一種測機械位移的rfid系統及其測機械位移的方法
2023-05-22 17:13:36 4
一種測機械位移的rfid系統及其測機械位移的方法
【專利摘要】本發明提供一種測機械位移的RFID系統及其測機械位移的方法，所述測機械位移的RFID系統包括：RFID閱讀器、第一RFID標籤和第二RFID標籤，所述第一RFID標籤和所述第二RFID標籤具有相同的晶片和天線；所述第一RFID標籤被放置在移動的物體上，所述第一RFID標籤工作在第一共振頻率下；所述第二RFID標籤為帶機械位移敏感裝置的RFID標籤，所述機械位移敏感裝置與所述第二RFID標籤的天線形成並聯結構，此時被放置在移動的物體上，所述第二RFID標籤工作在第二共振頻率下；所述第一RFID標籤和所述第二RFID標籤分別接收所述RFID閱讀器發送的指令並反饋信號，所述RFID閱讀器通過比較來自所述第一RFID標籤和所述第二RFID標籤不同頻率的信號強度之間的差異來檢測機械位移的改變。本發明可以較低成本來檢測機械位移變化。
【專利說明】一種測機械位移的RFID系統及其測機械位移的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及RFID (Radio Frequency Identif ication,射頻識別)【技術領域】，尤其涉及一種測機械位移的RFID系統及其測機械位移的方法。
【背景技術】
[0002]近幾年，RFID系統已經變得日益普遍。RFID系統主要用於對人和物的識別。一般來說，這個系統至少包含一個RFID閱讀器，這個RFID閱讀器能夠在一個設定的範圍內發射和接受來自一個或多個RFID標籤的射頻信號。這個RFID標籤一般是封裝起來的，可以貼在一個物體上，它包括一個能與天線進行信息交流的晶片，這個晶片為微晶片，其一般來講是一個集成電路，它可以用來儲存和處理信息，調製解調射頻信號，並且可以運行其他的特殊功能。RFID標籤的天線是用來接收和發送射頻信號，並且通常適用於一種特殊的頻率。
[0003]在一些設備中，一種測機械位移的RFID系統已經被用於監測產品所處環境的機械位移何時超過了可以接受的機械位移。一般來說這些設備要求感應裝置要有一個持續的能量來源，用來檢測機械位移的改變，但是這會增加設備的成本。另外，一些設備要求感應裝置還要與一個比較器電路相連，從而來檢測出偏離參考電壓的程度大小，這一要求大大增加了設備的成本。總之，改進RFID系統是有必要的，它要求在不使用持續的能量來源或者使用一種低成本的附加電路時可以用來檢測機械位移變化。
【發明內容】
[0004]本發明實施例提供一種測機械位移的RFID系統及其測機械位移的方法，以較低成本來檢測機械位移變化。
[0005]一方面，本發明實施例提供了一種測機械位移的RFID系統，所述測機械位移的RFID系統包括:RFID閱讀器、第一 RFID標籤和第二 RFID標籤，所述第一 RFID標籤和所述第
二RFID標籤具有相同的晶片和天線；所述第一 RFID標籤被放置在移動的物體上，所述第一RFID標籤的天線的第一共振頻率和信號強度保持不變，此時所述第一 RFID標籤工作在第一共振頻率下；所述第二 RFID標籤為帶機械位移敏感裝置的RFID標籤，所述第二 RFID標籤的晶片上有兩個引腳；所述機械位移敏感裝置與這兩個引腳相連，並與所述第二 RFID標籤的天線形成並聯結構，外界機械位移的變化會引起機械位移敏感裝置本身電阻的變化，此時被放置在移動的物體上，所述第二 RFID標籤的天線的特徵頻率和信號強度至少會有一個發生變化，此時所述第二 RFID標籤工作在第二共振頻率下；所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤分別接收所述RFID閱讀器發送的指令並反饋信號，所述RFID閱讀器通過比較來自所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤不同頻率的信號強度之間的差異來檢測機械位移的改變。
[0006]可選的，在本發明一實施例中，所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤的天線均為單極子天線:所述的機械位移敏感裝置與所述第二 RFID標籤的天線形成並聯結構。
[0007]可選的，在本發明一實施例中，所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤的天線均為雙偶極天線:所述的機械位移敏感裝置與所述第二 RFID標籤的一根天線形成並聯結構，或者與兩根天線同時形成並聯結構。
[0008]可選的，在本發明一實施例中，所述機械位移敏感裝置為電阻型機械位移敏感裝置，所述機械位移敏感裝置包括:電位器式敏感裝置、線繞電位器式敏感裝置、非線繞電位器式敏感裝置、光電電位器式敏感裝置、電容式位移檢測裝置、變極距式電容敏感裝置、變面積式電容敏感裝置、渦流式位移檢測裝置、磁阻式位移檢測裝置。
[0009]另一方面，本發明實施例提供了一種測機械位移的RFID系統，所述測機械位移的RFID系統包括:RFID閱讀器、第一 RFID標籤和第二 RFID標籤，所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤具有相同的晶片和天線；所述第一 RFID標籤被放置在移動的物體上，所述第
