專利名稱：監督和控制物體或人員的系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及監督和控制有限區域，例如建筑物內的物體或人員的系統，包括用于放置在要監督/控制的相應物體/人員上的多個電子標識芯片，在網絡中互連、并且布置成與芯片雙向通信的多個固定探測器，以及借助探測器與芯片通信的中央控制器，每個芯片已存儲有特殊的ID代碼，并且配有借助超聲波進行通信的發射器和接收器。
已知存在上述類型的系統，該系統被構造成借助單個的標記芯片來確定人員的位置，其中該系統以借助超聲波的信號傳輸為基礎。在該已知系統中，標記具有可借助安裝在，例如建筑物的墻壁或天花板中的特殊超聲波傳感器抽取的超聲簽名(signature)，傳感器組成能夠在高達10米的距離范圍內發射和接收超聲波信號的收發器。該系統具有借助所述傳感器與標記通信的控制器。當標記位于傳感器的通信區中時，控制器存儲該標記的標識號，遭遇該標記的傳感器的標識，相合的日期和時間。借助超聲波以編碼形式把該信息傳輸給中央控制器，例如計算機或PC。
該已知系統的一個顯著缺點是利用超聲波進行信號傳輸依賴于標記物體和當前傳感器或探測器之間的自由視界(free visibility)，或者利用來自大量發射器的超聲波使定域區域高度飽和。為了補救這些缺點，某些系統已加入借助無線電信號進行信號傳輸。但是，對于電子靈敏設備，這會引起問題。
上面提及的已知系統也不能用在另一重要的應用領域，即在建筑群，單個建筑物或建筑物局部內主動監督和控制物體，人員等。在社會的多個領域內，這種監督和控制是非常重要的。可提及的例如包括醫院和其它健康機構，保險公司，工廠，實驗室，航空港，銀行，軍事設施，保安公司，旅館，辦公室，商店，住宅等等。
對于訪問和移動控制來說，已知系統的問題或缺點在于當授權的人員在受監督或控制區域內時，該系統被關閉。這意味著其它人也可進入同一區域，或者在同一區域內自由活動，而不會觸發警報。這樣，在同一系統內，在訪問控制和在已通過訪問之后可活動(授權的或非授權的移動)的人員數目之間不存在區別。這意味著安全性的下降，以及監測/控制的降低。對于私人住宅存在同樣的情況，在住宅內有人的時候，未經授權的人員抱著得到的目的試圖進入住宅，因為當時可能的警報已被關閉。
現有系統的另一缺點是授權人員缺乏安全性。由于在足夠的準許進入通過編碼，電子或其它控制系統之后，大多數情況下警報都被關閉，未經授權的人員能夠-當警報被關閉時-容易地在這樣的區域內活動，只要他們已經進入禁區。從而產生危險的情形和不安全的工作場所，尤其是在晚上和深夜。人員在這種情形下受到小偷或者不顧一切地尋找鎮靜劑的吸毒成癮者的攻擊的例子有很多。特別地，在諸如醫院，軍營，銀行等人流量大的大型機構，現有系統的管理情況很差。尤其是從白天到下午，晚上和深夜，人員的不安全性逐漸增大。
現有系統的另一缺點在于它們只在很小的程度上允許區別實現訪問/移動控制方面的警報產生。例如，對于任意活動，醫院走廊或運輸通道中的交通量能夠報警，或者當已獲得訪問許可時，根本不產生警報。
就物體的主動監督和控制來說，能夠提供在給定時間后，對用于控制和測試的設備的常規維護通常也是很重要的。在某些情況下，設備的總的工作時間也是要求控制和測試的標準。
存在帶有控制所述類型的常規維護的軟件的數據系統。關心的設備的位置通常存儲在中央計算機中。這些已知系統的缺點在于它們不能自動管理來確定被移動的設備的位置，于是這些已知系統需要使用工作人員時間和資源來恢復這些可移動的設備或工具。將只被使用給定操作時間的設備也將要求太多的資源使用，并對全體人員必須在操作時間內檢查并保持控制提出嚴格的要求。已知系統的共同之處在于它們以花費相當多的工作，仔細并且準確地記錄設備和操作時間，并且運行維護程序的大量管理工作為基礎。從需要許多人員，經常出現故障并且要求大量的工作努力的某些事來說，這些操作共同地具有很多的規范。尋找(seeking)被理解為不必要的麻煩和耽擱，于是導致工作環境較差以及全體人員的較大調換。
