独立的微型化通信模块的制作方法

专利名称：独立的微型化通信模块的制作方法
独立的微型化通信模块在许多领域中使用传感器来检测测量对象的数据，在其中接着用 适当的方式对所获得的数据进行整理及求值。为此，通常传感器信号 经受一个适当的信号处理，以便由此以所要求的精确度定量地确定所 需测量参量。在许多应用中，不能或不期望传感器元件直接机械地连 接在一个外部信号处理装置如微处理器、数字信号处理器或具有放大 器等的模拟处理电路上，这时由此会关系到对测量对象的影响或意味 着高的安装成本。例如在运动的测量对象的情况下电缆连接地引出传 感器信号通常是不可能的或与高成本相关联。即使在静止的应用中， 通过电缆支持的传感器信号检测也可能形成高成本及由此带来灵活 性的降低，例如当要改变一个或多个传感器的位置时。由于该原因，传感器系统通常设有进一步的功能，以便例如使传 感器与外围求值组件的连接变得容易。但尤其当传感器元件与相应的 求值组件无绳地连接时在公知的系统中形成了高成本，为了将传感器 数据目标精确地及可靠地传送到外围组件，其方式例如是需要大的发 送/接收单元或测向站来与传感器元件通信。由此使无线通信的传感 器元件的可能应用受到很大限制或不再能忽略这对实际测量或监测 任务的影响。鉴于该问题，本发明的任务在于，在考虑到测量和/或监测状况 的框架条件的较大带宽的情况下实现传感器的灵活应用。根据本发明的一个方面，该任务通过一种独立传感器模块来解 决。该独立传感器模块包括 一个传感器元件，它被构造来输出与特定测量参量相关的电信号； 一个与传感器元件连接的信号处理单元；一个与信号处理单元连接的用于无线地传送数据的发送及接收单元及一个用于传感器模块至少暂时独立地工作的能量源。基于该结构提供了一种代表独立的(autarkes)无线传感器-通 信模块的独立装置，该装置能够符合要求地检测、处理、存储及传送 与接收数据，这些数据通过至少一个集成的传感器来检测。 一个集成 的信号处理单元承担数据的整理，这些数据通过用作例如用于无线电 传输的无线通信接口的发送及接收单元被传输给其他同类型的装置 或接收模块，由此保证传感器模块至少在对于许多应用目的的足够长 的时间间隔上独立的工作方式，使得能可靠地测量特定的测量参量或 者执行监测任务，而无需昂贵的基础设施。在另一有利的实施方式中，该独立传感器模块被构造来占据至少 一个第一工作状态和一个不同的第二工作状态，其中第一工作状态代 表节能状态，在该节能状态中至少使得通过发送及接收单元的数据发 送不工作或限制该数据发送。以此方式可在长的时间间隔上维持独立工作，因为在节能状态 (该节能状态可为多种不同的显著节能模式之一)中可实现能量的明 显减小，其中，向节能状态的过渡可由模块本身引起和/或可通过一 个由外部接收的信号来引起。例如可设置一个相应的控制信号，该控 制信号监测模块的工作及能量状况，以便视控制单元的配置而定由此 引起向节能状态的转换。为此目的，控制单元可利用判据在何工作 状态中采取节能状态，或者当有多个节能状态可用时采取哪个节能状 态。变换地或附加地，可基于外部控制信号来做出该判定，该控制信 号例如通过发送及接收单元来接收。在另一实施方式中，独立传感器模块被构成来借助机械的和/或电的和/或磁的和/或电磁的和/或光的信号通过初始化由第一工作状 态过渡到第二工作状态。可代表模块完全工作就绪的状态的第二工作状态，因此可通过外 部源、如远程数据发送单元或另一传感器模块来调用，使得可作到由 外部的高度的可控性，由此可达到模块使用上更高的灵活性。在另一实施方式中，构造有控制单元，它借助由传感器元件向信 号处理单元输出的信号来引起向第二工作状态的过渡。以此方式，传感器元件本身可被用来识别一个要求完全工作就绪 的状态，这尤其对于监测任务具有很大优点，因为这里测量值通常不 会在一个可预见的时间上出现。在此情况下可进行测量值或长或短地 连续检测，而这些测量值不被传送并且必要时也仅经受一个节能的预 处理，但其允许识别一个相应状态、如高于或低于一个阈值。为了第 二工作状态的初始化，因此可利用集成的传感器本身以及必要时其它 的集成的传感器例如通过振动、热量、潮湿的识别来初始化。在另一实施方式中，信号处理单元具有模/数转换器，该模/数转 换器也可集成在传感器本身中，及具有用于处理由传感器元件输出的 信号的数字信号处理部分。因此，可有效地执行基于软件的信号处理 过程，使得可达到高度的模块化，因为信号处理单元的电路配置可被 用于许多不同的传感器元件，由此可用于测量和/或监测和/或控制任 务，因为所述适配可通过软件来实现。