專利名稱：獨立的微型化通信模塊的制作方法
獨立的微型化通信模塊在許多領域中使用傳感器來檢測測量對象的數據，在其中接著用 適當的方式對所獲得的數據進行整理及求值。為此，通常傳感器信號 經受一個適當的信號處理，以便由此以所要求的精確度定量地確定所 需測量參量。在許多應用中，不能或不期望傳感器元件直接機械地連 接在一個外部信號處理裝置如微處理器、數字信號處理器或具有放大 器等的模擬處理電路上，這時由此會關系到對測量對象的影響或意味 著高的安裝成本。例如在運動的測量對象的情況下電纜連接地引出傳 感器信號通常是不可能的或與高成本相關聯。即使在靜止的應用中， 通過電纜支持的傳感器信號檢測也可能形成高成本及由此帶來靈活 性的降低，例如當要改變一個或多個傳感器的位置時。由于該原因，傳感器系統通常設有進一步的功能，以便例如使傳 感器與外圍求值組件的連接變得容易。但尤其當傳感器元件與相應的 求值組件無繩地連接時在公知的系統中形成了高成本，為了將傳感器 數據目標精確地及可靠地傳送到外圍組件，其方式例如是需要大的發 送/接收單元或測向站來與傳感器元件通信。由此使無線通信的傳感 器元件的可能應用受到很大限制或不再能忽略這對實際測量或監測 任務的影響。鑒于該問題，本發明的任務在于，在考慮到測量和/或監測狀況 的框架條件的較大帶寬的情況下實現傳感器的靈活應用。根據本發明的一個方面，該任務通過一種獨立傳感器模塊來解 決。該獨立傳感器模塊包括 一個傳感器元件，它被構造來輸出與特定測量參量相關的電信號； 一個與傳感器元件連接的信號處理單元；一個與信號處理單元連接的用于無線地傳送數據的發送及接收單元及一個用于傳感器模塊至少暫時獨立地工作的能量源。基于該結構提供了一種代表獨立的(autarkes)無線傳感器-通 信模塊的獨立裝置，該裝置能夠符合要求地檢測、處理、存儲及傳送 與接收數據，這些數據通過至少一個集成的傳感器來檢測。 一個集成 的信號處理單元承擔數據的整理，這些數據通過用作例如用于無線電 傳輸的無線通信接口的發送及接收單元被傳輸給其他同類型的裝置 或接收模塊，由此保證傳感器模塊至少在對于許多應用目的的足夠長 的時間間隔上獨立的工作方式，使得能可靠地測量特定的測量參量或 者執行監測任務，而無需昂貴的基礎設施。在另一有利的實施方式中，該獨立傳感器模塊被構造來占據至少 一個第一工作狀態和一個不同的第二工作狀態，其中第一工作狀態代 表節能狀態，在該節能狀態中至少使得通過發送及接收單元的數據發 送不工作或限制該數據發送。以此方式可在長的時間間隔上維持獨立工作，因為在節能狀態 (該節能狀態可為多種不同的顯著節能模式之一)中可實現能量的明 顯減小，其中，向節能狀態的過渡可由模塊本身引起和/或可通過一 個由外部接收的信號來引起。例如可設置一個相應的控制信號，該控 制信號監測模塊的工作及能量狀況，以便視控制單元的配置而定由此 引起向節能狀態的轉換。為此目的，控制單元可利用判據在何工作 狀態中采取節能狀態，或者當有多個節能狀態可用時采取哪個節能狀 態。變換地或附加地，可基于外部控制信號來做出該判定，該控制信 號例如通過發送及接收單元來接收。在另一實施方式中，獨立傳感器模塊被構成來借助機械的和/或電的和/或磁的和/或電磁的和/或光的信號通過初始化由第一工作狀 態過渡到第二工作狀態。可代表模塊完全工作就緒的狀態的第二工作狀態，因此可通過外 部源、如遠程數據發送單元或另一傳感器模塊來調用，使得可作到由 外部的高度的可控性，由此可達到模塊使用上更高的靈活性。在另一實施方式中，構造有控制單元，它借助由傳感器元件向信 號處理單元輸出的信號來引起向第二工作狀態的過渡。以此方式，傳感器元件本身可被用來識別一個要求完全工作就緒 的狀態，這尤其對于監測任務具有很大優點，因為這里測量值通常不 會在一個可預見的時間上出現。在此情況下可進行測量值或長或短地 連續檢測，而這些測量值不被傳送并且必要時也僅經受一個節能的預 處理，但其允許識別一個相應狀態、如高于或低于一個閾值。為了第 二工作狀態的初始化，因此可利用集成的傳感器本身以及必要時其它 的集成的傳感器例如通過振動、熱量、潮濕的識別來初始化。在另一實施方式中，信號處理單元具有模/數轉換器，該模/數轉 換器也可集成在傳感器本身中，及具有用于處理由傳感器元件輸出的 信號的數字信號處理部分。因此，可有效地執行基于軟件的信號處理 過程，使得可達到高度的模塊化，因為信號處理單元的電路配置可被 用于許多不同的傳感器元件，由此可用于測量和/或監測和/或控制任 務，因為所述適配可通過軟件來實現。必要時也可以此方式數字地準 備傳感器信號。