在這種背景下，本發明的一個目的是提供一種靈活并且可編程的系統，該系統在建筑群，單個建筑或建筑的多個部分內提供人員，物體和文件的訪問和移動控制，同時避免上面提及的缺點，從而授權的人員可在局部(topical)區域內自由活動，而如果未授權的人員進入同一區域，則將發出警報。
利用前言敘述的那種類型的系統實現上述目的，根據本發明，該系統的特征在于每個芯片和每個探測器也都配有借助可聽見的聲音(音頻)進行通信的發射器和接收器，以及用于在超聲波和音頻通信之間轉換的裝置，在操作上，每個芯片處于持續運行狀態，并被安排成間隔預定的時間間隔發射其ID碼，探測器或控制器被安排成如果接收到不正確的ID碼或者在選定的時間間隔內持續未收到認可的ID碼，則觸發警報。
在根據本發明的系統中，授權的人員帶有有效的ID芯片，該ID芯片具有雙向無線超聲波和音頻通信能力，并具有關于攜帶該芯片的人員的特殊ID碼。在進入要求授權的區域的情況下，系統將識別該芯片，并且沒有觸發警報。這是通過芯片在預編程的時間間隔向布置在它所位于的或者被允許的相關區域附近的探測器發送編碼消息來實現的。探測器將驗證該芯片發射的ID碼，在高級的中央系統中，探測器可以是單獨的自主裝置，也可以是子組件。發射和允許的代碼不相符的代碼的芯片將導致從本地或者從通過中央控制器啟動警報系統。這是通過在網絡中互連的，并被安排成和芯片雙向通信的若干固定探測器，以及經過傳感器/探測器和可能的中繼器與芯片通信的主中央控制器或者子中央控制器啟動警報系統來實現的。類似地，當不具有這種芯片的未授權人員進入被探測器覆蓋的區域時，也將發生相似的情況。這些探測器被構造成既對超聲波和音頻信號傳輸做出反應，還對它們的覆蓋區域內的活動做出反應。活動的探測原理可以是紅外輻射(IR)和超聲波，或者其它已知的原理。
本發明的另一目的是提供在自動呼叫設備的常規或日常維護方面，提供物體和設備的呼叫和定位的系統，在給定時段之后，必須為控制和測試引入所述設備的常規或日常維護。
利用前言陳述的那種類型的系統實現上述目的，根據本發明，該系統的特征在于每個芯片和每個探測器還配有借助可聽聲(音頻)進行通信的發射器和接收器，為在超聲波通信和音頻通信之間轉換而提供的裝置，中央控制器被安排成經過探測器有選擇地呼叫選定的芯片，并且該芯片被安排成產生作為對該呼叫的反應的應答，隨后距離最近的探測器識別該芯片的地點/位置。
在上面所述的系統中，在要求設備的常規維護的情況下，中央控制器自動向探測器發出消息，探測器再呼叫相關的標記或ID芯片。該芯片將響應，并且最近的探測器將發出消息，由于探測器是固定的，因此在芯片和探測器之間的通信距離內，位置是確定的。芯片還能夠在預編程的時間間隔之后啟動它們自身。如果在一定數目的工作小時之后，某些設備需要進行測試和控制，則芯片可含有記錄在任意時刻記錄已過去的有效工作時間長度的輸入裝置，并向中央控制器發出返回消息。其優點是具有不必考慮在工作時間內必須對人員物理地檢查和保持控制的人工例程，以及通常在這方面產生的錯誤的自動化系統。此外，由于在所有時刻，具有來自于設備所處的中央位置的控制，尤其是在便攜的/可移動的設備的情況下，該系統可節省大量的資源。
根據本發明的系統的顯著優點在于該系統不會因電磁場“污染”該系統的應用范圍內的環境，電磁場會干擾電磁靈敏設備。例如，在醫院環境中，這是非常重要的。
根據本發明的系統特別有益地應用于其中的應用領域是在醫院中查找雜志(患者雜志)和設備。在這方面，聲音和超聲波的結合將把探測率從只使用超聲波時的約60％，增大到使用聲音時的100％。這種結合既重要又有利，因為只有當單獨利用超聲波探測不能找到“目標物體”時，才引入音頻通信。從而最大程度地避免了對環境的“污染”。可能也可在一天的某些時刻，例如晚上和/或早晨，在所有的專題物體(患者雜志)的位置的更新方面使用音頻通信。