必要时也可以此方式数字地准 备传感器信号。在另一有利的实施方式中，传感器模块具有微型化结构，该结构 借助微系统技术及微电子技术来实现。通过使用现代的制造方法可实 现传感器模块的极其紧凑的结构方式，使得对于宽广的应用领域可实 现在测量对象上的安装，其中不会引起对测量对象功能的值得一提的妨碍。通过本发明的传感器模块的技术转用所实现的、到很小空间(由 此在其中可安装传感器、无线电接口、信号处理器及无源元件)的微 型化能使该传感器模块几乎可被施加或安装到任何物体及对象中，同 时结构形状也可做到适合的形状，由此可有效地抑制对功能的妨碍。 也就是说，视应用及要求而定通过制造方式可使紧凑的微型化模块在 其结构形状上被适配，例如可作成球形、立方体形，柔性带及类似形 状。此外，通过将传感器模块实施成模块式的结构形状(它们可通过 上述技术特别有利地实现)就可提供根据应用的要求更换或替换一定 的功能元件的可能性，使得例如该传感器元件可由另一种来替代或以 有效及低成本的方式来更换能量源。用于制造微型化模块所使用的、 微系统技术、微电子学及微机械技术的方法及技术可用不同的方式组 合并且根据模块实施方式的需要或根据可提供的技术来适配。例如传 感器模块可在利用上述技术的情况下这样地构造，即无需大的成本可 集成新开发的元件例如能量系统。例如可使用微型燃料电池来取代传 统的能量载体如电池、蓄电池等，只要这些微型燃料电池能以低成本 地方式被提供。在另一有利的实施方式中，设置有至少一个第二传感器元件，它 与信号处理单元相连接，用于输出与第二特定的测量参量相关的电信 号。通过在传感器模块中设置多个传感器元件可以组合地满足一个复 杂的总功能，使得例如在温度和/或烟极限值情况和/或出现的震动情 况的特定监测任务的情况下可实现警报的触发。在另一有利的实施方式中，至少一些电子组件被构造为集成电 路。因此可实现高度的紧凑性与高可靠性相结合。在一个有利的实施 方式中，信号处理单元及发送与接收单元的至少一部分被设置在一个 共同的集成电路中。以此方式，可使在安装传感器元件时在连接电子 组件以及准备连接导线方面所出现的工作量明显地减小，并同时在窄小的空间上提供高的工作性能及高可靠性。在此情况下特别有利的 是，在传感器模块中基本上受软件支持地进行信号处理或信号预处 理，使得可基于给定的电路设计在应用上覆盖大的带宽，而无需集成 电路的改型。在另一有利的实施方式中，集成电路还包括传感器元件。以此方 式可进一步提高紧凑度，并且可同时提高传感器模块的可靠性。例如 对于在测量技术上待检测的测量参量，如压力、温度、加速度、电场、 光测量参量等，可提供微电子的或微机械的传感器元件，由此它们可 以以有效的方式被包括到电路设计中，使得可实现小的结构体积及同 时达到高的可靠性。在另 一有利的实施方式中，独立传感器模块具有用于接收所有功 能部分的承载体，其中该承载体被构造用来在机械上稳定地安装到测 量对象上或其中。设置用于接收传感器模块的各个组件的合适构型的 承载体提高了传感器模块应用的灵活性，因为可根据应用来构造承载 体，以便由此提供所需的机械稳定度及由此提供在安装期间以及在测 量期间模块的完好性。由于微型化，传感器模块对承载体的功能无影 响或仅有很小的影响。尤其是，承载体可被构造来安装到可运动的测 量对象上。因此可以开发出各种各样的应用，在这些应用中传感器模 块的紧凑结构与适当的承载体的设置相结合可实现即使在小的运动 物体上的测量，而对其功能无实质性影响。在一个有利的实施方式中， 该传感器模块被构造得使得其可施加在一个可运动的体育器具上，及 尤其是装到一种球赛的球内或球上。因此，在该体育器具的应用期间 能以有效的方式求得并且分析适当的数据，其中在外围组件方面同样 要求高度的灵活性及低的成本。在另一有利的实施方式中，传感器元件包括至少一个加速度传感 器。为了求得有说服力的加速度值，通常需要测量对象的运动相对地未被影响，由此基于本发明的独立传感器模块可保证所获得的测量数 据的高度可靠性，其中在外围组件方面仅需要小的成本。在另一有利的实施方式中，能量源包括一个发电器，它将作用于 传感器模块的机械能和/或电磁能转换为用于传感器模块工作的电 能。以此方式可有效地提高传感器模块的工作持续时间及由此提高其 独立的程度，其方式是由外部提供的能量可直接在传感器模块中被转 换，而不需要能量组件的可能的更换。在此情况下，相应的发电器可 设置为相应的微型化的弹性驱动装置或压电转换器的形式，以便可存 储机械的动能或直接地将该能量转换成电能，而在另外的实施方式中 可附加地或代替地在发电器中设置装置或组件，以便以适当的方式转 换电能、磁能或电磁能并且紧接着存储在能量源中。