在另一有利的實施方式中，傳感器模塊具有微型化結構，該結構 借助微系統技術及微電子技術來實現。通過使用現代的制造方法可實 現傳感器模塊的極其緊湊的結構方式，使得對于寬廣的應用領域可實 現在測量對象上的安裝，其中不會引起對測量對象功能的值得一提的妨礙。通過本發明的傳感器模塊的技術轉用所實現的、到很小空間(由 此在其中可安裝傳感器、無線電接口、信號處理器及無源元件)的微 型化能使該傳感器模塊幾乎可被施加或安裝到任何物體及對象中，同 時結構形狀也可做到適合的形狀，由此可有效地抑制對功能的妨礙。 也就是說，視應用及要求而定通過制造方式可使緊湊的微型化模塊在 其結構形狀上被適配，例如可作成球形、立方體形，柔性帶及類似形 狀。此外，通過將傳感器模塊實施成模塊式的結構形狀(它們可通過 上述技術特別有利地實現)就可提供根據應用的要求更換或替換一定 的功能元件的可能性，使得例如該傳感器元件可由另一種來替代或以 有效及低成本的方式來更換能量源。用于制造微型化模塊所使用的、 微系統技術、微電子學及微機械技術的方法及技術可用不同的方式組 合并且根據模塊實施方式的需要或根據可提供的技術來適配。例如傳 感器模塊可在利用上述技術的情況下這樣地構造，即無需大的成本可 集成新開發的元件例如能量系統。例如可使用微型燃料電池來取代傳 統的能量載體如電池、蓄電池等，只要這些微型燃料電池能以低成本 地方式被提供。在另一有利的實施方式中，設置有至少一個第二傳感器元件，它 與信號處理單元相連接，用于輸出與第二特定的測量參量相關的電信 號。通過在傳感器模塊中設置多個傳感器元件可以組合地滿足一個復 雜的總功能，使得例如在溫度和/或煙極限值情況和/或出現的震動情 況的特定監測任務的情況下可實現警報的觸發。在另一有利的實施方式中，至少一些電子組件被構造為集成電 路。因此可實現高度的緊湊性與高可靠性相結合。在一個有利的實施 方式中，信號處理單元及發送與接收單元的至少一部分被設置在一個 共同的集成電路中。以此方式，可使在安裝傳感器元件時在連接電子 組件以及準備連接導線方面所出現的工作量明顯地減小，并同時在窄小的空間上提供高的工作性能及高可靠性。在此情況下特別有利的 是，在傳感器模塊中基本上受軟件支持地進行信號處理或信號預處 理，使得可基于給定的電路設計在應用上覆蓋大的帶寬，而無需集成 電路的改型。在另一有利的實施方式中，集成電路還包括傳感器元件。以此方 式可進一步提高緊湊度，并且可同時提高傳感器模塊的可靠性。例如 對于在測量技術上待檢測的測量參量，如壓力、溫度、加速度、電場、 光測量參量等，可提供微電子的或微機械的傳感器元件，由此它們可 以以有效的方式被包括到電路設計中，使得可實現小的結構體積及同 時達到高的可靠性。在另 一有利的實施方式中，獨立傳感器模塊具有用于接收所有功 能部分的承載體，其中該承載體被構造用來在機械上穩定地安裝到測 量對象上或其中。設置用于接收傳感器模塊的各個組件的合適構型的 承載體提高了傳感器模塊應用的靈活性，因為可根據應用來構造承載 體，以便由此提供所需的機械穩定度及由此提供在安裝期間以及在測 量期間模塊的完好性。由于微型化，傳感器模塊對承載體的功能無影 響或僅有很小的影響。尤其是，承載體可被構造來安裝到可運動的測 量對象上。因此可以開發出各種各樣的應用，在這些應用中傳感器模 塊的緊湊結構與適當的承載體的設置相結合可實現即使在小的運動 物體上的測量，而對其功能無實質性影響。在一個有利的實施方式中， 該傳感器模塊被構造得使得其可施加在一個可運動的體育器具上，及 尤其是裝到一種球賽的球內或球上。因此，在該體育器具的應用期間 能以有效的方式求得并且分析適當的數據，其中在外圍組件方面同樣 要求高度的靈活性及低的成本。在另一有利的實施方式中，傳感器元件包括至少一個加速度傳感 器。為了求得有說服力的加速度值，通常需要測量對象的運動相對地未被影響，由此基于本發明的獨立傳感器模塊可保證所獲得的測量數 據的高度可靠性，其中在外圍組件方面僅需要小的成本。在另一有利的實施方式中，能量源包括一個發電器，它將作用于 傳感器模塊的機械能和/或電磁能轉換為用于傳感器模塊工作的電 能。以此方式可有效地提高傳感器模塊的工作持續時間及由此提高其 獨立的程度，其方式是由外部提供的能量可直接在傳感器模塊中被轉 換，而不需要能量組件的可能的更換。在此情況下，相應的發電器可 設置為相應的微型化的彈性驅動裝置或壓電轉換器的形式，以便可存 儲機械的動能或直接地將該能量轉換成電能，而在另外的實施方式中 可附加地或代替地在發電器中設置裝置或組件，以便以適當的方式轉 換電能、磁能或電磁能并且緊接著存儲在能量源中。