen Masse l�sst sich ebenfalls mit der Figur 2 beschreiben. Der Wandler umfasst dann diese seismische Masse und der Pfeil P symbolisiert die mechanische Energiezufuhr, die zu den Schwingungen der im Wandler 10 enthaltenen seismischen Masse f�hrt. Diese mechanische Energiezufuhr kann kontinuierliche Wechselenergie oder auch nur jeweils einmalige Impulsenergie sein. Mittels eines Exzenters l�sst sich auch die Energie rotierender Gegenst�nde in ein HF Signal transformieren, das dann wiederum mit Aussagen �ber beliebige Umgebungsparameter kodiert werden kann. Auch Vibrationen lassen sich mit seismischen Massen oder mit piezoelektrischen Wandlern bestimmen und/oder zur Transformation nutzen.

Anwendungen der Erfindung bieten sich in vielf�ltiger Weise z.B. im Bereich des Betriebs von Maschinen, Fahrzeugen verschiedenster Art, z.B. von Eisenbahnwagen, Strassenfahrzeugen, rollenden Paletten und dgl., zur �berwachung oder Beobachtung von fl�ssigen, gel�sten, gas- oder dampff�rmigen Medien verschiedenster Art oder auch von zu �berwachenden Lebewesen an. Ein solcher Gegenstand oder ein Lebewesen, mit einer erfindungsgem�ssen Anordnung ausger�stet, kann (ohne dass eine elektrische Batterie ben�tigt wird) erfindungsgem�ss in zeitlichen Abst�nden fortlaufend (solange es sich bewegt oder bewegt wird) kodierte Hochfrequenzsignale aussenden. Dies kann dazu benutzt werden, aufgrund individuell/ unterschiedlich kodierter HF-Signale an den jeweiligen Gegenst�nden oder Lebewesen, diese aus der Ferne voneinander zu unterscheiden und gleichzeitig deren Beschleunigungs- oder Bewegungsdaten, Temperatur oder sonstigen Zustand zu erfassen. Bei Lebewesen k�nnte so z.B. die Bewegungsaktivit�t von Weidetieren, Kindern oder anderen pflege- oder �berwachungsbed�rftigen Personen automatisch erfasst werden.

M�glich ist es z.B., auch hier einen bestimmten Grenzwert f�r die Bewegungsaktivit�t einzustellen, wobei das kodierte Signal bei �ber- oder Unterschreiten derselben ausgel�st bzw.

ausgesendet wird.

Es k�nnen erfindungsgem�sse Anordnungen zum automatischen Erfassen bestimmter (z.B. thermischer oder mechanischer) Grenzbelastungen eingesetzt werden, die erst beim Erreichen dieser Grenzbelastung ein HF Signal erzeugen und dieses drahtlos an eine Empfangsstation bzw. an eineOberwachungs- einrichtung weiterleiten. So ist eine einfache erst im Bedarfsfall aktive �berwachung von physikalischen Gr�ssen m�glich. Die H�he der Grenzbelastung kann durch den Ansprechpunkt des nicht-linearen Elements oder des Wandlers gegeben oder variierbar einstellbar sein. Eine mechanische Grenzbelastung kann auch durch eine zus�tzliche vorgespannte Feder eingestellt werden, die das Ansprechen des (piezoelektrischen) Wandlers erst beim Erreichen der Vorspannkraft m�glich macht. Damit l�sst sich auch eine automatische Gewichtskontrolle realisieren, die beim Unter oder �berschreiten eines bestimmten Gewichts diese Information automatisch �ber ein kodiertes Signal an einen Empf�nger bzw. eine �berwachungseinrichtung sendet. Auch eine Gewichtsver�nderung l�sst sich so erfassen. Damit kann die erfindungsgem�ss Anordnung auch zur �berwachung gegen Diebstahl eingesetzt werden.

Figuren 3 und 4 zeigen die Ausgestaltung einer als W�rmemesser einsetzbaren integriert aufgebauten erfindungsgem�ssen Anordnung. Mit 101 ist ein (z.B. 1 cm2 grosser) pl�ttchenf�rmiger Substratk�rper mit (unter anderem) pyroelektrischer Eigenschaft bezeichnet. Zum Beispiel kann dies eine Keramik aus Bariumtitanat, Bleizirkonat-Titanat oder dgl. oder auch ein (ein-)kristallines Material aus Lithiumniobat, Lithiumtantalat oder dgl. sein. Auf den zwei Pl�ttchenoberfl�che sind zwei Fl�chenelektroden 41 und 42 vorgesehenen, an denen eine erzeugte pyroelektrische Spannung abgreifbar ist.