例如在发电器中 可设置一个感应元件，以便以有效方式将感应耦合进的能量转换成电 能。在其它的实施方式中，可利用为了传输信号所使用的载波，以便 提供电能的相应部分用于传感器模块的供电。当传感器模块或多或少 完全地集成在相应的测量对象中使得直接地作用于传感器模块会与 相应的花费相关联时，机械能和/或电磁能的相应转换是特别有利的。根据本发明的另一方面，作为本发明基础的任务借助一个传感器 模块系统来解决，该传感器模块系统具有两个或多个在以上实施方式 中或在还将描述的实施方式中所述的独立传感器模块，其中每个独立 传感器模块还被构造为与传感器模块系统的其它传感器模块构成一 个自组织的网络。所述自组织的网络(例如可基于无线电网络领域中的方法来建 立)用于由此在各个组件之间交换数据并且也可用于建立对外部组件 的通信路径。基于该自组织的网络，在传感器模块系统的结构方面提 供了高度的灵活性，因为可使用可变数目的传感器模块，由此可开发 广阔的应用领域，例如可应用在环保领域、楼宇管理、生产过程及食品工业中的质量控制、机器及设备的监测、医药监管、业余活动领域 等中。在此情况下，由于组件系统的网络结构可以以有效的方式实现 来去各个传感器模块的数据传送，而无需大的及昂贵的外围组件。在另一有利的实施方式中，在传感器系统中还设置有数据接收单 元，当系统工作时它与至少一个独立传感器模块至少暂时地形成连 接。因此，能以有效率的方式由网络读出所需的传感器数据并且用于 进一步的数据处理。在另一有利的实施方式中，各个独立传感器模块的发送及接收单 元被构造用于通过电磁的信号传输信道来进行信号传输，其中设有至 少两个不同的频率范围。通过在该系统内使用不同的频率范围(其中 传输信道例如可用于传感器模块的初始化以及用于数据传输)，能够 实现在传感器数据检测以及传送时符合要求并且由此可选择时间的 构型，因为在需要时同样可使用不同的频率范围以保证数据的可靠传 输。此外，通过提供不同的频率范围，也可实现在用于传输所需的能 量方面的选择，使得对于传感器模块的数据传送可选择能量上高效率 的传输信道。这样，例如在各个传感器模块之间的数据传输可在一个 适当的频率范围中以很小的强度实现，而例如来自外部、如来自数据 接收单元的初始化信号的传送则可在一个保证了大的有效距离的频 率范围中实现，使得在需要时每个独立传感器模块可由外部进行初始 化。在另一有利的实施方式中，在这些独立传感器模块中设立了用于 根据预定准则求得系统中的通信路径的算法。因此，基于所实施的算 法可求得适合的通信路径，在该通信路径中数据由 一个模块向下一个 模块传送，最后传送到一个外部源、例如外部的数据接收单元。以此 方式可以实现数据的可靠传送，而在外围模块上无需大的花费，因为 例如仅需要系统中的一个传感器模块对外围组件、如数据接收单元的可靠连接。因此也可与外部源在特定选择的角度下进行通信，如鉴于 节能并且可靠的数据传输。在另一有利的实施方式中，预定准则规定一个最短的或一个能量 优化的通信路径。根据本发明的另一方面， 一个数据检测系统包括 一个或多个如 在以上实施方式中或在还将描述的实施方式中所述的独立传感器模 块，其中该数据检测系统还具有一个数据接收单元，它被构造用于由 一个或多个独立传感器模块无线地接收与特定的测量参量相关联的 数据。如前所述，可通过微型化、模块化的结构形式使一个或多个独 立传感器模块集成在满足特定功能的其他物体及对象中，而对该物体 的原本功能基本上无影响。由此该物体和对象获得了扩展的功能并提 高了其实用性，因为借助该数据检测系统能以有效率的方式检测相应 的数据并且由此在对象及物体的外部借助该数据接收单元提供进一 步的处理。当考虑运动的对象时这尤其适合，所述运动对象例如高尔 夫球、乒乓球、网球或其它比赛用球，因为可在一个或多个特定的测 量参量方面监测运动的物体的状态，其中相应的测量数据在物体的功 能方面具有高度的可靠性。在另一有利的实施方式中，还设置一个数据发送装置或数据发送 及接收装置，它被构造用来对一个或多个传感器模块中的至少一个无 线地传输数据。以此方式，例如能以有效率的方式实现传感器模块的 控制和由此必要时进行对物体的影响，使得在数据检测系统工作时得 到高度的灵活性。例如可借助数据发送装置传输用于工作状态初始化 和/或用于节能状态初始化的初始化信号，以使得数据检测系统可在 很高程度上由外部控制。在其它实施例中，独立传感器模块的必要时 的配置及由此功能特性可由外部控制，其方式是例如传输相应的配 置数据或控制数据，这些数据然后弓I起传感器模块的相应工作方式。