這樣，該系統提供雜志和設備的安全查找，只要相關房間內已裝有探測器。這意味著不必持續地觀測關心的物體，或者借助許多波形發生器使較大的區域充滿超聲波。超聲波容易被物理障礙，例如紙張阻擋。于是安全探測應該需要還能夠采集從墻壁，物體等反射的超聲波的系統，這在技術上是困難的，并且會導致更昂貴的解決方案。這是為什么以前一直未能滿意地解決限制房間中雜志和設備的查找問題的原因。如前所述，某些系統已增加了RF通信。但是，在缺少大量天線的幫助下，對房間的限制將不夠準確，同時會形成不希望的電磁場。
在指出設備所處的場所的情況下，根據本發明的系統還提供自動的維護例程，相對于目前的系統來說，尤其當針對便攜式或可移動設備時，得到合理的益處的可能性將更大。
下面將參考附圖并結合例證實施例，進一步描述本發明，其中
圖1表示了安裝在建筑物受監控區域中的若干房間內的根據本發明的系統的概覽圖；圖2是表示根據本發明的系統中的主要部件的方框圖；圖3表示了根據本發明的系統中的ID芯片的結構的一個例子；圖4表示了在根據本發明的系統中的室內探測器的結構的一個例子；圖5表示了芯片的發射器和接收器中使用的電聲換能器的實施例的示意透視圖；圖6是可用在接收器中的電聲換能器的另一實施例的示意橫截面圖；圖7是表示芯片中執行的操作步驟的流程圖；圖8表示了用于配有來自于物體的操作數據的輸入和輸出裝置的芯片的，和圖7的流程圖相對應的流程圖，所述芯片被安裝在所述物體上；圖9是表示在室內探測器中執行的操作步驟的流程圖。
圖1中，建筑物的建筑面積被分成8個房間RM1-RM8，在這些房間之間布置有通道或走廊CR。在房間和走廊中安裝有若干探測器DT1-DT10，更具體地說，兩個探測器在房間RM1中，剩余的房間RM2-RM8和走廊CR中各有一個探測器。此外，標記或ID芯片位于這些房間的部分房間中，更具體地說，在房間RM2,RM7,RM8,RM5和RM3中裝有相應的芯片ID1-ID5。所有探測器與網絡2相連，在例證例子中，網絡2與一對中央控制器，具體地說，即子中央控制器3和主中央控制器4。在該網絡中，還連接有中繼器5，即在網絡中放大信號的元件。此外，中央處理器還與警報器6相連。
圖2中表示了整個系統的基本結構。圖2中表示了通過網絡11和多個探測器雙向通信的中央控制器或中央單元10，圖中多個探測器由室內探測器12代表。各個探測器與系統的標記芯片(ID芯片)保持無線雙向通信。通過頻率調制傳輸信息。圖中的連接由13標明，而芯片由芯片14代表。連接室內探測器12和中央單元10的網絡11可以具有不同的特性。可以使用呈雙線并行互連或星形網絡的分立線路系統，一種用于內部電話或警報設施的現有線路系統，電力網或數據網絡。不同的技術被用于適應不同的網絡解決方案。
如上所述，借助超聲波或者聽得到的聲音(音頻)實現芯片和室內探測器之間的信號傳輸。已知超聲波信號不能如高頻無線電波那樣容易地穿透墻壁和天花板。這使得能夠確定標記芯片的位置，以便具體確定房間或大房間的具體部分。超聲波信號的范圍為10-15米左右。因此，更大的房間必須具有幾個探測器。
系統的三個主要組件，即芯片14，室內探測器12和中央單元10的基本特征總結如下芯片14是微型電子器件，在室內，它可借助超聲波或聲波發射和接收信號。芯片具有單獨的標識碼。為了能夠檢查芯片被固定于其上的物體的情況(例如操作時間)，芯片可具有輸入和輸出。
室內探測器12是能夠借助超聲波或聲波向同一房間中的芯片發射信號，并從同一房間中的芯片接收信號的裝置。室內探測器可向中央單元發射信號，并接收來自中央單元和/或來自可能的子中央單元的信號。另外，室內探測器可具有用于探測室內的活動或者其它事件的其它類型的傳感器或探測器。
中央單元10通過網絡與所有探測器通信，這里還可布置子中央單元。中央單元從芯片及從室內探測器接收信息。中央單元處理從芯片接收的信息，并預存儲和芯片的授權相關的信息，根據預定的準則產生警報和警告。
如圖2中所示，中央單元10可由配有特別為此目的開發的，并且可非常靈活地使系統中的功能適應于不同應用領域的軟件的PC構成。