例如在發電器中 可設置一個感應元件，以便以有效方式將感應耦合進的能量轉換成電 能。在其它的實施方式中，可利用為了傳輸信號所使用的載波，以便 提供電能的相應部分用于傳感器模塊的供電。當傳感器模塊或多或少 完全地集成在相應的測量對象中使得直接地作用于傳感器模塊會與 相應的花費相關聯時，機械能和/或電磁能的相應轉換是特別有利的。根據本發明的另一方面，作為本發明基礎的任務借助一個傳感器 模塊系統來解決，該傳感器模塊系統具有兩個或多個在以上實施方式 中或在還將描述的實施方式中所述的獨立傳感器模塊，其中每個獨立 傳感器模塊還被構造為與傳感器模塊系統的其它傳感器模塊構成一 個自組織的網絡。所述自組織的網絡(例如可基于無線電網絡領域中的方法來建 立)用于由此在各個組件之間交換數據并且也可用于建立對外部組件 的通信路徑。基于該自組織的網絡，在傳感器模塊系統的結構方面提 供了高度的靈活性，因為可使用可變數目的傳感器模塊，由此可開發 廣闊的應用領域，例如可應用在環保領域、樓宇管理、生產過程及食品工業中的質量控制、機器及設備的監測、醫藥監管、業余活動領域 等中。在此情況下，由于組件系統的網絡結構可以以有效的方式實現 來去各個傳感器模塊的數據傳送，而無需大的及昂貴的外圍組件。在另一有利的實施方式中，在傳感器系統中還設置有數據接收單 元，當系統工作時它與至少一個獨立傳感器模塊至少暫時地形成連 接。因此，能以有效率的方式由網絡讀出所需的傳感器數據并且用于 進一步的數據處理。在另一有利的實施方式中，各個獨立傳感器模塊的發送及接收單 元被構造用于通過電磁的信號傳輸信道來進行信號傳輸，其中設有至 少兩個不同的頻率范圍。通過在該系統內使用不同的頻率范圍(其中 傳輸信道例如可用于傳感器模塊的初始化以及用于數據傳輸)，能夠 實現在傳感器數據檢測以及傳送時符合要求并且由此可選擇時間的 構型，因為在需要時同樣可使用不同的頻率范圍以保證數據的可靠傳 輸。此外，通過提供不同的頻率范圍，也可實現在用于傳輸所需的能 量方面的選擇，使得對于傳感器模塊的數據傳送可選擇能量上高效率 的傳輸信道。這樣，例如在各個傳感器模塊之間的數據傳輸可在一個 適當的頻率范圍中以很小的強度實現，而例如來自外部、如來自數據 接收單元的初始化信號的傳送則可在一個保證了大的有效距離的頻 率范圍中實現，使得在需要時每個獨立傳感器模塊可由外部進行初始 化。在另一有利的實施方式中，在這些獨立傳感器模塊中設立了用于 根據預定準則求得系統中的通信路徑的算法。因此，基于所實施的算 法可求得適合的通信路徑，在該通信路徑中數據由 一個模塊向下一個 模塊傳送，最后傳送到一個外部源、例如外部的數據接收單元。以此 方式可以實現數據的可靠傳送，而在外圍模塊上無需大的花費，因為 例如僅需要系統中的一個傳感器模塊對外圍組件、如數據接收單元的可靠連接。因此也可與外部源在特定選擇的角度下進行通信，如鑒于 節能并且可靠的數據傳輸。在另一有利的實施方式中，預定準則規定一個最短的或一個能量 優化的通信路徑。根據本發明的另一方面， 一個數據檢測系統包括 一個或多個如 在以上實施方式中或在還將描述的實施方式中所述的獨立傳感器模 塊，其中該數據檢測系統還具有一個數據接收單元，它被構造用于由 一個或多個獨立傳感器模塊無線地接收與特定的測量參量相關聯的 數據。如前所述，可通過微型化、模塊化的結構形式使一個或多個獨 立傳感器模塊集成在滿足特定功能的其他物體及對象中，而對該物體 的原本功能基本上無影響。由此該物體和對象獲得了擴展的功能并提 高了其實用性，因為借助該數據檢測系統能以有效率的方式檢測相應 的數據并且由此在對象及物體的外部借助該數據接收單元提供進一 步的處理。當考慮運動的對象時這尤其適合，所述運動對象例如高爾 夫球、乒乓球、網球或其它比賽用球，因為可在一個或多個特定的測 量參量方面監測運動的物體的狀態，其中相應的測量數據在物體的功 能方面具有高度的可靠性。在另一有利的實施方式中，還設置一個數據發送裝置或數據發送 及接收裝置，它被構造用來對一個或多個傳感器模塊中的至少一個無 線地傳輸數據。以此方式，例如能以有效率的方式實現傳感器模塊的 控制和由此必要時進行對物體的影響，使得在數據檢測系統工作時得 到高度的靈活性。例如可借助數據發送裝置傳輸用于工作狀態初始化 和/或用于節能狀態初始化的初始化信號，以使得數據檢測系統可在 很高程度上由外部控制。在其它實施例中，獨立傳感器模塊的必要時 的配置及由此功能特性可由外部控制，其方式是例如傳輸相應的配 置數據或控制數據，這些數據然后弓I起傳感器模塊的相應工作方式。