必要时也可通过数据发送单元进行软件的更新或普遍地进行软件的 改变，这样无需由外部直接作用即可实现传感器模块的工作特性的相 应更新。在一个有利的实施方式中，数据发送装置被构造用于另一无线传 输信道如数据接收单元的数据传输。以此方式例如可进行向各个传感 器模块的数据传输，其中考虑到对于所有传感器模块同时进行可靠的 数据传送，而在由传感器模块向数据接收单元传送数据时可使用尽可 能有效率并且由此节能的数据传输准则。在另一有利的实施方式中，设置有数据处理单元，该数据处理单 元与数据接收单元形成连接，以便处理在数据接收单元中所接收的数 据。以此方式，在传感器模块中所获得的测量数据(这些测量数据受 到信号处理，但考虑到测量数据的实际应用该信号处理可以为一个预 处理)以节能并仍是有效率的方式被传输给数据处理单元，该数据处 理单元则可根据它的计算资源对检测的测量数据进行相应的处理或 显示。例如对此可使用便携的或静止的计算机装置及类似装置。在此， 数据处理单元优选通过一个无线的传输信道与数据接收单元形成连 接。由此，可形成高度的灵活性及对现有的网络技术的兼容性，其方 式是，例如在数据处理单元与数据接收单元之间的无线传输信道中使 用现有的标准，如"蓝牙标准"。在另 一有利的实施方式中，数据接收单元被构造用于将能量馈入 一个或多个传感器模块中。以此方式可改善传感器模块的独立性或其 紧凑性，因为在各个传感器模块中存在的能量源可选择得相应地小。 例如发送及接收单元可以被这样设计，使得用于数据传输所需的能量 的至少一部分由馈入的能量来获得。这例如可通过数据传送时的载波 能量的转换或通过能量的感应耦合入或通过提供一个可同时用作能 量供给的光束来实现。根据本发明的另 一方面提供了 一种用于数据检测的方法。该方法 包括在测量对象上固定测量模块，其中测量模块适配测量对象并且基 本上不引起对测量对象的功能限制。此外，在测量模块中获得与测量 对象相关联的测量数据并且在测量模块中处理所获得的测量数据以 及然后无线地传送。如前所述，由于在一个特定的测量对象中设置测量模块而基本上 不限制其功能，通过就地获得、处理并且无线地传送相应的测量数据 得到了尤其在运动的物体上的数据检测时的高度灵活性。在一些有利的实施方式中，测量数据的获得包括借助一个或多个 传感器元件求得用于一个或多个特定测量参量的测量值。因此借助通 过选择一个或多个适当的传感器元件的数据检测可以完成相应的任 务，即例如当对于一个或多个特定的测量参量未保持一个或多个特定 的数值范围时发出警报或相应地显示。在另 一些有利的实施方式中，所获得的测量数据的处理包括在长 的时间间隔上的数据存储和/或数据的滤波和/或阈值的求得和/或计 算求值。以此方式，可实现在现场地准备所获得的测量数据时的高度 的灵活性，使得必要时可以使传送时的数据量显著地下降并且由此可 以非常节能地被设计，因为在需要时仅仅只是例如作为相应结果被储 存的数据处理相应结果必须被传输。例如在监测状态的典型应用中， 其中要监测一个或多个待由测量技术检测的量高于或者低于相应的 阈值，仅当实际上出现了相应的情况时才发生相应的信号传送，这样， 通常节能的数据处理过程被维持，而数据传输仅在需要时才发生。此 外，可在使用节能措施的情况下进行所述传输，因为有时要给数据附 加很少的冗余或完全没有冗余或者要传输较大的数据量，由于所需的 求值有时可能已经完全在传感器模块中进行。有利地，所获得的测量数据的处理通过模-数转换连同随后的数 字信号处理来实现，该模-数转换部分也可组合在传感器中，在一些 有利的实施方式中，数字信号处理部分以软件的形式存储在计算机装 置中。以此方式得到高度的灵活性，因为对于很不同的数据检测任务 可使用相同的硬件结构。根据本发明的另一方面，提出一种用于制造独立传感器装置的方 法。该方法包括针对所选择的测量对象确定传感器模块的尺寸及结构 形式，其中，在传感器模块安装之后该尺寸及结构形式基本上不引起 对测量对象功能的限制。此外，在使用微系统技术及微结构制造的工 艺的情况下来制造一个或多个传感器模块，其中每个传感器模块具有 多个组件，属于这些组件的有传感器元件、与传感器元件连接的信号 处理单元、与信号处理单元连接的用于无线地传送数据的发送及接收 单元以及用于传感器的至少暂时地独立工作的能量源。通过该方法可用符合目标的方式制造独立传感器装置，使得可由 测量对象获得可靠的测量数据。这些测量数据可进一步被用于相应测 量对象的监测和/或控制和/或功能扩展。