圖3中表示了標記芯片或ID芯片14的結構的一個例子。該芯片包括呈控制芯片的不同操作的微控制器(μC)20形式的控制電路。μC電路20和芯片的其它電路的供電由電池21提供。芯片通過超聲波發射器(US發射器)22和超聲波接收器(US接收器)23與室內探測器12通信。來自μC電路20的數字信號通過信號調節電路(D/A轉換器)24和放大器25被提供給US發射器22。而來自US接收器23的模擬信號通過放大器26和信號調節電路(D/A轉換器)27被提供給μC電路。芯片14還通過聲音或音頻發射器(AUD發射器)28和聲音或音頻接收器(AUD接收器)29與室內探測器12通信。來自μC電路20的數字信號通過信號調節電路30和放大器31被提供給音頻發射器28，而來自音頻接收器29的模擬信號通過放大器32和信號調節電路33被提供給μC電路。
芯片14還含有用于在超聲波和音頻信號傳輸之間轉換的信號轉換電路34，該信號轉換電路34呈由μC電路20控制的開關或選擇器(時分多路復用器)的形式，從而選擇器34在選定的時間間隔上提供音頻和超聲波之間的轉換。該轉換或切換將在下面進一步說明。
芯片的微控制器20起具有幾種狀態的狀態機的作用，其中微控制器20交替地在1/2秒時間間隔內收聽超聲波接收器23短時間(100-200毫秒)，以及在1/2秒的時間間隔內收聽音頻接收器29類似的短時間。微控制器借助內置計時器和選擇器34控制該交替。1/2秒之后，計時器給出超時信號，并轉換選擇器。如果當其正處于收聽狀態時，芯片收到有效信號，并且該信號是詢問芯片身份的有效消息，則μC電路的狀態機將轉到發射模式。隨后芯片將在和接收相同的頻帶中發射有效的超聲波或音頻消息，并利用預定消息響應探測器12。在響應已被輸送之后，μC電路20按照如上所述的相同交替模式，從發射狀態轉變回收聽狀態。
芯片通常處于收聽模式，只有當存在要傳輸的信息時才轉變到發射模式。之后立即轉變回收聽模式。如果討論的問題是具有來自外部設備(參見下文)的芯片或者由于某些原因未經請求地將向探測器發射信息的芯片，則μC電路的狀態機將從收聽狀態轉變到發射狀態，信號選擇器34將選擇超聲波發射器28作為信號源。μC電路20將借助超聲波發射信息，之后將把狀態改變為收聽模式。同時，μC電路中的內置計時器將啟動，并測量從發射開始直到從探測器收到響應時的時間。如果從探測器以接收消息的超聲波確認消息的形式應答該發射，則計時器停止，芯片繼續處于收聽模式。如果沒有這種確認消息來自于探測器，則芯片將重新發射該消息預定的次數，并且如果這樣也不會導致來自于探測器的響應消息，則芯片的微控制器將把狀態改變為在音頻頻帶上發射(和接收)。這是通過微控制器轉換信號選擇器34，以啟動音頻發射器28和音頻接收器29來實現的。緊接發射之后，芯片轉變為收聽狀態，并且如果芯片接收到關于該消息的確認信息時，狀態機將轉回收聽狀態。
微控制器20含有用于實現遠程編程，尋址和處理的存儲器(EEPROM)。該存儲器存儲當前的可取數據，例如關于在某一時間段內，芯片被固定于其上的物體在什么地方的歷史記錄。存儲器還含有芯片的特殊的，預先編制的標識碼。芯片被安排成在預定的時間間隔時自動啟動，并被安排成隨后發射包含該特殊標識碼的消息。可借助控制電路20從芯片直接實現該啟動，或者在事先預編程的時段之后，從中央控制器(PC)10實現該啟動。該芯片還可被安排成，當要更換電池21時自動啟動。這可確保系統中的芯片總是具有足夠的電力供應，以便正確地發揮作用。
當芯片進出(out in)該系統時，可從本地或中央計算機對芯片進行預先編程是適宜的。如果想要改變受監督物體進出該系統的時段，這是合乎需要的。由于不必手動接收物體，以便進行重新編程，因此可節省大量的時間。
如圖3中所示，芯片14可配有信號發射器35，例如蜂鳴器，該信號發射器35被安排成在鄰近的探測器觸發警報的情況下輸送信號。這可提供有利的安全措施，因為攜帶具有信號發射器的芯片的經授權人員此時將得到表示未經授權的人員位于同一安全區域中的指示，該未經授權人員可能是入侵者或者竊賊。
此外，如圖3中所示，某些芯片可配有輸入/輸出裝置(I/O裝置)36，輸入/輸出裝置36具有接收和輸送關于其上裝有芯片的相應物體或設備的使用壽命或者有效工作時間的信息的端口。