必要時也可通過數據發送單元進行軟件的更新或普遍地進行軟件的 改變，這樣無需由外部直接作用即可實現傳感器模塊的工作特性的相 應更新。在一個有利的實施方式中，數據發送裝置被構造用于另一無線傳 輸信道如數據接收單元的數據傳輸。以此方式例如可進行向各個傳感 器模塊的數據傳輸，其中考慮到對于所有傳感器模塊同時進行可靠的 數據傳送，而在由傳感器模塊向數據接收單元傳送數據時可使用盡可 能有效率并且由此節能的數據傳輸準則。在另一有利的實施方式中，設置有數據處理單元，該數據處理單 元與數據接收單元形成連接，以便處理在數據接收單元中所接收的數 據。以此方式，在傳感器模塊中所獲得的測量數據(這些測量數據受 到信號處理，但考慮到測量數據的實際應用該信號處理可以為一個預 處理)以節能并仍是有效率的方式被傳輸給數據處理單元，該數據處 理單元則可根據它的計算資源對檢測的測量數據進行相應的處理或 顯示。例如對此可使用便攜的或靜止的計算機裝置及類似裝置。在此， 數據處理單元優選通過一個無線的傳輸信道與數據接收單元形成連 接。由此，可形成高度的靈活性及對現有的網絡技術的兼容性，其方 式是，例如在數據處理單元與數據接收單元之間的無線傳輸信道中使 用現有的標準，如"藍牙標準"。在另 一有利的實施方式中，數據接收單元被構造用于將能量饋入 一個或多個傳感器模塊中。以此方式可改善傳感器模塊的獨立性或其 緊湊性，因為在各個傳感器模塊中存在的能量源可選擇得相應地小。 例如發送及接收單元可以被這樣設計，使得用于數據傳輸所需的能量 的至少一部分由饋入的能量來獲得。這例如可通過數據傳送時的載波 能量的轉換或通過能量的感應耦合入或通過提供一個可同時用作能 量供給的光束來實現。根據本發明的另 一方面提供了 一種用于數據檢測的方法。該方法 包括在測量對象上固定測量模塊，其中測量模塊適配測量對象并且基 本上不引起對測量對象的功能限制。此外，在測量模塊中獲得與測量 對象相關聯的測量數據并且在測量模塊中處理所獲得的測量數據以 及然后無線地傳送。如前所述，由于在一個特定的測量對象中設置測量模塊而基本上 不限制其功能，通過就地獲得、處理并且無線地傳送相應的測量數據 得到了尤其在運動的物體上的數據檢測時的高度靈活性。在一些有利的實施方式中，測量數據的獲得包括借助一個或多個 傳感器元件求得用于一個或多個特定測量參量的測量值。因此借助通 過選擇一個或多個適當的傳感器元件的數據檢測可以完成相應的任 務，即例如當對于一個或多個特定的測量參量未保持一個或多個特定 的數值范圍時發出警報或相應地顯示。在另 一些有利的實施方式中，所獲得的測量數據的處理包括在長 的時間間隔上的數據存儲和/或數據的濾波和/或閾值的求得和/或計 算求值。以此方式，可實現在現場地準備所獲得的測量數據時的高度 的靈活性，使得必要時可以使傳送時的數據量顯著地下降并且由此可 以非常節能地被設計，因為在需要時僅僅只是例如作為相應結果被儲 存的數據處理相應結果必須被傳輸。例如在監測狀態的典型應用中， 其中要監測一個或多個待由測量技術檢測的量高于或者低于相應的 閾值，僅當實際上出現了相應的情況時才發生相應的信號傳送，這樣， 通常節能的數據處理過程被維持，而數據傳輸僅在需要時才發生。此 外，可在使用節能措施的情況下進行所述傳輸，因為有時要給數據附 加很少的冗余或完全沒有冗余或者要傳輸較大的數據量，由于所需的 求值有時可能已經完全在傳感器模塊中進行。有利地，所獲得的測量數據的處理通過模-數轉換連同隨后的數 字信號處理來實現，該模-數轉換部分也可組合在傳感器中，在一些 有利的實施方式中，數字信號處理部分以軟件的形式存儲在計算機裝 置中。以此方式得到高度的靈活性，因為對于很不同的數據檢測任務 可使用相同的硬件結構。根據本發明的另一方面，提出一種用于制造獨立傳感器裝置的方 法。該方法包括針對所選擇的測量對象確定傳感器模塊的尺寸及結構 形式，其中，在傳感器模塊安裝之后該尺寸及結構形式基本上不引起 對測量對象功能的限制。此外，在使用微系統技術及微結構制造的工 藝的情況下來制造一個或多個傳感器模塊，其中每個傳感器模塊具有 多個組件，屬于這些組件的有傳感器元件、與傳感器元件連接的信號 處理單元、與信號處理單元連接的用于無線地傳送數據的發送及接收 單元以及用于傳感器的至少暫時地獨立工作的能量源。通過該方法可用符合目標的方式制造獨立傳感器裝置，使得可由 測量對象獲得可靠的測量數據。這些測量數據可進一步被用于相應測 量對象的監測和/或控制和/或功能擴展。