用于制造一个或多个传感器模块所使用的工艺有利地包括在一 个共同的电路衬底上或在其中集成两个或多个组件，使得在降低制造 成本的情况下可实现高度的复杂性及紧凑性。因此，可以用低成本的 方式为任意的测量对象设置相应地量身定做的传感器模块，其中基于 紧凑的、模块化的及独立的结构方式或功能类型可使外围装置的费用 保持很低。有利地，为了制造传感器模块使用了柔性的电路载体。以此方式 可改善传感器使用期间的定型及机械完好性并且进一步减小结构尺寸。因此可实现整个模块(无能量源)小于5mm X 5mm X 2.5醒的的结构尺寸。有利地，为了制造传感器模块，在一个单独的电路载体衬底中集 成无源的电路元件和/或者需要时集成光元件和/或微机械元件。这种 制造方式可保证低成本的制造过程及同时高度的紧凑性和不易受干 扰性。其它有利的实施方式在附加的权利要求中被解释并且也可由以 下对其它特定实施例的详细描述中得到。在此将参考以下的附图
，其 中图la示意性地示出根据本发明的一个直观的实施方式的传感器 模块的模块化结构；图lb示出图la中的实施方式以印制电路板技术(PCB)实现的 传感器模块的模块化结构；图lc示意性示出组合在一个测量对象中的一个专用传感器模块 的机械结构，该测量对象为高尔夫球；图ld示意性示出具有加速度传感器的传感器模块的电路框图；及图le示意性示出在一个直观的实施方式中的、具有一个或多个 传感器模块与相应的外围组件的数据检测系统。图la示意性示出一个传感器模块100，它在该示例性的实施方式 中被设置为三维的印制线路板叠堆101，该印制线路板叠堆又被分成 不同的平面。在所示的实施方式中，印制线路板101在第一平面102 (该平面也通称为信号处理单元)中具有一个相应的模拟的和/或数 字的电路，例如放大器、模数转换器、数字处理器及类似电路，其中 第一平面102或信号处理单元的组件与一个相应的传感器元件103相连接。在所示的实施方式中，该传感器元件被构造成加速度传感器，它通过相应的连接电线104被连接。在另一实施方式中，传感器元件 可安装在单元102的印制电路板上或者也可直接地集成到单元102的 印制电路板中。此外，单元102的印制电路板可具有一个适合于发送 及接收单元105的天线，该发送及接收单元105在所示的实施方式中 被设置在第二平面中。在另一平面106中可设置其它组件，例如石英 晶体或其它无源或有源的元件。此外，该平面106也可设置有能量源 (未示出)，或者该能量源被设置在一个单独的平面中。图lb示出模块100的另一实施方式的透视图，在该模块中可实 现紧凑的结构，其方式是基本上所有的电子组件包括发送及接收单元 105的天线装置在内被设置在各个相应的印制电路板上，其中各个印 制电路板的触点接通通过相应的连接面来实现。应当注意，这些印制 电路板的数目、形状及布置适配于应用目的，使得该模块100可安装 在所选择的测量对象上。图lc示意性示出用于集成在一个测量对象150中的传感器模块 100，在本应用例中该测量对象为高尔夫球。如图所示，该传感器模 块100包括印制线路板叠堆101，在其上安装加速度传感器103，其 中在叠堆101的下面设置有一个能量源107，其形式例如为钮扣电池 形状的标准电池或蓄电池。此外，示出一个承载体108，在其中可这 样地安置各个组件，即传感器元件103、印制线路板叠堆101及能量 源107，使得它们可以连同承载体108—起机械地固定在高尔夫球150 中。在图lc的右侧示出安装好的传感器模块100，其中为了将模块 100机械地固定在高尔夫球150中，在此情况中，在承载体108上设 置有相应的螺纹，该螺纹作为对高尔夫球150中相应螺纹的配合部 分。传感器模块100的电子组件的装配借助已建立的SMD装配方法及"电路板上的芯片"(COB)技术(芯片及引线键合)来进行。由此， 可实现一个紧凑且轻的结构形式。承载体108以塑料体壳的形式来设 置或由另一合适的材料来制造。各个组件的装配可以视结构形式而定 通过公知的微系统技术的方法这样来实现，使得可达到更加紧凑的结 构。例如在制造各个印制电路板时可设置柔性的电路载体(薄膜)， 或者无源组件的集成可在用于制造集成电路的相应的衬底材料中或 该衬底材料上迸行或在印制线路板的衬底材料上进行。图Id示意性示出传感器模块100的电路框图，其中发送及接收 单元105与数据处理单元102形成连接，在所示的实施例中该数据处 理单元由一个模拟部分102a及一个数字部分102b构成。此外，加速 度传感器103与信号处理单元102连接，能量源107用于模块100的 所有组件的供电。