圖4中表示了室內探測器的結構的一個例子。和芯片14類似，每個探測器包含呈控制探測器的不同操作的微控制器(μC)40形式的控制電路，微控制器含有用于實現遠程編程、尋址和處理的存儲器(EEPROM)。控制電路40通過適合于所選擇的網絡技術的接口或調制解調器41與網絡11通信。如上所述，網絡11可以是1)特別適合于該系統的獨立網絡，2)用于現有的警報或呼叫設施的網絡，3)電力網(110/220/380V)，或者4)PC網絡。為了和芯片14通信，控制電路40還通過信號適配器(D/A轉換器)43和放大器44與超聲波發射器(US發射器)42相連，并且通過信號適配器(A/D轉換器)46和放大器47與超聲波接收器(US接收器)45相連。探測器12還通過音頻發射器(AUD發射器)48和音頻接收器(AUD接收器)49與芯片14通信。來自μC電路40的數字信號通過信號調節電路50和放大器51被提供給音頻發射器48，而來自音頻接收器49的模擬信號通過放大器52和信號調節電路53被提供給μC電路。
以類似于芯片14的方式，探測器12含有呈由μC電路40控制的選擇器形式的信號轉換電路54，從而選擇器54在選定的時間間隔，提供音頻和超聲波通信之間的轉換。這種轉換將在下面作進一步說明。
在正常的查找過程中，中央單元10控制芯片14的呼叫。這是通過中央單元向探測器12發送有關將以其進行信號傳輸的頻率，以及所尋找的芯片的身份的消息來實現的。接收該消息的探測器隨后處理該消息，μC電路40在信號選擇器54中選擇信號傳輸媒體。這是通過狀態機輸入初始階段，并且始終首先以超聲波發送該消息來實現的。消息的開始將沒有數據，不過是發送給芯片的持續喚醒信號。之后才是該消息。當消息已被發送之后，探測器將轉到監聽模式，并等待來自芯片的響應。來自芯片的響應應該在和發射的信號相同的頻率范圍內。如果1秒后，探測器沒有收到響應，則微控制器中的內置計時器將給出超時信號，并把有關于此的消息發送回中央單元。中央單元可選擇通過向探測器發送同樣的消息若干次，重復發射多次，或者發送新的消息，其中命令探測器以聲頻進行信號傳輸。這是通過探測器中的狀態機把狀態改變為通過音頻發送，之后轉換信號選擇器40，啟動音頻發射器48和音頻接收器49來實現的。這里也采用了和超聲波信號傳輸相同的超時協議。
室內探測器12還包括通過放大器56和信號調節電路(A/D轉換器)57與控制電路40相連的探測傳感器55。傳感器55被安排成探測室內的活動或者其它事件，并且以通常已知的技術(超聲波，紅外輻射等)為基礎。
由于探測器12是可尋址的，還含有發射器和接收器，并且連接在網絡中，因此可借助本地或中央計算機容易地識別當前人員/物體(帶有ID或標記芯片)位于其中的房間。
中央單元10包括含有數據庫的處理器，該數據庫具有關于系統中的所有芯片的信息。和芯片有關的下述信息可被輸入該數據庫中-功能(模式)-標識
-授權模式-未授權模式-描述(例如人員姓名或者器具，例如醫院中的輸液泵或醫療雜志的類型或編號)，-在違反授權的情況下，要啟動的不同警報水平。
中央單元的主要功能可總結為1)控制功能，2)監聽功能和3)檢查功能。這些主要功能基本上包括下述操作中央單元的控制功能·控制室內探測器，把它們自身設置成適合于布置探測器的地方的要求的不同模式。
·借助室內探測器向要尋找的芯片發射常規呼叫。
·自動向要檢測其是否位于它們應該位于的地方的物體標記芯片發射呼叫。
·向確定的芯片發射關于芯片將使其自身所處的模式的信息(不同的應用領域)。
·如果標識碼的變化是合乎需要的，向芯片發射關于標識碼變化的信息，(安全措施和管理維護)。
中央單元的監聽功能·接收來自室內探測器的消息，該室內探測器已收到來自ID或標記芯片的響應或數據。
·接收來自室內探測器的消息，該室內探測器已探測到位于確定區域中的人員。
·接收已被發出的命令的確認。
·接收來自其它類型的探測器，例如光電管，IR探測器，門開關，用手發出的信號及可能存在的常規警報系統的信號。