用于制造一個或多個傳感器模塊所使用的工藝有利地包括在一 個共同的電路襯底上或在其中集成兩個或多個組件，使得在降低制造 成本的情況下可實現高度的復雜性及緊湊性。因此，可以用低成本的 方式為任意的測量對象設置相應地量身定做的傳感器模塊，其中基于 緊湊的、模塊化的及獨立的結構方式或功能類型可使外圍裝置的費用 保持很低。有利地，為了制造傳感器模塊使用了柔性的電路載體。以此方式 可改善傳感器使用期間的定型及機械完好性并且進一步減小結構尺寸。因此可實現整個模塊(無能量源)小于5mm X 5mm X 2.5醒的的結構尺寸。有利地，為了制造傳感器模塊，在一個單獨的電路載體襯底中集 成無源的電路元件和/或者需要時集成光元件和/或微機械元件。這種 制造方式可保證低成本的制造過程及同時高度的緊湊性和不易受干 擾性。其它有利的實施方式在附加的權利要求中被解釋并且也可由以 下對其它特定實施例的詳細描述中得到。在此將參考以下的附圖
，其 中圖la示意性地示出根據本發明的一個直觀的實施方式的傳感器 模塊的模塊化結構；圖lb示出圖la中的實施方式以印制電路板技術(PCB)實現的 傳感器模塊的模塊化結構；圖lc示意性示出組合在一個測量對象中的一個專用傳感器模塊 的機械結構，該測量對象為高爾夫球；圖ld示意性示出具有加速度傳感器的傳感器模塊的電路框圖；及圖le示意性示出在一個直觀的實施方式中的、具有一個或多個 傳感器模塊與相應的外圍組件的數據檢測系統。圖la示意性示出一個傳感器模塊100，它在該示例性的實施方式 中被設置為三維的印制線路板疊堆101，該印制線路板疊堆又被分成 不同的平面。在所示的實施方式中，印制線路板101在第一平面102 (該平面也通稱為信號處理單元)中具有一個相應的模擬的和/或數 字的電路，例如放大器、模數轉換器、數字處理器及類似電路，其中 第一平面102或信號處理單元的組件與一個相應的傳感器元件103相連接。在所示的實施方式中，該傳感器元件被構造成加速度傳感器，它通過相應的連接電線104被連接。在另一實施方式中，傳感器元件 可安裝在單元102的印制電路板上或者也可直接地集成到單元102的 印制電路板中。此外，單元102的印制電路板可具有一個適合于發送 及接收單元105的天線，該發送及接收單元105在所示的實施方式中 被設置在第二平面中。在另一平面106中可設置其它組件，例如石英 晶體或其它無源或有源的元件。此外，該平面106也可設置有能量源 (未示出)，或者該能量源被設置在一個單獨的平面中。圖lb示出模塊100的另一實施方式的透視圖，在該模塊中可實 現緊湊的結構，其方式是基本上所有的電子組件包括發送及接收單元 105的天線裝置在內被設置在各個相應的印制電路板上，其中各個印 制電路板的觸點接通通過相應的連接面來實現。應當注意，這些印制 電路板的數目、形狀及布置適配于應用目的，使得該模塊100可安裝 在所選擇的測量對象上。圖lc示意性示出用于集成在一個測量對象150中的傳感器模塊 100，在本應用例中該測量對象為高爾夫球。如圖所示，該傳感器模 塊100包括印制線路板疊堆101，在其上安裝加速度傳感器103，其 中在疊堆101的下面設置有一個能量源107，其形式例如為鈕扣電池 形狀的標準電池或蓄電池。此外，示出一個承載體108，在其中可這 樣地安置各個組件，即傳感器元件103、印制線路板疊堆101及能量 源107，使得它們可以連同承載體108—起機械地固定在高爾夫球150 中。在圖lc的右側示出安裝好的傳感器模塊100，其中為了將模塊 100機械地固定在高爾夫球150中，在此情況中，在承載體108上設 置有相應的螺紋，該螺紋作為對高爾夫球150中相應螺紋的配合部 分。傳感器模塊100的電子組件的裝配借助已建立的SMD裝配方法及"電路板上的芯片"(COB)技術(芯片及引線鍵合)來進行。由此， 可實現一個緊湊且輕的結構形式。承載體108以塑料體殼的形式來設 置或由另一合適的材料來制造。各個組件的裝配可以視結構形式而定 通過公知的微系統技術的方法這樣來實現，使得可達到更加緊湊的結 構。例如在制造各個印制電路板時可設置柔性的電路載體(薄膜)， 或者無源組件的集成可在用于制造集成電路的相應的襯底材料中或 該襯底材料上迸行或在印制線路板的襯底材料上進行。圖Id示意性示出傳感器模塊100的電路框圖，其中發送及接收 單元105與數據處理單元102形成連接，在所示的實施例中該數據處 理單元由一個模擬部分102a及一個數字部分102b構成。此外，加速 度傳感器103與信號處理單元102連接，能量源107用于模塊100的 所有組件的供電。