所示的实施方式仅具有示例特性并且可根据前面描 述的原理来修改。例如，尤其能量源107可具有一个相应的用于能量 转换的发电器(未示出)，该发电器具有前面描述的特性。在模块100工作期间，信号处理单元102a, 102b可处理传感器 103的相应信号并输送给发送及接收单元105，用于无线地传送给其 它的传感器元件或相应的数据接收单元。在所示的实施方式中，设置 有数字的信号处理部分101b，它可实现软件支持的处理，使得在相 同的硬件结构的情况下可达到高度的灵活性。此外，在数字单元102b 的所示的实施方式中可实施一个相应的控制单元，它可控制模块100 的工作。例如在模块100中除了全部工作能力的工作状态外还可设立 至少一个另外的工作状态，在该工作状态中能量源107的负荷明显地 较小，其方式是，例如负责数据传送的、发送及接收单元105的至少 一部分不工作。此外还可以是如前面所述地，设立多个不同的节能 模式，使得可根据控制部分的配置(所述配置例如也可通过外部信号 进行调节)来调节相应的工作状态。图le示意性地示出一个数据检测系统160，其中设置有一个或多 个传感器模块IOO。在所示的实施方式中，该数据检测系统160还包 括一个数据接收单元161，该数据接收单元至少暂时地与至少一个模 块100形成连接。此外，在该数据检测系统160中还设置有数据处理 单元162，它在所示的实施方式中被称为用于中程的接收器/发送器 模块，并且例如可用于测量数据的显示以及用于模块100的初始化。在系统160工作时，例如可由模块之一 100来检测如通过高尔夫 球的开球击打引起的测量数据、即加速度值并且借助电磁的传输信道 传送给数据接收单元161。在此，对于相应的传输信道可使用一个合 适的频率范围，使得可实现可靠并仍然节能的信号传输。例如在测量 数据传送期间可在模块的紧附近设置数据接收单元161，例如设置在 相应的球棒中或在开球地点处，使得尽管模块100的发送功率很小也 能够实现可靠的数据传输。另一方面，数据接收单元161可通过另一 传输信道将数据发送给处理单元162，该传输信道在其频率范围上与 模块100和数据接收单元161之间使用的传输信道相比可以不同，使 得能可靠地传输相应的数据并且在数据处理单元162中进行相应的 求值。对此例如可使用符合标准的传输信道、例如蓝牙标准的传输信 道，该传输信道通常被提供在市场上常见的装置如PDA、移动电话机、 移动式计算机等等中。此外也可经过外部的数据处理单元162通过发 送相应信号来实现各个模块100的初始化。例如可在高尔夫球的开球 击打的紧前面进行初始化，以使得模块100由节能状态过渡到一个相 应的工作就绪状态以接收数据并传输数据。在数据检测系统160中可设置有多个传感器模块100，它们被这 样地构造，使得形成一个自组织的网络。例如可使用多个高尔夫球， 这些高尔夫球例如在开球击打之后存储相应的测量数据并且接着能 够实现相应的数据传输，其中，处于其发送及接收单元的相互影响的区域中的高尔夫球构建了一个相应的络网结构，以便由此保证有效率 的数据传送。以此方式可作到即使数据接收单元161的有效距离很 小也可输入来自不同高尔夫球的多个测量数据，因为例如一个远的高 尔夫球的数据可经过一个相应的通信路径被传送给数据接收单元161。
权利要求
1. 独立传感器模块，具有一个传感器元件，它被构造用于输出与一个特定测量参量相关的电信号，一个与该传感器元件相连接的信号处理单元，一个与该信号处理单元相连接的、用于无线地传送数据的发送及接收单元，及一个能量源，该能量源用于该传感器模块的至少暂时的独立工作。
2. 根据权利要求1的独立传感器模块，它被构造得可占据至少一 个第一工作状态和一个不同的第二工作状态，其中该第一工作状态代 表节能状态，在该节能状态中至少通过该发送及接收单元的数据发送 不工作。
3. 根据权利要求2的独立传感器模块，它被构造得通过借助机械 的和/或电的和/或磁的和/或电磁的和/或光的信号初始化由第一工 作状态过渡到第二工作状态。
4. 根据权利要求2或3的独立传感器模块，其中，设置有控制单 元，该控制单元被构造用于弓I起从第一工作状态到第二工作状态的过 渡。
5. 根据权利要求4的独立传感器模块，其中，该控制单元被构造 用于借助一个由该传感器元件向该信号处理单元输出的信号来引起所述过渡。
6. 根据以上权利要求中一项的独立传感器模块，其中，该信号处 理单元具有模/数转换器及数字的信号处理部分，用于处理由传感器元件输出的信号。
7. 根据权利要求6的独立传感器模块，其中，所述信号处理包括 一个部分，该部分用于至少部分地对由该模/数转换器输出的数字数 据进行软件支持的信号处理。