Auf dem Substratpl�ttchen 101 ist bei der zweiten Variante nach Figur 4b ein piezoelektrisches Pl�ttchen 110, z.B.

aufgeklebt, angeordnet, das einer noch zu beschreibenden Oberfl�chenwellenanordnung und weiteren Funktionen dient.

Eine optimiertere Ausf�hrungsform ist die Ausf�hrungsvariante der Figur 4a, bei der dieses piezoelektrische Pl�ttchen 110 ein integraler Bereich des Substratpl�ttchens 101 ist, vorausgesetzt, das pyroelektrische Material des Substratpl�ttchens 101 hat ausserdem zumindest in diesem Bereich auch piezoelektrische Eigenschaft (und eignet sich auch f�r eine Oberfl�chenwellenanordnung) wie dies bei Lithiumniobat, Lithiumtantalat und dgl. (einkristallinem) Material der Fall ist.

Es sei der Vollst�ndigkeit halber darauf hingewiesen, dass f�r das Prinzip der Variante nach Figur 4b das pieozoelektrische Pl�ttchen 110 lediglich elektrisch verbunden �rtlich auch getrennt vom pl�ttchenf�rmigen K�rper 101 positioniert sein kann, z.B. wenn das Pl�ttchen 110 vom K�rper 101 thermisch isoliert sein soll. Auch bei einer solchen Variante ist das erfindungsgem�sse Prinzip von der Umwandlung der W�rmeenergie in ein Hochfrequenzsignal voll funktionsf�hig. Auf den Vorteil einer W�rme kopplung zwischen pyroelektrischem K�rper 101 und dem piezoelektrischen Pl�ttchen 110 der Oberfl�chenwellenanordnung hinsichtlich damit verbundener M�glichkeit der Messung des jeweiligen Temperaturwertes wird noch weiter unten eingegangen. Auch im Hinblick darauf ist die Verwendung eines integralen einst�ckigen Pl�ttchens als Substrat 101 und Pl�ttchen 110 f�r die Oberfl�chenwellenanordnung, und zwar aus einkristallinem Lithiumtantalat, Lithiumniobat und dgl., f�r die Erfindung von besonderem Interesse.

Wie in den Figuren 4a und 4b dargestellt, ist die (untere) R�ckseite des Substratk�rpers 101 vorzugsweise ganzfl�chig, z.B. mit Aluminium (42) metallisiert. Die gegen�berliegende obere Seite des Substratk�rpers 101 ist bei der Variante nach Figur 4b vorzugsweise ebenfalls ganzfl�chig metallisiert (41). Bei der Variante nach Figur 4a ist der Anteil des Substratk�rpers 101, der hier funktionell als piezoelektrisches Pl�ttchen 110 wirkt/dient, in der oberen Metallisierung ausgespart, n�mlich um in dieser ausgesparten Fl�che die noch nachfolgend beschriebenen weiteren Strukturen zu plazieren. Bei der Variante nach Figur 4b sind diese Strukturen auf dem separaten Pl�ttchen 110 angeordnet.

Entkopplung mechanisch-thermischer Spannungen zwischen den Teilen 101 und 110 erzielt man, wenn man das Pl�ttchen 110 statt dessen mit ohnehin erforderlichen Bonddr�hten auf dem K�rper 101 befestigt.

Mit 13 und 14 sind je eine Elektrode f�r eine Funkenstrecke bezeichnet, die, wie aus den Figuren ersichtlich, mit zueinander zugewandten Spitzen einander gegen�berstehen. Die Funkenelektrode 13 ist mit der Metallisierung 41 elektrisch verbunden. Die Funkenelektrode 14 ist als Gegenelektrode elektrisch mit einer Metallisierung 15 verbunden, die ihrerseits �ber Leitungen und eine noch n�her zu beschreibende Drosselspule 19 mit einem Masseanschluss 18 verbunden ist, der wiederum mit der r�ckseitigen Metallisierung 42 des Substrats 101 verbunden ist. Entsteht zwischen den beiden Elektroden 41 und 42 eine pyroelektrische Spannung, so steht diese zwischen den Funkenelektroden 13 und 14 an und aufgrund der nichtlinearen Z�ndkennlinie dieser Funkenstrecke erfolgt der �berschlag erst ab einem durch die Geometrie der Funkenelektroden 13 und 14 vorgegebenen akkumulierten Pyro-Spannungswert. Die erw�hnte Drossell9dient als Gleichstromleitung/Tiefpassfilter. Diese Drossel ist vorzugsweise eine als Leiterstreifen auf die Oberfl�che des Pl�ttchens 110 aufgebrachte M�anderstruktur oder Spiralstruktur.