一RFID標籤的天線的第一共振頻率和信號強度保持不變，此時所述第一 RFID標籤工作在第一共振頻率下；所述第二 RFID標籤為帶機械位移敏感裝置的RFID標籤，所述第二 RFID標籤的晶片上有一個引腳；所述機械位移敏感裝置的一端與這個引腳相連，另一端連接到所述RFID標籤的天線上，並與天線形成並聯結構，外界機械位移的變化會引起機械位移敏感裝置本身電阻的變化，此時被放置在移動的物體上，所述第二 RFID標籤的天線的特徵頻率和信號強度至少會有一個發生變化，此時所述第二 RFID標籤工作在第二共振頻率下；所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤分別接收所述RFID閱讀器發送的指令並反饋信號，所述RFID閱讀器通過比較來自所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤不同頻率的信號強度之間的差異來檢測機械位移的改變。
[0010]可選的，在本發明一實施例中，所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤的天線均為單極子天線:所述的機械位移敏感裝置與所述第二 RFID標籤的天線形成並聯結構。
[0011]可選的，在本發明一實施例中，所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤的天線均為雙偶極天線:所述的機械位移敏感裝置與所述第二 RFID標籤的一根天線形成並聯結構，或者與兩根天線同時形成並聯結構。
[0012]可選的，在本發明一實施例中，所述機械位移敏感裝置為電阻型機械位移敏感裝置，所述電阻型機械位移敏感裝置包括:電位器式敏感裝置、線繞電位器式敏感裝置、非線繞電位器式敏感裝置、光電電位器式敏感裝置、電容式位移檢測裝置、變極距式電容敏感裝置、變面積式電容敏感裝置、渦流式位移檢測裝置、磁阻式位移檢測裝置。
[0013]又一方面，本發明實施例提供了一種測機械位移的RFID系統，所述測機械位移的RFID系統包括:RFID閱讀器、第一 RFID標籤和第二 RFID標籤，所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤具有相同的晶片和天線；所述第一 RFID標籤被放置在移動的物體上，所述第
一RFID標籤的天線的第一共振頻率和信號強度保持不變，此時所述第一 RFID標籤工作在第一共振頻率下；所述第二RFID標籤為帶機械位移敏感裝置的RFID標籤，所述機械位移敏感裝置連接到所述RFID標籤的天線上，並與天線形成並聯結構，外界機械位移的變化會引起機械位移敏感裝置本身電阻的變化，此時被放置在移動的物體上，所述第二 RFID標籤的天線的特徵頻率和信號強度至少會有一個發生變化，此時所述第二 RFID標籤工作在第二共振頻率下；所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤分別接收所述RFID閱讀器發送的指令並反饋信號，所述RFID閱讀器通過比較來自所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤不同頻率的信號強度之間的差異來檢測機械位移的改變。
[0014]可選的，在本發明一實施例中，所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤的天線均為單極子天線:所述的機械位移敏感裝置與所述第二 RFID標籤的天線形成並聯結構。
[0015]可選的，在本發明一實施例中，所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤的天線均為雙偶極天線:所述的機械位移敏感裝置與所述第二 RFID標籤的一根天線形成並聯結構，或者與兩根天線同時形成並聯結構。
[0016]可選的，在本發明一實施例中，所述機械位移敏感裝置為電阻型機械位移敏感裝置，所述電阻型機械位移敏感裝置包括:電位器式敏感裝置、線繞電位器式敏感裝置、非線繞電位器式敏感裝置、光電電位器式敏感裝置、電容式位移檢測裝置、變極距式電容敏感裝置、變面積式電容敏感裝置、渦流式位移檢測裝置、磁阻式位移檢測裝置。
[0017]再一方面，本發明實施例提供了一種測機械位移的RFID系統測機械位移的方法，所述方法應用於上述測機械位移的RFID系統，包括:將所述第一 RFID標籤被放置在移動的物體上，所述第一 RFID標籤的天線的第一共振頻率和信號強度保持不變，此時所述第一RFID標籤工作在第一共振頻率下:將所述第二 RFID標籤被放置在移動的物體上，所述第二RFID標籤的天線的特徵頻率和信號強度至少會有一個發生變化，此時所述第二 RFID標籤工作在第二共振頻率下；通過所述RFID閱讀器發送指令給所述第一 RFID標籤和所述第二RFID標籤並接收反饋信號；利用所述RFID閱讀器比較所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤工作時不同頻率的信號強度之間的差異來檢測機械位移的改變。