中央單元的檢查功能·把接收的信號和數據庫進行比較，以檢驗芯片的授權。
·在來自芯片的數據和芯片裝有的有效狀態不相符的情況下，發出警報。
·記錄在任意時刻要跟蹤的芯片的位置。
·解釋來自于探測區域中的活動的室內探測器的信號，并根據來自區域中的芯片的輸入數據，總結區域中的活動。如果記錄到未授權的活動，則發出警報。
·解釋來自其它探測器(光電管等)的數據，并根據來自區域中的芯片的輸入數據，對此進行總結。如果在該區域中發現未授權的活動，則發出警報。
·對數據庫中關于受到連續監控的芯片的信息進行編目。
在根據本發明的系統中的芯片中使用的，另外可能還在探測器中使用的發射器和接收器最好包括基于聚偏氟乙烯壓電薄膜(PVDF膜)的電聲換能器。該技術的優點在于可使適于安裝在，例如患者雜志封底上的標記芯片小型化，并使其生產成本較低。這種換能器既可在聲頻范圍內使用，又可在超聲波頻率范圍內使用，并且在芯片和探測器之間的基于聲音的數據連接中，這種換能器既可用作揚聲器，又可用作麥克風。
來自換能器的聲輻射要求體積偏移。由于該數據連接中，相關膜厚約為10微米，膜太薄，不足以借助薄膜的厚度變化獲得足夠的體積偏移。于是，必須利用薄膜的面積變化。為了把面積變化轉換為電壓變化，必須彎曲該薄膜，最好彎曲成圓形，并在薄膜的相對側邊夾住薄膜。通過向覆蓋薄膜兩側面的一對電極施加交流電，可獲得橫切薄膜的脈動。由于厚度較小，薄膜的抗彎剛度極小。于是，必須利用機械彈力對薄膜預加應力，固定成彎曲形式，或者通過把幾層薄膜膠合在一起做成自支撐形式。這既被應用于揚聲器，又被應用于麥克風。
對于這里關心的應用來說，最好使用兩種基本幾何結構，即，1)在彎曲的支承材料上方張緊的壓電薄膜，和2)自支撐式彎曲薄膜。前一種設計既可用作揚聲器，又可用作麥克風，而后者最適于用作麥克風。
圖5和6中示意地表示了這種電聲換能器的實施例。圖5中表示了前一種幾何結構的換能器60的實施例，其中矩形PVDF膜片61在柔性支承材料62上方，沿取向方向伸展，并在端部邊緣63,64被固定，支承材料62在橫斷面內被環形彎曲，在端部邊緣63,64處，以適當的方式，例如通過膠合連接相關的線路導線(圖中未表示)。
柔性支承材料62又由剛性支承板65支承。薄膜的曲率可改變，并且將是優化靈敏度，頻率響應和線性度的因素之一。薄膜的厚度最好約為10微米，并且應根據薄膜的厚度和面積，以及相關的工作頻率范圍，優化薄膜的曲率半徑和彎曲角度。
按照圖5的實施例的優點在于結構比較簡單，并且比較堅固，并且具有良好的靈敏性。影響換能器性能的關鍵因素將是支承材料的質量，以及要求薄膜的穩定的，有彈性的預加應力。
圖6中表示了根據第二種基本幾何結構的換能器實施例。該圖表示了包括PVDF薄膜的換能器66，PVDF薄膜被加工成固定在框架或機架68中的自支撐膜片67。通過結合幾層薄膜形成自支承膜片67。對于揚聲器來說，考慮到靈敏性，各個薄膜層的厚度不應大于5-10微米。原則上，靈敏性和薄膜層的層數無關。各層必須并行相連，實際上這可通過把薄膜條折疊多次來實現。并行連接使阻抗較小(高的電容)。
對于麥克風來說，靈敏性和薄膜的厚度無關，通常可使用具有這種厚度的薄膜，該厚度使該層薄膜是自支撐的。如果使用幾層薄膜，這幾層薄膜必須串聯連接。內部阻抗將正比于厚度。
按照圖6的實施例的優點在于靈敏性相對較好，并且比較堅固，此外不依賴于支承材料，于是應該具有較長期的穩定性。
在下表中陳述了在覆蓋角為120°(超聲波)和180°(音頻)的情況下，對于揚聲器和麥克風來說，得到最佳聲壓的關鍵性數據。
從前面的說明中可看出，根據本發明的系統結合兩種主要功能1．始終處于有效狀態的警報系統，但是在受監控區域中的授權行動的情況下，該系統不會發出警報。
2．放置在物體上的電子標記的位置，標識和狀態，以及常規維護/控制中將對設備采取的維護的自動確定。按照同樣的方式，系統可用于人員的定位，辨認和授權，或者當芯片停止發送信號時，可用于人員的定位，辨認和授權。