所示的實施方式僅具有示例特性并且可根據前面描 述的原理來修改。例如，尤其能量源107可具有一個相應的用于能量 轉換的發電器(未示出)，該發電器具有前面描述的特性。在模塊100工作期間，信號處理單元102a, 102b可處理傳感器 103的相應信號并輸送給發送及接收單元105，用于無線地傳送給其 它的傳感器元件或相應的數據接收單元。在所示的實施方式中，設置 有數字的信號處理部分101b，它可實現軟件支持的處理，使得在相 同的硬件結構的情況下可達到高度的靈活性。此外，在數字單元102b 的所示的實施方式中可實施一個相應的控制單元，它可控制模塊100 的工作。例如在模塊100中除了全部工作能力的工作狀態外還可設立 至少一個另外的工作狀態，在該工作狀態中能量源107的負荷明顯地 較小，其方式是，例如負責數據傳送的、發送及接收單元105的至少 一部分不工作。此外還可以是如前面所述地，設立多個不同的節能 模式，使得可根據控制部分的配置(所述配置例如也可通過外部信號 進行調節)來調節相應的工作狀態。圖le示意性地示出一個數據檢測系統160，其中設置有一個或多 個傳感器模塊IOO。在所示的實施方式中，該數據檢測系統160還包 括一個數據接收單元161，該數據接收單元至少暫時地與至少一個模 塊100形成連接。此外，在該數據檢測系統160中還設置有數據處理 單元162，它在所示的實施方式中被稱為用于中程的接收器/發送器 模塊，并且例如可用于測量數據的顯示以及用于模塊100的初始化。在系統160工作時，例如可由模塊之一 100來檢測如通過高爾夫 球的開球擊打引起的測量數據、即加速度值并且借助電磁的傳輸信道 傳送給數據接收單元161。在此，對于相應的傳輸信道可使用一個合 適的頻率范圍，使得可實現可靠并仍然節能的信號傳輸。例如在測量 數據傳送期間可在模塊的緊附近設置數據接收單元161，例如設置在 相應的球棒中或在開球地點處，使得盡管模塊100的發送功率很小也 能夠實現可靠的數據傳輸。另一方面，數據接收單元161可通過另一 傳輸信道將數據發送給處理單元162，該傳輸信道在其頻率范圍上與 模塊100和數據接收單元161之間使用的傳輸信道相比可以不同，使 得能可靠地傳輸相應的數據并且在數據處理單元162中進行相應的 求值。對此例如可使用符合標準的傳輸信道、例如藍牙標準的傳輸信 道，該傳輸信道通常被提供在市場上常見的裝置如PDA、移動電話機、 移動式計算機等等中。此外也可經過外部的數據處理單元162通過發 送相應信號來實現各個模塊100的初始化。例如可在高爾夫球的開球 擊打的緊前面進行初始化，以使得模塊100由節能狀態過渡到一個相 應的工作就緒狀態以接收數據并傳輸數據。在數據檢測系統160中可設置有多個傳感器模塊100，它們被這 樣地構造，使得形成一個自組織的網絡。例如可使用多個高爾夫球， 這些高爾夫球例如在開球擊打之后存儲相應的測量數據并且接著能 夠實現相應的數據傳輸，其中，處于其發送及接收單元的相互影響的區域中的高爾夫球構建了一個相應的絡網結構，以便由此保證有效率 的數據傳送。以此方式可作到即使數據接收單元161的有效距離很 小也可輸入來自不同高爾夫球的多個測量數據，因為例如一個遠的高 爾夫球的數據可經過一個相應的通信路徑被傳送給數據接收單元161。
權利要求
1. 獨立傳感器模塊，具有一個傳感器元件，它被構造用于輸出與一個特定測量參量相關的電信號，一個與該傳感器元件相連接的信號處理單元，一個與該信號處理單元相連接的、用于無線地傳送數據的發送及接收單元，及一個能量源，該能量源用于該傳感器模塊的至少暫時的獨立工作。
2. 根據權利要求1的獨立傳感器模塊，它被構造得可占據至少一 個第一工作狀態和一個不同的第二工作狀態，其中該第一工作狀態代 表節能狀態，在該節能狀態中至少通過該發送及接收單元的數據發送 不工作。
3. 根據權利要求2的獨立傳感器模塊，它被構造得通過借助機械 的和/或電的和/或磁的和/或電磁的和/或光的信號初始化由第一工 作狀態過渡到第二工作狀態。
4. 根據權利要求2或3的獨立傳感器模塊，其中，設置有控制單 元，該控制單元被構造用于弓I起從第一工作狀態到第二工作狀態的過 渡。
5. 根據權利要求4的獨立傳感器模塊，其中，該控制單元被構造 用于借助一個由該傳感器元件向該信號處理單元輸出的信號來引起所述過渡。
6. 根據以上權利要求中一項的獨立傳感器模塊，其中，該信號處 理單元具有模/數轉換器及數字的信號處理部分，用于處理由傳感器元件輸出的信號。
7. 根據權利要求6的獨立傳感器模塊，其中，所述信號處理包括 一個部分，該部分用于至少部分地對由該模/數轉換器輸出的數字數 據進行軟件支持的信號處理。