[0018]上述技術方案具有如下有益效果:因為採用所述測機械位移的RFID系統包括:RFID閱讀器、第一 RFID標籤和第二 RFID標籤，所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤具有相同的晶片和天線；所述第一RFID標籤被放置在移動的物體上，所述第一RFID標籤工作在第一共振頻率下；所述第二RFID標籤為帶機械位移敏感裝置的RFID標籤，所述機械位移敏感裝置與所述第二 RFID標籤的天線形成並聯結構，此時被放置在移動的物體上，所述第二 RFID標籤工作在第二共振頻率下；所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤分別接收所述RFID閱讀器發送的指令並反饋信號，所述RFID閱讀器通過比較來自所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤不同頻率的信號強度之間的差異來檢測機械位移的改變的技術手段，所以達到了以較低成本來檢測機械位移變化的技術效果，並利用RFID獲得的能量，解決了機械位移檢測的供電問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為本發明實施例一種測機械位移的RFID系統結構示意圖；
[0021]圖2為本發明實施例機械位移敏感裝置與第二 RFID標籤晶片相連接的示意圖；
[0022]圖3為本發明實施例第二 RFID標籤晶片內部天線的等效電路圖；
[0023]圖4為本發明實施例機械位移敏感裝置、第二 RFID標籤晶片內部天線等效電路相連接的示意圖；
[0024]圖5為本發明實施例機械位移敏感裝置與RFID標籤天線直接相連接的示意圖；
[0025]圖6為本發明實施例機械位移敏感裝置的結構說明圖；[0026]圖7為本發明實施例基於信號強度的測機械位移的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0027]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0028]如圖1所示，為本發明實施例一種測機械位移的RFID系統結構示意圖，所述測機械位移的RFID系統包括:RFID閱讀器1、第一 RFID標籤2和第二 RFID標籤3，所述第一RFID標籤2和所述第二 RFID標籤3具有相同的晶片和天線；所述第一 RFID標籤2被放置在移動的物體上，所述第一 RFID標籤2的天線的第一共振頻率和信號強度保持不變，此時所述第一 RFID標籤2工作在第一共振頻率下；所述第二 RFID標籤3為帶機械位移敏感裝置的RFID標籤，所述機械位移敏感裝置與所述第二 RFID標籤3的天線形成並聯結構，外界機械位移的變化會引起機械位移敏感裝置本身電阻的變化，此時被放置在移動的物體上，所述第二 RFID標籤3的天線的特徵頻率和信號強度至少會有一個發生變化，此時所述第二RFID標籤3工作在第二共振頻率下；所述第一 RFID標籤2和所述第二 RFID標籤3分別接收所述RFID閱讀器I發送的指令並反饋信號，所述RFID閱讀器I通過比較來自所述第一RFID標籤2和所述第二 RFID標籤3不同頻率的信號強度之間的差異來檢測機械位移的改變。本發明實施例的機械位移敏感裝置與第二 RFID標籤的晶片相連至少存在三種情況:
[0029]兩引腳結構:
[0030]本發明實施例是一種用來檢測機械位移變化的RFID系統。這一系統包含了兩個RFID標籤:第一 RFID標籤和第二 RFID標籤。第二 RFID標籤的晶片上有兩個引腳，機械位移敏感裝置與這兩個引腳相連，與天線形成並聯結構，外界機械位移的變化會引起機械位移敏感裝置本身電阻的變化。此時被放置在移動的物體上，第一 RFID標籤的天線的第一共振頻率和信號強度保持不變。第二 RFID標籤的天線的特徵頻率和信號強度至少會有一個發生變化，此時天線工作在第二共振頻率下。RFID閱讀器能夠給標籤發送指令，實現通信，可以通過比較第一 RFID標籤和第二 RFID標籤工作時不同頻率的信號強度之間的差異來檢測機械位移的改變。
[0031]就一個實例而言,這一系統包含了 一種RFID標籤,所述標籤包含第一 RFID標籤和第二 RFID標籤，第一 RFID標籤和第二 RFID標籤都只有一根天線。第二 RFID標籤的晶片上有兩個引腳，機械位移敏感裝置與這兩個引腳相連，與天線形成並聯結構，外界機械位移的變化會引起機械位移敏感裝置本身電阻的變化。此時被放置在移動的物體上，第一 RFID標籤的天線的第一共振頻率和信號強度保持不變。第二 RFID標籤的天線的特徵頻率和信號強度至少會有一個發生變化，此時天線工作在第二共振頻率下。RFID閱讀器能夠給標籤發送指令，實現通信，可以通過比較第一 RFID標籤和第二 RFID標籤工作時不同頻率的信號強度之間的差異來檢測機械位移的改變。
[0032]更確切地說，機械位移敏感裝置應具有較低的電阻，它的具體實例包括:電位器式敏感裝置、線繞電位器式敏感裝置、非線繞電位器式敏感裝置、光電電位器式敏感裝置、電容式位移檢測裝置、變極距式電容敏感裝置、變面積式電容敏感裝置、渦流式位移檢測裝置、磁阻式位移檢測裝置等。
[0033]就另一個實例而言，這一系統包含了兩個RFID標籤:第一 RFID標籤和第二 RFID標籤?』第一 RFID標籤和第二 RFID標籤都有兩根天線。第二 RFID標籤的晶片上有兩個引腳，機械位移敏感裝置與這兩個引腳相連，與兩根天線同時形成並聯結構。外界機械位移的變化會引起機械位移敏感裝置本身電阻的變化。這與第二 RFID標籤僅含一根天線的情況類似。此時被放置在移動的物體上，第一 RFID標籤的天線的第一共振頻率和信號強度保持不變。第二 RFID標籤的天線的特徵頻率和信號強度至少會有一個發生變化，此時天線工作在第二共振頻率下。RFID閱讀器能夠給標籤發送指令，實現通信，可以通過比較第一 RFID標籤和第二 RFID標籤工作時不同頻率的信號強度之間的差異來檢測機械位移的改變。更確切地說，機械位移敏感裝置應具有較低的電阻，它的具體實例包括:電位器式敏感裝置、線繞電位器式敏感裝置、非線繞電位器式敏感裝置、光電電位器式敏感裝置、電容式位移檢測裝置、變極距式電容敏感裝置、變面積式電容敏感裝置、渦流式位移檢測裝置、磁阻式位移檢測裝置等。