本系統執行的主要過程是1)訪問控制，2)物體控制和3)來自ID芯片的有效消息。下面給出構成所述主要過程的一部分的功能和操作的綜述。
訪問控制處于常態模式下的ID芯片(標記芯片)·US發射器是被動的。
·US接收器持續地監聽來自室內探測器的命令。
·芯片只通過借助US或音頻發射器發射其標識碼，響應呼叫。
·如果ID芯片被設計成按照特殊的標準(物體控制)，使其自身已知，則ID芯片可能發射命令和標識。
處于正常的靜止狀態下的室內探測器·US或音頻接收器始終處于監聽狀態。
·US或揚聲器是被動的，直到中央單元給出關于呼叫的消息。
·探測傳感器始終處于運行狀態，并把關于室內的所有活動以及信號的停止的連續消息轉送給中央單元。
處于探測狀態下的室內探測器·探測傳感器探測室內的活動，并通過網絡向中央單元發送活動已被記錄，以及記錄來自于何處的消息。
·中央單元向相關的室內探測器(并且只向該探測器)發送消息，以便在該房間內借助超聲波或聲音發出呼叫，并要求當前的ID芯片利用其ID碼進行應答。
·ID芯片用其ID碼進行應答。
·室內探測器接收ID芯片的回答，并通過網絡把該回答傳送給中央單元。
·中央單元接收該回答，并把該回答與關于授權的訪問的信息進行比較。在未授權的訪問的情況下，產生警報。在許可訪問的情況下，不產生任何反應。
·在較短的時間間隔上繼續進行該過程，直到在室內記錄到活動時止，從而可檢查一個或多個新的ID芯片。
物體控制靜止模式·室內探測器處于和訪問控制下相同的模式。
·ID芯片通常是被動的，并且處于監聽模式。
物體的跟蹤·中央單元通過網絡向所有室內探測器發出常規呼叫，以呼叫所需要的ID芯片。
·所有室內探測器在所有房間內為所需要的ID芯片發送超聲波或音頻呼叫。
·所有ID芯片監聽該芯片，但是只有識別該呼叫的芯片才進行應答。
·接收應答的室內探測器向中央單元發送關于其記錄的消息，從而可知道該ID芯片的位置或地點。
來自ID芯片的有效消息ID芯片可被設計成根據預先編制的準則，使其自身已知。它可以是時間，記錄的事件數目或在未授權場所的存在次數。
靜止狀態·ID芯片是被動的，并且僅僅進行監聽。
來自ID芯片的有效呼叫·ID芯片觸發自身，通過利用消息把其標識碼和命令發送給最近的室內探測器，使該探測器向中央單元轉發關于ID芯片位置的消息，從而使ID芯片自身已知。
·中央單元利用存儲的關于該芯片的信息，總結自動呼叫，并據此產生消息/警報。
更新·中央單元例行呼叫該類別中的芯片，檢查它們是否位于它們所屬的地方。如果芯片在它們不被允許位于的地方應答，則中央單元可給出消息/警報。如果芯片對超聲波沒有反應，則將用聲音呼叫該芯片。如果對于這些呼叫信號都沒有產生任何回答，則中央單元產生警報。
來自ID芯片的回答可能要求幾個ID芯片同時進行應答。同時進行發射的兩個芯片將相互干擾，來自這些芯片中的任意芯片的信號將是不可讀的。為了避免這種問題，芯片在任意的時間間隔上重復發射它們的數據脈沖串。隨后芯片最終將找到空閑時隙，在該時隙內，信號是單獨的，并且將被室內探測器探測到。
圖7-9中表示了圖解說明在芯片和室內探測器中執行的操作的流程圖。這樣，圖7中的流程圖表示了在前面討論的常態模式下，在芯片中執行的操作，其中，US接收器持續地監聽來自室內探測器的命令。圖8中表示了和圖7的流程圖相對應的流程圖，不過還表示了在配有用于傳輸操作數據的I/O裝置36的芯片中執行的其它操作。最后，圖9中的流程圖表示了探測狀態下，在室內探測器中執行的操作步驟。
權利要求
1．一種用于監督和控制有限區域(1)，例如建筑物內的物體或人員的系統，它包括多個用于放置在要監督/控制的相應物體/人員上的電子標記芯片(14)，在網絡(11)中互連的、并被安排成與芯片(14)雙向通信的多個固定探測器(12)，以及通過探測器(12)與芯片(14)通信的中央控制器(10)，每個芯片(14)已存儲特殊的ID碼，并配有借助超聲波進行通信的發射器(22)和接收器(23)，其特征在于每個芯片(14)和每個探測器(12)還配有借助可聽聲(音頻)進行通信的發射器(分別為23,48)和接收器(分別為29,49)，為在超聲波通信和音頻通信之間轉換而提供的裝置(分別為34,54)，在操作上，每個芯片是持續處于運行狀態的，并被安排成在預定的時間間隔上發射其ID碼，探測器(12)或控制器(10)被安排成如果接收到不正確的ID碼或者在選定的時間間隔上持續未收到認可的ID碼，則觸發警報。
