SISTEMA INALAMBRICO PERFECCIONADO.

Sistema inalámbrico perfeccionado.

Comprende un elemento sensor-antena que tiene la doble funcionalidad de sensor de un parámetro físico de interés y la transmisión de los parámetros medidos vía ondas electromagnéticas hasta un lector remoto;

y unos medios de alternancia para poder determinar en qué momento el elemento sensor-antena actúa como sensor y cuando permuta para actuar como antena; unos subcircuitos de procesado de señales del sensor; y unos subcircuitos de antena; posibilitando que dichos subcircuitos se puedan comunicar entre ellos cuando se requiera

Sistema inalámbrico perfeccionado.

La presente solicitud de Patente de Invención consiste conforme indica su enunciado en un "Sistema inalámbrico perfeccionado" cuyas nuevas características de construcción, conformación y diseño, cumplen la misión para la que específicamente ha sido diseñado con una seguridad y eficacia máximas, proporcionando numerosas ventajas tal y como se detallará en la presente memoria.

Más concretamente la invención se refiere a un sistema inalámbrico compuesto por un circuito eléctrico que incorpora un único elemento físico con unas características particulares que permiten que el mismo actúe simultáneamente tanto como antena de comunicación o captación de energía, como de sensor de un parámetro físico, y estando asociado el elemento antena-sensor con unos medios de alternancia de su doble función. La finalidad principal de la presente invención es que merced a la doble capacidad de funcionamiento del elemento físico en colaboración con los citados medios de alternancia se consiga un sistema inalámbrico compuesto por un único elemento físico, en vez de dos elementos: sensor y antena como en los sistemas inalámbricos convencionales, con lo que se reduce el número de elementos del sistema inalámbrico, y por consiguiente sus costes de fabricación, además de mejorar también la fiabilidad del sistema.

El sistema inalámbrico objeto de la presente invención está destinado a aplicaciones muy diversas donde se utilicen sistemas inalámbricos que funcionan mediante la transmisión de ondas electromagnéticas, tales como la información autónomamente de parámetros de funcionamiento para la monitorización de la salud estructural (SHM), evaluación y pruebas de sensores fijados y condiciones de mantenimiento de estructuras como puentes, diques, carreteras, edificios, aviones o trenes. Estos sensores proporcionan un control en tiempo real de varios cambios estructurales como la deformación (tensión) o la temperatura, permitiendo que podamos avanzarnos a los acontecimientos que pueden culminar en un accidente, eliminando así el mantenimiento innecesario, e incrementando la seguridad de las infraestructuras civiles o los medios de transporte.

Los transductores o sensores son dispositivos que convierten fenómenos físicos como la temperatura, carga, presión o luz en señales eléctricas como tensión y corriente, por ejemplo los termopares, RTDs, galgas extensiométricas, LVDTs, o acelerómetros.

Concretamente, los sistemas de monitorización estructural están muy extendidos especialmente para la prueba de fuerzas vibratorias tales como cargas, viento o terremotos; y mediante diversos sensores dispuestos en distintos puntos se captan las variables y transmiten a un unidad central de datos. En muchos casos, dicha transmisión de los datos de cada sensor a la unidad central se efectúa mediante cables, que garantizan una transmisión muy fiable pero son muy costosos de instalar.

No obstante, en esta última década los sistemas inalámbricos han proliferado merced a sus bajos costes y consumos, superando la tecnología del cableado de los sensores. Los sistemas inalámbricos no son sensores per se, sino nodos de adquisición autónomamente de datos a los cuales se les puede fijar un sensor estructural, tal como una galga extensiométrica, acelerómetro, etc.

Se conocen una gran variedad de plataformas de sensores inalámbricos; una clasificación habitual los divide en sensores pasivos y activos. Su configuración más frecuente se compone de tres partes diferenciadas: un elemento sensor, cuya función es la de medir la variable física, unos medios de acondicionamiento y procesamiento de dicha medida, y un elemento de almacenamiento o transmisor-receptor, cuya función es la de almacenar o transmitir la información medida mediante una memoria o una antena respectivamente a un lector remoto.