[0034]一引腳結構:
[0035]這一系統包含了兩個RFID標籤:第一 RFID標籤和第二 RFID標籤，第二 RFID標籤的晶片上有一個引腳，這一引腳向外與機械位移敏感裝置的一端相連，機械位移敏感裝置的另一端直接連到天線上。引腳在晶片內部的連接點與兩個引腳的情況類似，最終仍然是要達到與天線並聯的目的。外界機械位移的變化會引起機械位移敏感裝置本身電阻的變化。此時被放置在移動的物體上，第一 RFID標籤的天線的第一共振頻率和信號強度保持不變。第二 RFID標籤的天線的特徵頻率和信號強度至少會有一個發生變化，此時天線工作在第二共振頻率下。RFID閱讀器能夠給標籤發送指令，實現通信，可以通過比較第一 RFID標籤和第二 RFID標籤工作時不同頻率的信號強度之間的差異來檢測機械位移的改變。
[0036]就一個實例而言, 這一系統包含了兩個RFID標籤:第一 RFID標籤和第二 RFID標籤；第一 RFID標籤和第二 RFID標籤都只有一根天線。第二 RFID標籤的晶片上有一個引腳，機械位移敏感裝置與這一個引腳相連，機械位移敏感裝置另一端直接連到天線上，與天線形成並聯結構。外界機械位移的變化會引起機械位移敏感裝置本身電阻的變化。此時被放置在移動的物體上，第一 RFID標籤的天線的第一共振頻率和信號強度保持不變。第二 RFID標籤的天線的特徵頻率和信號強度至少會有一個發生變化，此時天線工作在第二共振頻率下。RFID閱讀器能夠給標籤發送指令，實現通信，可以通過比較第一 RFID標籤和第二 RFID標籤工作時不同頻率的信號強度之間的差異來檢測機械位移的改變。更確切地說，機械位移敏感裝置應具有較低的電阻，它的具體實例包括:電位器式敏感裝置、線繞電位器式敏感裝置、非線繞電位器式敏感裝置、光電電位器式敏感裝置、電容式位移檢測裝置、變極距式電容敏感裝置、變面積式電容敏感裝置、渦流式位移檢測裝置、磁阻式位移檢測裝置等。
[0037]無引腳結構:
[0038]這一系統包含了兩個RFID標籤:第一 RFID標籤和第二 RFID標籤，第二 RFID標籤的晶片上沒有引腳，機械位移敏感裝置直接連到天線上。這種情況下，與機械位移敏感裝置相連的天線不能脫離機械位移敏感裝置而以正常的頻率通信。當被放置在移動的物體上，天線的特徵頻率和信號強度至少會有一個發生變化。RFID閱讀器能夠給標籤裝置發送指令，實現通信，通過比較來自第一 RFID標籤和第二 RFID標籤的不同頻率的信號強度之間的差異來檢測機械位移的改變。
[0039]就一個實例而言，這一系統包含了兩個RFID標籤:第一 RFID標籤和第二 RFID標籤；第一 RFID標籤和第二 RFID標籤都只有一根天線。第二 RFID標籤的晶片上沒有引腳，機械位移敏感裝置直接連到天線上。外界機械位移的變化會引起機械位移敏感裝置本身電阻的變化。此時被放置在移動的物體上，第一 RFID標籤的天線的第一共振頻率和信號強度保持不變。第二 RFID標籤的天線的特徵頻率和信號強度至少會有一個發生變化，此時天線工作在第二共振頻率下。RFID閱讀器能夠給標籤發送指令，並通過比較第一 RFID標籤和第二根標籤工作時的不同頻率的信號強度之間的差異可以檢測機械位移的改變。更確切地說，機械位移敏感裝置應具有較低的電阻，它的具體實例包括:電位器式敏感裝置、線繞電位器式敏感裝置、非線繞電位器式敏感裝置、光電電位器式敏感裝置、電容式位移檢測裝置、變極距式電容敏感裝置、變面積式電容敏感裝置、渦流式位移檢測裝置、磁阻式位移檢測裝置
坐寸ο
[0040]推而廣之，天線的晶片上可以帶也可以不帶引腳，可以帶一個也可以帶多個引腳。天線的根數可以是一根、兩根甚至是多根。相對應地也可以連接一個或多個機械位移敏感裝置，同時機械位移敏感裝置的型號可以相同也可以不同。就裝置的一種具體實例而言，當被放置在移動的物體上，與機械位移敏感裝置相連的天線的特徵頻率和信號強度至少有一個會發生改變。RFID閱讀器能夠給標籤裝置發送指令，通過比較來自天線的不同頻率的信號強度之間的差異來檢測機械位移的改變。
[0041]就一種機械位移敏感裝置的具體實例而言，聯立比較數值的方法包括將這些比較數值與多數的信號強度值進行比較。這些信號強度值屬於不同的頻率，並與多數的機械位移值相聯繫，同時基於上述提到的比較可以檢測機械位移的水平。
[0042]然而，就另一個方面而言，一個RFID系統包括兩個RFID標籤裝置和一個RFID閱讀器裝置。這兩個RFID標籤裝置被用來發送兩種信號，即，第一 RFID標籤的信號和第二RFID標籤的信號，閱讀器分別收到第一 RFID標籤的信號和第二 RFID標籤的信號，經過後臺處理的第一 RFID標籤和第二 RFID標籤的信號強度值之間的比較值，並把這些比較值轉化為機械位移的不同水平。
[0043]如圖2所示，為本發明實施例機械位移敏感裝置與第二 RFID標籤晶片相連接的機械位移感應標籤10的示意圖。圖2中，標籤裝置10，包括一個底座15，一個集成電路板13，兩個引腳16，17和一個雙偶極天線11，12。集成電路板13上有兩個引腳16，17，這兩個引腳向外與機械位移敏感裝置14相連，這兩個引腳在晶片內部與天線的等效電路並聯。該標籤可以與閱讀器進行通信。