8. 根据以上权利要求中一项的独立传感器模块，其中，该传感器 模块具有微型化结构并且借助微系统技术及微电子技术来制造。
9. 根据以上权利要求中一项的独立传感器模块，其中，设置有至 少一个第二传感器元件，它与该信号处理单元相连接，用于输出与一 个第二特定的测量参量相关的电信号。
10. 根据以上权利要求中一项的独立传感器模块，其中，至少该 信号处理单元或该传感器被设置为集成电路。
11. 根据权利要求10的独立传感器模块，其中，该集成电路还包 括发送及接收单元的至少一部分。
12. 根据权利要求10或11的独立传感器模块，其中，该集成电 路还包括传感器元件。
13. 根据以上权利要求中一项的独立传感器模块，它还具有一个 用于接收所有功能组件的承载体，其中该承载体被构造用于机械上稳 定地安装到测量对象上。
14. 根据权利要求13的独立传感器模块，其中，所述承载体被构 造用于安装在可运动的测量对象上或测量对象中。
15. 根据权利要求14的独立传感器模块，其中，该传感器模块可 基本上无功能妨碍地被安装测量对象上或测量对象中。
16. 根据权利要求15的独立传感器模块，其中，所述测量对象代 表可运动的体育器具，尤其是一种球赛的球。
17. 根据以上权利要求中一项的独立传感器模块，其中，该传感 器元件至少包括一个加速度传感器。
18. 根据以上权利要求中一项的独立传感器模±央，其中，所述能 量源包括一个发电器，它由作用于该传感器模块上的机械能和/或电 磁能来提供用于维持该传感器模块的工作(能力)的电能。
19. 根据以上权利要求中一项的独立传感器模块，它的尺寸不超 过lcm3、优选0.5cm3及尤其为0.2cm3。
20. 传感器模块系统，具有两个或多个根据以上权利要求中一项的独立传感器模块，其中， 每个独立传感器模块还被构造用于与该传感器模块系统的其它传感器模块构成一个自组织的网络。
21. 根据权利要求20的传感器系统，其中，还设置有数据接收单 元，当该系统工作时它与这些独立传感器模块中的至少一个至少暂时 地形成连接。
22. 根据权利要求20或21的传感器系统，其中，各个独立传感 器模块的发送及接收单元被构造用于通过电磁的信号传输信道来传 输信号，及设置有至少两个不同的频率范围。
23. 根据权利要求22的传感器系统，其中， 一个频率范围被设置 用于所述传感器模块的外部初始化。
24. 根据权利要求20至23中一项的传感器系统，其中，在所述 独立传感器模块中设立了用于根据预定准则求得该系统中的通信路 径的算法。
25. 根据权利要求24的传感器系统，其中，所述预定准则规定一 个最短的或一个能量优化的通信路径。
26. 数据检测系统，具有一个或多个根据权利要求1至19中一项的独立传感器模块，及 一个数据接收单元，它被构造用于从所述一个或多个独立传感器 模块中无线地接收与特定的测量参量相关联的数据。
27. 根据权利要求26的数据检测系统，该数据检测系统还包括数据发送装置，它被构造用于对所述一个或多个传感器模块中的至少一 个无线地传输数据。
28. 根据权利要求27的数据检测系统，其中，所述数据发送装置 被构造用于传输控制数据，所述控制数据用于所述至少一个传感器模 块的配置。
29. 根据权利要求27或28的数据检测系统，其中，用于另一无 线传输信道的数据发送装置与所述数据接收单元一样地被设计。
30. 根据权利要求26至29中一项的数据检测系统，该数据检测 系统还包括数据处理单元，该数据处理单元与所述数据接收单元形成 连接，以便处理在数据接收单元中所接收的数据。
31. 根据权利要求30的数据检测系统，其中，所述数据处理单元 通过无线传输信道与所述数据接收单元形成连接。
32. 根据权利要求31的数据检测系统，其中，所述数据处理单元 被构造用于对所述一个或多个传感器模块发送至少一个初始化信号。
33. 根据权利要求26至32中一项的数据检测系统，其中，所述 一个或多个传感器模块的发送及接收单元以及所述数据接收单元被 设计用于节能的数据传输。
34. 根据权利要求33的数据检测系统，其中，所述数据接收单元 被设计用于将能量馈入所述一个或多个传感器模块中。
35. 根据权利要求34的数据检测系统，其中，所述发送及接收单 元被设计用于由被馈入的能量来获得用于数据传输所需的能量的至 少一部分。