8. 根據以上權利要求中一項的獨立傳感器模塊，其中，該傳感器 模塊具有微型化結構并且借助微系統技術及微電子技術來制造。
9. 根據以上權利要求中一項的獨立傳感器模塊，其中，設置有至 少一個第二傳感器元件，它與該信號處理單元相連接，用于輸出與一 個第二特定的測量參量相關的電信號。
10. 根據以上權利要求中一項的獨立傳感器模塊，其中，至少該 信號處理單元或該傳感器被設置為集成電路。
11. 根據權利要求10的獨立傳感器模塊，其中，該集成電路還包 括發送及接收單元的至少一部分。
12. 根據權利要求10或11的獨立傳感器模塊，其中，該集成電 路還包括傳感器元件。
13. 根據以上權利要求中一項的獨立傳感器模塊，它還具有一個 用于接收所有功能組件的承載體，其中該承載體被構造用于機械上穩 定地安裝到測量對象上。
14. 根據權利要求13的獨立傳感器模塊，其中，所述承載體被構 造用于安裝在可運動的測量對象上或測量對象中。
15. 根據權利要求14的獨立傳感器模塊，其中，該傳感器模塊可 基本上無功能妨礙地被安裝測量對象上或測量對象中。
16. 根據權利要求15的獨立傳感器模塊，其中，所述測量對象代 表可運動的體育器具，尤其是一種球賽的球。
17. 根據以上權利要求中一項的獨立傳感器模塊，其中，該傳感 器元件至少包括一個加速度傳感器。
18. 根據以上權利要求中一項的獨立傳感器模±央，其中，所述能 量源包括一個發電器，它由作用于該傳感器模塊上的機械能和/或電 磁能來提供用于維持該傳感器模塊的工作(能力)的電能。
19. 根據以上權利要求中一項的獨立傳感器模塊，它的尺寸不超 過lcm3、優選0.5cm3及尤其為0.2cm3。
20. 傳感器模塊系統，具有兩個或多個根據以上權利要求中一項的獨立傳感器模塊，其中， 每個獨立傳感器模塊還被構造用于與該傳感器模塊系統的其它傳感器模塊構成一個自組織的網絡。
21. 根據權利要求20的傳感器系統，其中，還設置有數據接收單 元，當該系統工作時它與這些獨立傳感器模塊中的至少一個至少暫時 地形成連接。
22. 根據權利要求20或21的傳感器系統，其中，各個獨立傳感 器模塊的發送及接收單元被構造用于通過電磁的信號傳輸信道來傳 輸信號，及設置有至少兩個不同的頻率范圍。
23. 根據權利要求22的傳感器系統，其中， 一個頻率范圍被設置 用于所述傳感器模塊的外部初始化。
24. 根據權利要求20至23中一項的傳感器系統，其中，在所述 獨立傳感器模塊中設立了用于根據預定準則求得該系統中的通信路 徑的算法。
25. 根據權利要求24的傳感器系統，其中，所述預定準則規定一 個最短的或一個能量優化的通信路徑。
26. 數據檢測系統，具有一個或多個根據權利要求1至19中一項的獨立傳感器模塊，及 一個數據接收單元，它被構造用于從所述一個或多個獨立傳感器 模塊中無線地接收與特定的測量參量相關聯的數據。
27. 根據權利要求26的數據檢測系統，該數據檢測系統還包括數據發送裝置，它被構造用于對所述一個或多個傳感器模塊中的至少一 個無線地傳輸數據。
28. 根據權利要求27的數據檢測系統，其中，所述數據發送裝置 被構造用于傳輸控制數據，所述控制數據用于所述至少一個傳感器模 塊的配置。
29. 根據權利要求27或28的數據檢測系統，其中，用于另一無 線傳輸信道的數據發送裝置與所述數據接收單元一樣地被設計。
30. 根據權利要求26至29中一項的數據檢測系統，該數據檢測 系統還包括數據處理單元，該數據處理單元與所述數據接收單元形成 連接，以便處理在數據接收單元中所接收的數據。
31. 根據權利要求30的數據檢測系統，其中，所述數據處理單元 通過無線傳輸信道與所述數據接收單元形成連接。
32. 根據權利要求31的數據檢測系統，其中，所述數據處理單元 被構造用于對所述一個或多個傳感器模塊發送至少一個初始化信號。
33. 根據權利要求26至32中一項的數據檢測系統，其中，所述 一個或多個傳感器模塊的發送及接收單元以及所述數據接收單元被 設計用于節能的數據傳輸。
34. 根據權利要求33的數據檢測系統，其中，所述數據接收單元 被設計用于將能量饋入所述一個或多個傳感器模塊中。
35. 根據權利要求34的數據檢測系統，其中，所述發送及接收單 元被設計用于由被饋入的能量來獲得用于數據傳輸所需的能量的至 少一部分。
36. 用于數據檢測的方法，包括在測量對象上或在其中固定測量模塊，其中，所述測量模塊適配 該測量對象并且基本上不引起對該測量對象的功能限制，在所述測量模塊中獲得與該測量對象相關聯的測量數據， 在所述測量模塊中處理所獲得的測量數據，以及 無線地傳送來自所述測量模塊的被處理的測量數據。