[0044]在一個實例中，發射端11，12由一種或多種不同的低電阻材料製成，這些材料有較高的導電性，例如銅，銀，和鋁，它們和上述提到的機械位移敏感裝置通過兩個引腳16，17和天線11，12相連，當天線11，12被放置在移動的物體上，機械位移敏感裝置會引起一個或多個發射端發生共振頻率的變化，從而導致一個不同的頻率。這個頻率的變化與接收和發送的頻率都不一樣。例如，機械位移敏感裝置被放置在移動的物體上，就會導致發送頻率和接受頻率中至少一個發生變化。
[0045]在另一個實例中，一開始設定的天線頻率值將高於一定機械位移環境下的天線頻率，然後當達到一定的機械位移時，它就會降低。在另一個實例中，一開始設定的天線頻率低於一定機械位移過程中的天線頻率，當達到一定的機械位移水平時它就會上升。可用於本發明的這樣的機械位移敏感裝置有:電位器式敏感裝置、線繞電位器式敏感裝置、非線繞電位器式敏感裝置、光電電位器式敏感裝置、電容式位移檢測裝置、變極距式電容敏感裝置、變面積式電容敏感裝置、渦流式位移檢測裝置、磁阻式位移檢測裝置等。
[0046]基於機械位移敏感裝置的類型不同，導致變化的機械位移水平可能是一個特定的機械位移值也可能是一個有選擇性的機械位移值的範圍。時間的長短必然導致天線共振頻率的變化，天線質量也會導致不同的變化。例如，天線上帶有的機械位移敏感裝置的類型能夠影響改變天線共振頻率所需時間的長短。
[0047]如圖3所示，為第一 RFID標籤天線的等效電路圖。當標籤線圈天線進入讀寫器產生的交變磁場中，標籤天線與讀寫器天線之間的相互作用就類似於變壓器。兩者的線圈相當於變壓器的初級線圈和次級線圈。由標籤天線形成的諧振迴路如圖所示，包括標籤天線
的線圈電感(L)、寄生電容(Cp)和並聯電容(C2)，其諧振頻率為/ = ln]Lc，式中C為Cp
和C2的並聯等效電容，R1, R2為電路內電感線圈及其他裝置的等效電阻。標籤和讀寫器雙向通信使用的載波頻率就是f。當要求標籤天線線圈外形很小，即面積小，且需一定的工作距離，RFID標籤與讀寫器問的天線線圈互感量就明顯不能滿足實際需求，可以在標籤天線線圈內部插入具有高導磁率的鐵氧體材料，以增大互感量，從而補償線圈橫截面小的問題。
[0048]如圖4所示，為本發明實施例機械位移敏感裝置、與第二 RFID標籤天線等效電路相連接的示意圖。由標籤天線形成的諧振迴路如圖所示，包括標籤天線的線圈電感(L)、寄
生電容(Cp)和並聯電容(C2)，其諧振頻率為/ =，式C為Cp和C2的並聯等效電容，
R1, R2為電路內電感線圈及其他裝置的等效電阻。M為代表機械位移敏感裝置的可變電阻。此標籤被放置在移動的物體上，天線工作在第二共振頻率下，其特徵頻率和信號強度至少會有一個發生變化。
[0049]如圖5所示，為本發明實施例可檢測機械位移變化的無源RFID標籤裝置40的簡圖。如圖4所示，標籤裝置40包括一個底座45，一個集成電路43和一個雙偶極天線41，42。與天線42相連的機械位移敏感裝置44將會影響天線42的電阻。機械位移敏感裝置44所適用的材料可以根據天線41，42中的任何一根的當前電壓來控制任何一個既定點的頻率。就一個實例而言，安裝天線41，42可以使其在相同的頻率產生共振。就另一個實例而言，安裝天線41，42可以使其在不同的頻率產生共振。
[0050]在一個實例中，發射端雙偶極天線41，42由一種或多種不同的低電阻材料製成，這些材料有較高的導電性，例如銅，銀，和鋁，它們和上述提到的機械位移敏感裝置相連，當天線41，42被放置在移動的物體上，機械位移敏感裝置會引起一個或多個發射端發生共振頻率的變化，從而導致一個不同的頻率。這個頻率的變化與接收和發送的頻率都不一樣。例如，機械位移敏感裝置被放置在移動的物體上，就會導致發送頻率和接受頻率中至少一個發生變化。
[0051]在另一個實例中，一開始設定的天線頻率值將高於一定機械位移環境下的天線頻率，然後當達到一定的機械位移時，它就會降低。在另一個實例中，一開始設定的天線頻率低於一定機械位移過程中的天線頻率，當達到一定的機械位移水平時它就會上升。可用於本的發明的這樣的機械位移敏感裝置有:電位器式敏感裝置、線繞電位器式敏感裝置、非線繞電位器式敏感裝置、光電電位器式敏感裝置、電容式位移檢測裝置、變極距式電容敏感裝置、變面積式電容敏感裝置、渦流式位移檢測裝置、磁阻式位移檢測裝置等。
[0052]基於機械位移敏感裝置的類型不同，導致變化的機械位移水平可能是一個特定的機械位移值也可能是一個有選擇性的機械位移值的範圍。時間的長短必然導致天線共振頻率的變化，天線質量也會導致不同的變化。例如，天線上帶有的機械位移敏感裝置的類型能夠影響改變天線共振頻率所需時間的長短。
[0053]如圖6所示，為電位器式傳感器，它由電阻體61，電刷62，轉軸63，滑動臂64組成。電阻體的兩端和焊片A、C相連，因此A、C端的電阻值即為電阻體的電阻值。轉軸式和滑動臂相連的，調節轉軸時滑動臂隨之轉動；在滑動臂的一端裝有電刷，它靠滑動臂的彈性壓在電阻體上並與之緊密接觸，滑動臂的另一端與焊片B相連。
[0054]如圖7所示，為本發明實施例基於信號強度的測機械位移的方法流程圖，所述方法應用於上述測機械位移的RFID系統，包括:
[0055]701、將所述第一 RFID標籤被放置在移動的物體上，所述第一 RFID標籤的天線的第一共振頻率和信號強度保持不變，此時所述第一 RFID標籤工作在第一共振頻率下:
[0056]702、將所述第二 RFID標籤被放置在移動的物體上，所述第二 RFID標籤的天線的特徵頻率和信號強度至少會有一個發生變化，此時所述第二 RFID標籤工作在第二共振頻率下；