2．按照權利要求1所述的系統，其特征在于選擇的特殊芯片(14)配有諸如蜂鳴器之類的信號發射器(28)，信號發射器(28)被安排成在相鄰的探測器(12)觸發警報的情況下，發送信號。
3．按照權利要求1或2所述的系統，其特征在于利用不同的等級對芯片(14)編制程序，該等級規定芯片可以出入的所述有限區域(1)的較大或較小部分。
4．一種用于監督和控制有限區域(1)，例如建筑物內的物體或人員的系統，它包括多個用于放置在要監督/控制的相應物體/人員上的電子標記芯片(14)，在網絡(11)中互連的，并被安排成與芯片(14)雙向通信的多個固定探測器(12)，以及通過探測器(12)與芯片(14)通信的中央控制器(10)，每個芯片(14)已存儲特殊的ID碼，并配有借助超聲波進行通信的發射器(22)和接收器(23)，其特征在于每個芯片(14)和每個探測器(12)還配有借助可聽聲(音頻)進行通信的發射器(分別為23,48)和接收器(分別為29,49)，為在超聲波通信和音頻通信之間轉換而提供的裝置(分別為34,54)，中央控制器(10)被安排成經過探測器(12)有選擇地呼叫選定的芯片(14)，并且該芯片(14)被安排成產生作為對該呼叫的反應的應答，隨后距離最近的探測器(12)識別該芯片(14)的地點/位置。
5．按照權利要求4所述的系統，其特征在于芯片(14)被安排成在預編程的時間間隔之后，啟動它們自身，隨后向中央控制器(10)發射消息。
6．按照權利要求4或5所述的系統，其特征在于至少一些芯片(14)配有用于接收和發送涉及相應物體或設備的使用壽命或有效工作時間的信息的輸入和輸出裝置，芯片(14)被安裝在所述相應物體或設備上。
7．按照前述任意一個權利要求所述的系統，其特征在于每個芯片(14)和每個探測器(12)含有呈選擇器(分別為34,54)形式的轉換裝置，所述轉換裝置由所討論的芯片(14)或探測器(12)中的控制電路(分別為20,40)控制，從而選擇器(分別為34,54)在選定的時間間隔上提供所述轉換。
8．按照前述任意一個權利要求所述的系統,其特征在于芯片(14)中的發射器(22,28)和接收器(23,29)包括呈聚偏氟乙烯(PVDF)壓電薄膜(61；67)形式的電聲換能器，其中在適當的彎曲角度下，把該薄膜安裝成彎曲形狀，根據薄膜的厚度和面積，以及相關的工作頻率范圍，優化該彎曲角度。
9．按照權利要求8所述的系統，其特征在于PVDF薄膜(61)的厚度約為10微米，并以圓形-圓柱形彎曲形狀由柔性支承材料(62)支承，柔性支承材料(62)由剛性支承板(65)支承。
10．按照權利要求8所述的系統，其特征在于PVDF薄膜(67)被構成為自支撐膜片。
全文摘要
一種用于監督和控制有限區域,例如建筑物內的物體或人員的系統,包括多個用于放置在要監督/控制的相應物體/人員上的電子標記芯片(14),在網絡(11)中互連的、并被安排成與芯片(14)雙向通信的多個固定探測器(12),以及通過探測器(12)與芯片(14)通信的中央控制器(10),每個芯片(14)已存儲特殊的ID碼,并配有借助超聲波和可聽聲進行通信的相應發射器(22,28)和接收器(23,29),操作上,每個芯片(14)持續處于運行狀態,并被安排成在預定的時間間隔上發射其ID碼,探測器(12)或控制器(10)被安排成如果接收到不正確的ID碼或者在選定的時間間隔上持續未收到認可的ID碼,則觸發警報器。
文檔編號G06K19/00GK1300412SQ99806097
公開日2001年6月20日 申請日期1999年4月16日 優先權日1998年4月16日
發明者奧爾·B·霍文德, 埃里克·桑德梅爾 申請人:法爾特拉克有限公司