El elemento sensor o transductor es la parte más crítica del sistema inalámbrico y transforma la variable física de interés, tal como la presión, fuerza, flujo de aire, humedad, temperatura, etc. en una variable eléctrica reflejo de la variable física. En función de la variable física a medir como de la tecnología de medida de dicha variable escogida, por ejemplo con temperatura termopar, NTC, PTC, Pt100, etc., se determina la forma y estructura del sensor.

El elemento transmisor-receptor (antena) es un conductor dispuesto a captar la energía de las ondas electromagnéticas, convirtiéndolas en corriente eléctrica con un valor que es función de la energía captada. La antena es un elemento pasivo reversible que puede captar o enviar ondas electromagnéticas; cuando emite, radia en forma de onda electromagnética la corriente y tensión variables que le llega y que contienen la información deseada; mientras que cuando capta, transforma en corriente y tensión las ondas electromagnéticas a su alrededor que pueden interpretarse como datos o simplemente como fuente de energía del ambiente.

Cabe destacar como un sistema novedoso de antena la tecnología RFID (Radio-Frecuency IDentification), y más concretamente las etiquetas RFID pasivas, que ventajosamente al captar energía del ambiente están siendo objeto de numerosos estudios. Actualmente se utilizan en numerables aplicaciones como alternativa a los códigos de barras o las etiquetas de infrarrojo, por ejemplo en almacenamientos de historias médicas o registro de prótesis dentales. Una de sus principales ventajas frente a los sistemas alternativos de lectura de código de barras es que las ondas de radiofrecuencia son capaces de viajar a través de la mayoría de los materiales y la velocidad de lectura de las etiquetas es más rápida que la de un código de barras.

Su funcionamiento se basa en un fenómeno físico llamado modulación backscatter, que consiste en que la etiqueta captura la energía electromagnética emitida por el lector y la almacena en unos elementos de almacenamiento temporal capacitivo para hacer funcionar un circuito sensor de ultra-baja energía. Una vez los datos han sido recogidos por el sensor, la energía almacenada en el condensador se utiliza para modular los datos del sensor en una señal de radiofrecuencia legible por el interrogador remoto.

Se requiere de una antena en la etiqueta y otra en el lector, que permitan la comunicación entre ambos elementos.

Generalmente las etiquetas de la tecnología RFID comprenden un chip microprocesador montado sobre un sustrato flexible PET y con una antena. Las antenas de última generación usadas para ser acopladas en las etiquetas RFID o dispositivos similares pueden ser fabricadas de plata, aluminio o cobre y creadas por técnicas de deposición de material similares a lanzar a chorro la tinta en una hoja. La cantidad de material conductivo usado y el tamaño de la antena determina la sensibilidad de la tarjeta. Las antenas pueden presentar configuraciones distintas para alcanzar las prestaciones deseadas, por ejemplo diseñadas para una aplicación concreta o para unas frecuencias de onda determinadas. Por ejemplo, existen las antenas "squiggle" y la antenas "wave" que tienen una aplicación general; en cambio la antena "four-T" (del tipo dipolo dual) se usa cuando se quiere detectar paquetes rotados en distintas orientaciones.

Uno de los dispositivos desarrollados recientemente que acopla las funciones de antena y sensor son las etiquetas sensoras, que ofrecen la capacidad de monitorizar, medir y registrar variadas condiciones ambientales. Se trata de empaquetar conjuntamente un dispositivo sensor con una etiqueta RFID, que permite que dicha etiqueta reaccione ante cualquier condición a monitorizar por el sensor y la registre.

Más específicamente, existe en el mercado un tipo de etiquetas sensoras formadas por una etiqueta RFID activa, que requiere de una batería para su funcionamiento, con la previsión de sensores, elementos mecánicos, o actuadores acoplados en un sustrato de silicio, que tiene una doble funcionalidad: eléctrica y mecánica o hidráulica, y son conocidos con el nombre de MicroElectroMechanical Sensors (MEMS).

Por otra parte, la patente USA nº 6260415 describe y reivindica la incorporación de uno o más sensores de superficie fabricados de material piezoeléctrico incrustados en un sustrato fabricado de un compuesto de fibra y dotado cada sensor de una antena que permite el envío y recepción inalámbricamente de la información medida por cada sensor. La patente USA nº 2005/0062364 describe un sensor inalámbrico tipo SAW aplicado a un objeto mediante adhesivo con dos reflectores para determinar y compensar la temperatura.