[0057]703、通過所述RFID閱讀器發送指令給所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤並接收反饋信號；
[0058]704、利用所述RFID閱讀器比較所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤工作時不同頻率的信號強度之間的差異來檢測機械位移的改變。
[0059]RFID閱讀器可測量收到信號的能量強度，計算出一個反應信號強度的比較值，然後將比較值轉化成不同的機械位移值。就一個實例而言，閱讀器會設定一個時間段用來接收標籤的信號，如果沒有收到信號，閱讀器就會將信號強度記錄為O。
[0060]在這個系統中，RFID閱讀器將來自不與機械位移敏感裝置相連的第一 RFID標籤的信號強度值作為一個參考值，把它與來與機械位移敏感裝置相連的第二 RFID標籤的信號強度值進行比較。通過接收到的來自與機械位移敏感裝置相連和不與機械位移敏感裝置相連的第一 RFID標籤和第二 RFID標籤的信號，RFID閱讀器會收集到代表不同信號強度的比較值。然後，RFID閱讀器會把這樣一個比較值轉化為標籤所處的機械位移水平。就一個具體的實例而言，配置這個RFID閱讀器是為了通過使用儲存的參考數據將接受到的來自連接或者不連接機械位移敏感裝置的RFID標籤的RF信號強度的不同轉化為機械位移值。
[0061]最好的情況是，將不連接機械位移敏感裝置的第一 RFID標籤作為一個參考，可以將由於標籤和閱讀器之間的耦合所導致的變化過濾掉。此外，正如之前提到的那樣，機械位移敏感裝置被應用到設計中會使它的阻抗值的變化與第二 RFID標籤被放置於特定機械位移下的時間長短形成一一對應的關係。同上，通過使用本發明，在RFID標籤無源的條件下，RFID閱讀器能夠檢測到標籤裝置是否已經被放置一定的機械位移下以及這一機械位移是否在可接受的範圍內。
[0062]不使用兩根天線的各種RFID標籤也能用機械位移敏感裝置來感知到機械位移的變化，感知機械位移的變化是基於天線上共振頻率的變化也能夠識別到天線接收到信號的變化。
[0063]例如通過對與機械位移敏感裝置相連的天線的設計，能夠使天線的頻率在ISM(Industrial Scientific Medical,工業、科學、醫學)頻段內變化，標準的標籤上都可以連接上這種與機械位移敏感裝置以及邏輯電路相連的天線。
[0064]例如在一個具體的實例中標籤天線可以這麼設定，在暴露在一定機械位移環境中之前天線的共振頻率是902-928MHZ，但是標籤一旦暴露在一定機械位移環境中，由於機械位移的影響，天線的共振頻率就降為899.5-927.5MHZ，在美國RFID的頻率頻段(902-928MHZ)被分割為52個頻道，在這52個頻道中閱讀器可以隨機的跳過不能接收到的頻道去，閱讀器這種跳躍的好處就是可以有效的防止多個閱讀器在同一個物理空間內試圖使用同一個頻率所造成的衝突。
[0065]例如在一個例子中，RFID頻段(902-928MHZ)不是劃分為52個頻道而是平均劃分成了 η個頻道標籤的天線設定在此頻段(902-928ΜΗΖ)下進行工作。由於標籤天線與機械位移敏感裝置相連，所以機械位移只要超過了預先設定的值的範圍，天線標籤天線的工作頻率就下降到(899.5-927.5ΜΗΖ)這個頻率範圍之中。因此與原來的頻段相比較就將頻道η從頻段範圍中排除去，因此變化後的頻段(899.5-927.5ΜΗΖ)就不再允許標籤與頻道η進行信息的交流。
[0066]在具體的實例中，如果標籤所在的環境超過了預期的機械位移範圍，閱讀器只能通過頻道I至η-l給標籤發送指令，標籤也能做出反應，因為標籤中的天線就只能在這個頻率範圍內工作，當閱讀器以η頻道的頻率向標籤發送指令時，因為標籤機械位移的變化已經導致標籤天線的共振頻率已經下降到899.5-927.5ΜΗΖ不再達到928ΜΗΖ所以標籤就不再做出反應，將信息傳回閱讀器。
[0067]有利的方面是由於機械位移超出了預先設定的值引起的天線工作頻率的變化就被這種信息交流的消失而反映出來。
[0068]在模型中，閱讀器可以向標籤發送一個在頻道η-l和頻道η之間的指令來進一步確認一下標籤天線的工作頻率範圍已經發生了漂移，因為標籤能夠接受到通過頻道η-l發過來的指令，並且能夠通過頻道η-l能向閱讀器反饋信息，因為標籤不能夠接受到通過頻道η發過來的指令，並且不能夠通過頻道η能向閱讀器反饋信息，這樣就確定了標籤天線的工作頻率範圍已經發生了漂移。
[0069]機械位移的變化導致標籤天線的工作頻率發生向上和向下的漂移並且目前的發明並不限制在將頻段平均劃分為η個頻道。
[0070]本發明實施例可以較低成本來檢測機械位移變化，並利用RFID獲得的能量，解決了機械位移檢測的供電問題。
[0071]這個系統的各個特點的實施可能會涉及到軟體，硬體也可能涉及到軟硬體的結合才能達到，例如系統的許多優點的實施是通過編程用一種高水平的處理和面向對象的程式語言與電腦和其他設備機器的相互交流的方式實現的。每一個這樣的功能程序可能被儲存在一個存儲中介中例如只讀存儲器中被一個電腦和處理器讀取來實現上述的功能。
[0072]本領域技術人員還可以了解到本發明實施例列出的各種說明性邏輯塊(illustrative logical block),單元,和步驟可以通過電子硬體、電腦軟體,或兩者的結合進行實現。為清楚展示硬體和軟體的可替換性(interchangeability),上述的各種說明性部件(illustrative components),單元和步驟已經通用地描述了它們的功能。這樣的功能是通過硬體還是軟體來實現取決於特定的應用和整個系統的設計要求。本領域技術人員可以對於每種特定的應用，可以使用各種方法實現所述的功能，但這種實現不應被理解為超出本發明實施例保護的範圍。