36. 用于数据检测的方法，包括在测量对象上或在其中固定测量模块，其中，所述测量模块适配 该测量对象并且基本上不引起对该测量对象的功能限制，在所述测量模块中获得与该测量对象相关联的测量数据， 在所述测量模块中处理所获得的测量数据，以及 无线地传送来自所述测量模块的被处理的测量数据。
37. 根据权利要求36的方法，其中，获得测量数据包括借助一个 或多个传感器元件求得对于一个或多个特定测量参量的测量值。
38. 根据权利要求36或37的方法，其中，所获得的测量数据的 处理包括在较长的时间段上的数据存储和/或数据的滤波和/或阈值 的求得和/或计算求值。
39. 根据权利要求36至38中一项的方法，其中，所获得的测量 数据的处理包括模-数转换及数字信号处理。
40. 根据权利要求39的方法，其中，所述信号处理通过计算机装 置中的软件来实现。
41. 根据权利要求36至40中一项的方法，其中，在间隔时间占据节能状态，在该节能状态中至少中断被处理的测量数据的传送。
42. 根据权利要求41的方法，其中，在该节能状态期间至少中断 所述测量数据的获得。
43. 根据权利要求41或42的方法，其中，该节能状态通过一个 由外部输入的初始化信号引起。
44. 根据权利要求41或43的方法，其中，该节能状态基于所获 得的测量数据来引起。
45. 根据权利要求36至44中一项的方法，该方法还包括无接触 地输入能量，以便提供所述测量模块工作所需的能量的至少一部分。
46. 根据权利要求45的方法，其中，在数据传送期间进行能量的 无接触的输入。
47. 根据权利要求36至46中一项的方法，其中，从对测量对象 的机械作用中来获得用于所述测量模块工作的能量。
48. 根据权利要求36至47中一项的方法，该方法还包括在所 述测量模块中接收数据，其中，所接收的数据包括控制数据和/或测 量数据。
49. 根据权利要求48的方法，其中，设置有至少一个另外的测量 模块，它被固定在至少一个另外的测量对象上并适配所述测量对象，获得测量数据而基本上不引起对所述至少一个另外的测量对象的功 能限制，处理所获得的测量数据并且无线地传输所处理的测量数据， 其中，所述测量模块和所述至少一个另外的测量模块暂时地交换数 据。
50. 根据权利要求49的方法，其中，所述测量模块和所述至少一 个另外的测量模块作为 一个自组织的网络工作。
51. 根据权利要求50的方法，该方法还包括将所述测量模块和 /或所述至少一个另外的测量模块的被处理的测量数据传送给一个数 据接收单元。
52. 根据权利要求51的方法，该方法还包括与所述测量模块及 所述至少一个另外的测量模块中的一个构成一个通信路径，以便将数 据传输给该数据接收单元。
53. 根据权利要求36至52中一项的方法，其中，在传输被处理 的测量数据时可提供具有不同频率范围的传输信道。
54. 根据权利要求36至53中一项的方法，其中，所述测量对象 在使用期间至少暂时地被移动。
55. 根据权利要求54的方法，其中，所述测量对象是一个可运动 的体育器具。
56. 用于制造独立传感器装置的方法，其中，该方法包括针对所选择的测量对象确定传感器模块的尺寸及结构形式，其 中，在传感器模块安装后该尺寸及结构形式基本上不引起对测量对象 的功能限制，使用微系统技术及微结构制造的工艺来制造一个或多个传感器 模块，其中每个传感器模块具有多个组件，连同传感器元件、与传感 器元件相连接的信号处理单元、与信号处理单元相连接的用于无线地 传送数据的发送及接收单元以及用于传感器模块至少暂时地独立工 作的能量源。
57. 根据权利要求56的方法，其中，两个或多个组件被制造在一 个共同的集成电路中。
58. 根据权利要求56或57的方法，其中，为了制造所述一个或 多个传感器模块使用柔性的电路载体。
59. 根据权利要求56至58中一项的方法，其中，为了制造所述一个或多个传感器模块，在一个电路载体衬底中集成无源的电路元件 和/或光元件和/或微机械元件。
全文摘要
本发明涉及独立传感器模块及用于其工作及其制造的方法，其中传感器模块具有一个传感器、一个发送及接收单元、一个信号处理单元及一个能量源，使得该模块能够独立地工作。此外可基于合适的制造方法这样地达到传感器模块的尺寸及形状的适配即当传感器模块组合或安装在所选择的测量对象上后基本上不引起对测量对象功能的限制。此外通过在一个系统内提供多个传感器模块可设立一个自组织网，由此可彼此地及与外部单元交换数据。
文档编号G08C17/00GK101258769SQ200680032290
公开日2008年9月3日 申请日期2006年9月1日 优先权日2005年9月1日
发明者H·赖希尔, J·沃尔夫, K·朗 申请人:弗劳恩霍弗应用技术研究院