Mit insbesondere der dargestellten und beschriebenen ersten Variante (Figur 4a) der Ausf�hrung einer erfindungsgem�ssen Vorrichtung kann auch gleichzeitig die Temperatur gemessen werden. Das Substrat 101 und das darin anteilsm�ssig funktionell enthaltene Pl�ttchen 110 ist mit der W�rmequelle ohnehin des pyroelektrischen Effekts wegen w�rmem�ssig gekoppelt. Das heisst, der Bereich 110 der Oberfl�chenwellenstruktur 22/23 nimmt die Temperatur des Heizk�rpers an, die mit der erfindungsgem�ssen Vorrichtung gemessen werden soll.

Das OFW Bauelement erzeugt ein von der Temperatur abh�ngiges Hochfrequenzsignal. Das heisst, dass das abgestrahlte kodierte Signal die Information der augenblicklichen Temperatur des Pl�ttchens (und damit des Heizk�rpers) enth�lt. Am Ort des Empfangs bzw. in einer Empfangs- und Auswerteeinheit kann der ausgesandten Welle auf diese Weise die Heizk�rpertemperatur aus dem kodierten Signal ermittelt werden. Um dies bei der zweiten Variante zu erzielen, wird das dort separate Pl�ttchen 110 mit der W�rmequelle (dem Heizk�rper oder dgl.) gesondert w�rmegekoppelt.

Durch eine entsprechende Bemessung der Funkenstrecke der Elektroden 13 und 14 und des W�rme kontakts der Vorrichtung mit der W�rmequelle (dem Heizk�rper), d.h. durch Bemessung des W�rmezuflusses in das pyroelektrische Substrat 10, kann eine vorgebbareZeit folgte der aufeinanderfolgenden Funkenausl�sungen gew�hlt bzw. bestimmt werden. Damit ist der Takt der Abstrahlung von Signalen von der Antenne 24 gegeben.

Da die zentrale Empfangsstelle eine Vielzahl von solchen Messstellen, d.h. eingehenden Signalen verschiedener Messstellen, zu erfassen hat,.w�re es an sich notwendig, das Signalaussenden der Einzelmessstellen zeitlich zu koordinieren. Tats�chlich ist es aber so, dass von der einzelnen Messstelle ein nur Mikrosekunden langer Sende impuls von der zentralen Stelle zu empfangen ist, d.h. das Taktverh�ltnis von Sendeimpuls zu zeitlichem Impulsabstand extrem klein ist. Eine Koinzidenz des Aussendens zweier verschiedener solcher Messstellen ist daher extrem unwahrscheinlich und es entsteht kein unn�tiger Elektrosmog.

Bei der Erfindung ist eine Kodierung insbesondere mit dem Muster der Reflektorstruktur 23 auf dem OFW Bauelement vorgesehen. Die Vielfalt der m�glichen Codes ist, wie von solchen Streifenmustern her bekannt, ausserordentlich gross.

Mit einer erfindungsgem�ssen Vorrichtung ist die Identifizierung einer einzelnen solchen Messvorrichtung durch die zentrale Stelle problemlos.

Die erfindungsgem�sse Anordnung kann somit integriert auf kleinster Substratfl�che 101 untergebracht werden. Sie ist somit handlich und l�sst sic

Zu einem System, das mit einer wie erfindungsgem�ssen Anordnung arbeitet, geh�rt die schon mehrfach genannte Funk-Empfangsstation mit Signalauswertung. Innerhalb dieses Systems bedarf es keiner Drahtverbindung zwischen der Anordnung und der Empfangsstation und die Anordnung selbst bedarf keiner elektrischen Energiezufuhr von aussen, obwohl sie keine elektrische Batterie enth�lt. Es sei jedoch auf einen Sonderfall hingewiesen, bei dem eine von der Erfindung Gebrauch machende Anordnung doch eine aufladbare Batterie enth�lt, die jedoch (ohne elektrische Energiezufuhr von aussen) aus erfindungsgem�ss erzeugter, wie hier definiert niederfrequenter elektrischer Energie �ber den Zeitablauf hinweg immer wieder aufgeladen wird. Die damit gewonnene Autarkie der Anordnung beruht g�nzlich auf der Nutzung der Erfindung.

Bezugszeichenliste 10 Wandler 11 Transformer von niederfrequenter in hochfrequente

Energie 12 Filter/Kodierungseinrichtung 13/14 Funkenelektroden 15 Metallisierung 19 Drossel 20 Induktivit�t 22 Interdigitalwandler 23 Reflektionsstreifen 24 Antennen 41 Obere Elektrode 42 Untere Elektrode 101 Substrat 110 Piezoelektrisches Pl�ttchen