[0073]本發明實施例中所描述的各種說明性的邏輯塊，或單元都可以通過通用處理器，數位訊號處理器，專用集成電路(ASIC)，現場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯裝置，離散門或電晶體邏輯，離散硬體部件，或上述任何組合的設計來實現或操作所描述的功能。通用處理器可以為微處理器，可選地，該通用處理器也可以為任何傳統的處理器、控制器、微控制器或狀態機。處理器也可以通過計算裝置的組合來實現，例如數位訊號處理器和微處理器，多個微處理器，一個或多個微處理器聯合一個數位訊號處理器核，或任何其它類似的配置來實現。
[0074]本發明實施例中所描述的方法或算法的步驟可以直接嵌入硬體、處理器執行的軟體模塊、或者這兩者的結合。軟體模塊可以存儲於RAM存儲器、快閃記憶體、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器、寄存器、硬碟、可移動磁碟、⑶-ROM或本領域中其它任意形式的存儲媒介中。示例性地，存儲媒介可以與處理器連接，以使得處理器可以從存儲媒介中讀取信息，並可以向存儲媒介存寫信息。可選地，存儲媒介還可以集成到處理器中。處理器和存儲媒介可以設置於ASIC中，ASIC可以設置於用戶終端中。可選地，處理器和存儲媒介也可以設置於用戶終端中的不同的部件中。
[0075]在一個或多個示例性的設計中，本發明實施例所描述的上述功能可以在硬體、軟體、固件或這三者的任意組合來實現。如果在軟體中實現，這些功能可以存儲與電腦可讀的媒介上，或以一個或多個指令或代碼形式傳輸於電腦可讀的媒介上。電腦可讀媒介包括電腦存儲媒介和便於使得讓電腦程式從一個地方轉移到其它地方的通信媒介。存儲媒介可以是任何通用或特殊電腦可以接入訪問的可用媒體。例如，這樣的電腦可讀媒體可以包括但不限於RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光碟存儲、磁碟存儲或其它磁性存儲裝置，或其它任何可以用於承載或存儲以指令或數據結構和其它可被通用或特殊電腦、或通用或特殊處理器讀取形式的程序代碼的媒介。此外，任何連接都可以被適當地定義為電腦可讀媒介，例如，如果軟體是從一個網站站點、伺服器或其它遠程資源通過一個同軸電纜、光纖電腦、雙絞線、數字用戶線(DSL)或以例如紅外、無線和微波等無線方式傳輸的也被包含在所定義的電腦可讀媒介中。所述的碟片(disk)和磁碟(disc)包括壓縮磁碟、鐳射盤、光碟、DVD、軟盤和藍光光碟，磁碟通常以磁性複製數據，而碟片通常以雷射進行光學複製數據。上述的組合也可以包含在電腦可讀媒介中。
[0076]以上所述的【具體實施方式】，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的【具體實施方式】而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種測機械位移的RFID系統，其特徵在於，所述測機械位移的RFID系統包括:RFID閱讀器、第一 RFID標籤和第二 RFID標籤，所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤具有相同的晶片和天線；所述第一RFID標籤被放置在移動的物體上，所述第一RFID標籤的天線的第一共振頻率和信號強度保持不變，此時所述第一 RFID標籤工作在第一共振頻率下；所述第二 RFID標籤為帶機械位移敏感裝置的RFID標籤，所述第二 RFID標籤的晶片上有兩個引腳；所述機械位移敏感裝置與這兩個引腳相連，並與所述第二 RFID標籤的天線形成並聯結構，外界機械位移的變化會引起機械位移敏感裝置本身電阻的變化，此時被放置在移動的物體上，所述第二 RFID標籤的天線的特徵頻率和信號強度至少會有一個發生變化，此時所述第二 RFID標籤工作在第二共振頻率下；所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤分別接收所述RFID閱讀器發送的指令並反饋信號，所述RFID閱讀器通過比較來自所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤不同頻率的信號強度之間的差異來檢測機械位移的改變。
2.如權利要求1所述測機械位移的RFID系統，其特徵在於，所述第一RFID標籤和所述第二 RFID標籤的天線均為單極子天線:所述的機械位移敏感裝置與所述第二 RFID標籤的天線形成並聯結構。
3.如權利要求1所述測機械位移的RFID系統，其特徵在於，所述第一RFID標籤和所述第二 RFID標籤的天線均為雙偶極天線:所述的機械位移敏感裝置與所述第二 RFID標籤的一根天線形成並聯結構，或者與兩根天線同時形成並聯結構。
4.如權利要求1所述測機械位移的RFID系統，其特徵在於，所述機械位移敏感裝置為電阻型機械位移敏感裝置，所述機械位移敏感裝置包括:電位器式敏感裝置、線繞電位器式敏感裝置、非線繞電位器式敏感裝置、光電電位器式敏感裝置、電容式位移檢測裝置、變極距式電容敏感裝置、變面積式電容敏感裝置、渦流式位移檢測裝置、磁阻式位移檢測裝置。