37. 根據權利要求36的方法，其中，獲得測量數據包括借助一個 或多個傳感器元件求得對于一個或多個特定測量參量的測量值。
38. 根據權利要求36或37的方法，其中，所獲得的測量數據的 處理包括在較長的時間段上的數據存儲和/或數據的濾波和/或閾值 的求得和/或計算求值。
39. 根據權利要求36至38中一項的方法，其中，所獲得的測量 數據的處理包括模-數轉換及數字信號處理。
40. 根據權利要求39的方法，其中，所述信號處理通過計算機裝 置中的軟件來實現。
41. 根據權利要求36至40中一項的方法，其中，在間隔時間占據節能狀態，在該節能狀態中至少中斷被處理的測量數據的傳送。
42. 根據權利要求41的方法，其中，在該節能狀態期間至少中斷 所述測量數據的獲得。
43. 根據權利要求41或42的方法，其中，該節能狀態通過一個 由外部輸入的初始化信號引起。
44. 根據權利要求41或43的方法，其中，該節能狀態基于所獲 得的測量數據來引起。
45. 根據權利要求36至44中一項的方法，該方法還包括無接觸 地輸入能量，以便提供所述測量模塊工作所需的能量的至少一部分。
46. 根據權利要求45的方法，其中，在數據傳送期間進行能量的 無接觸的輸入。
47. 根據權利要求36至46中一項的方法，其中，從對測量對象 的機械作用中來獲得用于所述測量模塊工作的能量。
48. 根據權利要求36至47中一項的方法，該方法還包括在所 述測量模塊中接收數據，其中，所接收的數據包括控制數據和/或測 量數據。
49. 根據權利要求48的方法，其中，設置有至少一個另外的測量 模塊，它被固定在至少一個另外的測量對象上并適配所述測量對象，獲得測量數據而基本上不引起對所述至少一個另外的測量對象的功 能限制，處理所獲得的測量數據并且無線地傳輸所處理的測量數據， 其中，所述測量模塊和所述至少一個另外的測量模塊暫時地交換數 據。
50. 根據權利要求49的方法，其中，所述測量模塊和所述至少一 個另外的測量模塊作為 一個自組織的網絡工作。
51. 根據權利要求50的方法，該方法還包括將所述測量模塊和 /或所述至少一個另外的測量模塊的被處理的測量數據傳送給一個數 據接收單元。
52. 根據權利要求51的方法，該方法還包括與所述測量模塊及 所述至少一個另外的測量模塊中的一個構成一個通信路徑，以便將數 據傳輸給該數據接收單元。
53. 根據權利要求36至52中一項的方法，其中，在傳輸被處理 的測量數據時可提供具有不同頻率范圍的傳輸信道。
54. 根據權利要求36至53中一項的方法，其中，所述測量對象 在使用期間至少暫時地被移動。
55. 根據權利要求54的方法，其中，所述測量對象是一個可運動 的體育器具。
56. 用于制造獨立傳感器裝置的方法，其中，該方法包括針對所選擇的測量對象確定傳感器模塊的尺寸及結構形式，其 中，在傳感器模塊安裝后該尺寸及結構形式基本上不引起對測量對象 的功能限制，使用微系統技術及微結構制造的工藝來制造一個或多個傳感器 模塊，其中每個傳感器模塊具有多個組件，連同傳感器元件、與傳感 器元件相連接的信號處理單元、與信號處理單元相連接的用于無線地 傳送數據的發送及接收單元以及用于傳感器模塊至少暫時地獨立工 作的能量源。
57. 根據權利要求56的方法，其中，兩個或多個組件被制造在一 個共同的集成電路中。
58. 根據權利要求56或57的方法，其中，為了制造所述一個或 多個傳感器模塊使用柔性的電路載體。
59. 根據權利要求56至58中一項的方法，其中，為了制造所述一個或多個傳感器模塊，在一個電路載體襯底中集成無源的電路元件 和/或光元件和/或微機械元件。
全文摘要
本發明涉及獨立傳感器模塊及用于其工作及其制造的方法，其中傳感器模塊具有一個傳感器、一個發送及接收單元、一個信號處理單元及一個能量源，使得該模塊能夠獨立地工作。此外可基于合適的制造方法這樣地達到傳感器模塊的尺寸及形狀的適配即當傳感器模塊組合或安裝在所選擇的測量對象上后基本上不引起對測量對象功能的限制。此外通過在一個系統內提供多個傳感器模塊可設立一個自組織網，由此可彼此地及與外部單元交換數據。
文檔編號G08C17/00GK101258769SQ200680032290
公開日2008年9月3日 申請日期2006年9月1日 優先權日2005年9月1日
發明者H·賴希爾, J·沃爾夫, K·朗 申請人:弗勞恩霍弗應用技術研究院