5.一種測機械位移的RFID系統，其特徵在於，所述測機械位移的RFID系統包括:RFID閱讀器、第一 RFID標籤和第 二 RFID標籤，所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤具有相同的晶片和天線；所述第一 RFID標籤被放置在移動的物體上，所述第一 RFID標籤的天線的第一共振頻率和信號強度保持不變，此時所述第一 RFID標籤工作在第一共振頻率下；所述第二 RFID標籤為帶機械位移敏感裝置的RFID標籤，所述第二 RFID標籤的晶片上有一個引腳；所述機械位移敏感裝置的一端與這個引腳相連，另一端連接到所述RFID標籤的天線上，並與天線形成並聯結構，外界機械位移的變化會引起機械位移敏感裝置本身電阻的變化，此時被放置在移動的物體上，所述第二 RFID標籤的天線的特徵頻率和信號強度至少會有一個發生變化，此時所述第二 RFID標籤工作在第二共振頻率下；所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤分別接收所述RFID閱讀器發送的指令並反饋信號，所述RFID閱讀器通過比較來自所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤不同頻率的信號強度之間的差異來檢測機械位移的改變。
6.如權利要求5所述測機械位移的RFID系統，其特徵在於，所述第一RFID標籤和所述第二 RFID標籤的天線均為單極子天線:所述的機械位移敏感裝置與所述第二 RFID標籤的天線形成並聯結構。
7.如權利要求5所述測機械位移的RFID系統，其特徵在於，所述第一RFID標籤和所述第二 RFID標籤的天線均為雙偶極天線:所述的機械位移敏感裝置與所述第二 RFID標籤的一根天線形成並聯結構，或者與兩根天線同時形成並聯結構。
8.如權利要求5所述測機械位移的RFID系統，其特徵在於，所述機械位移敏感裝置為電阻型機械位移敏感裝置，所述電阻型機械位移敏感裝置包括:電位器式敏感裝置、線繞電位器式敏感裝置、非線繞電位器式敏感裝置、光電電位器式敏感裝置、電容式位移檢測裝置、變極距式電容敏感裝置、變面積式電容敏感裝置、渦流式位移檢測裝置、磁阻式位移檢測裝置。
9.一種測機械位移的RFID系統，其特徵在於，所述測機械位移的RFID系統包括:RFID閱讀器、第一 RFID標籤和第二 RFID標籤，所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤具有相同的晶片和天線；所述第一 RFID標籤被放置在移動的物體上，所述第一 RFID標籤的天線的第一共振頻率和信號強度保持不變，此時所述第一 RFID標籤工作在第一共振頻率下；所述第二 RFID標籤為帶機械位移敏感裝置的RFID標籤，所述機械位移敏感裝置連接到所述RFID標籤的天線上，並與天線形成並聯結構，外界機械位移的變化會引起機械位移敏感裝置本身電阻的變化，此時被放置在移動的物體上，所述第二 RFID標籤的天線的特徵頻率和信號強度至少會有一個發生變化，此時所述第二 RFID標籤工作在第二共振頻率下；所述第一RFID標籤和所述第二 RFID標籤分別接收所述RFID閱讀器發送的指令並反饋信號，所述RFID閱讀器通過比較來自所述第一 RFID標籤和所述第二RFID標籤不同頻率的信號強度之間的差異來檢測機械位移的改變。
10.如權利要求9所述測機械位移的RFID系統，其特徵在於，所述第一RFID標籤和所述第二 RFID標籤的天線均為單極子天線:所述的機械位移敏感裝置與所述第二 RFID標籤的天線形成並聯結構。
11.如權利要求9所述測機械位移的RFID系統，其特徵在於，所述第一RFID標籤和所述第二 RFID標籤的天線均為雙偶極天線:所述的機械位移敏感裝置與所述第二 RFID標籤的一根天線形成並聯結構，或者與兩根天線同時形成並聯結構。
12.如權利要求9所述測機械位移的RFID系統，其特徵在於，所述機械位移敏感裝置為電阻型機械位移敏感裝置，所述電阻型機械位移敏感裝置包括:電位器式敏感裝置、線繞電位器式敏感裝置、非線繞電 位器式敏感裝置、光電電位器式敏感裝置、電容式位移檢測裝置、變極距式電容敏感裝置、變面積式電容敏感裝置、渦流式位移檢測裝置、磁阻式位移檢測裝置。
13.—種測機械位移的RFID系統測機械位移的方法，其特徵在於，所述方法應用於權利要求1-4中任一項所述測機械位移的RFID系統，或權利要求5-8中任一項所述測機械位移的RFID系統，或權利要求9-12中任一項所述測機械位移的RFID系統，包括: 將所述第一 RFID標籤被放置在移動的物體上，所述第一 RFID標籤的天線的第一共振頻率和信號強度保持不變，此時所述第一 RFID標籤工作在第一共振頻率下: 將所述第二 RFID標籤被放置在移動的物體上，所述第二 RFID標籤的天線的特徵頻率和信號強度至少會有一個發生變化，此時所述第二 RFID標籤工作在第二共振頻率下； 通過所述RFID閱讀器發送指令給所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤並接收反饋信號； 利用所述RFID閱讀器比較所述第一 RFID標籤和所述第二 RFID標籤工作時不同頻率的信號強度之間的差異來檢測機械位移的改變。
【文檔編號】H01Q5/10GK103455776SQ201210183709
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年6月1日 優先權日:2012年6月1日
【發明者】劉丙午, 霍靈瑜, 王玉泉 申請人:北京物資學院