经由交变电磁场的应答器标签注册 |
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| 申请号 | CN201590000548.4 | 申请日 | 2015-05-05 | 公开(公告)号 | CN207051913U | 公开(公告)日 | 2018-02-27 |
| 申请人 | 利拉伐控股有限公司; | 发明人 | A.罗森格伦; | ||||
| 摘要 | 本实用新型涉及经由交变电 磁场 的应答器标签注册。设备(A)中的发射器 电路 (TX)生成电源 信号 (Ss)，并经由发射器天线(TA)发射对应的交变 电磁场 (EMTX)。接收器天线(RA)注册表示交变电磁场(EMTX)及由于标签单元(GX)在所述设备(A)的操作范围内存在而引起的对该交变电磁场的任何 修改 (EMGX)的检测信号(SD)。辅助天线(SWA)接收表示不管在操作范围内是否存在标签单元(GX)都基本上无修改地到达设备的发射的交变电磁场(EMTX)的主要部分的信号(Sa)。设备中的处理单元(PU)基于电检测信号(Sd)和表示发射的交变电磁场(EMTX)的主要部分的信号(Sa)来分辨标签单元(GX)的标识数据(GXid)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于无接触识别标签单元(GX)的设备(A)，所述标签单元(GX)具有配置成修改该标签单元(GX)所在的交变电磁场(EMTX)的电路，所述设备(A)包括： |
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| 说明书全文 | 经由交变电磁场的应答器标签注册背景技术[0001] 本实用新型涉及无接触地从标识(ID)标签单元读取数据的解决方案。 [0002] 传统地，应答器标签中的数据经由发射器-接收器装备注册，其中来自标签的信号基于包络检测被解调，即，通过关于幅度解调的方法被解调。虽然由此所需的组件可以相对简单地制做，但是在功耗方面此技术是相当低效的。 [0003] US 4,260,990公开了一种具有发射天线和接收天线的天线系统，发射天线具有至少一个平放在平面中的线圈，接收天线具有至少两个平放在共同平面中的扭曲线圈且每个线圈扭曲180度并与相邻线圈处于相反相位。发射天线和接收天线按大体平行的关系跨越过道或通道间隔放置，谐振标签电路必须通过它进行检测。因此，发射器和接收器物理上相互分离，分离的距离由用于通过发射的无线电场来传递谐振标签电路的过道/通道的宽度给定。 [0005] WO 94/19781描述了标识电子应答器的系统，其中该系统包括发射器单元和耦合到其上用于产生电磁询问场的至少一个发射天线。系统中的检测单元检测当应答器位于询问场中时由应答器发射的信号。为此目标，检测单元具有一种用于基于信号之间的强度差别检测来自不同应答器的信号的装置。在一种实施方式中，为了将接收器单元调谐到发射器单元所发射的询问场的频段，代表询问场的(一个或多个)频率的信号通过互连的电线线路从发射器被提供给接收器单元。 [0006] 当前技术的问题 [0007] 上述文档提供了以无接触方式从标签单元中读出数据的不同解决方案。然而，无线技术在这里相对于能量消耗相对低效。因而，这些解决方案对于诸如用于动物的常规ID标签的低功率实施来说并不是最优的，在这种低功率实施中，鲁棒性和简单性也是重要的因素。实用新型内容 [0008] 本实用新型的目标是解决上述问题，并且因而提供改进的标签单元远程注册。 [0009] 根据本实用新型的一个方面，该目标通过根据权利要求1的前序部分的设备实现，该设备包括辅助天线，辅助天线配置为接收表示发射的交变电磁场的主要部分的信号，并且其中，处理单元配置成基于表示发射的交变电磁场的主要部分的信号来分辨标识数据。 [0010] 该设计是有利的，因为组合的发射器-接收器设备能够支持低复杂度标签单元的非常高能效的检测。因此，来自这种标签单元的数据可以经由具有中等(moderate)能耗的设备从相对较长的距离被读取出来。 [0011] 根据本实用新型的该方面的一种优选实施方式，发射器天线包括用于界定第一区域的至少一个回路并且接收器天线包括用于界定第二区域的至少一个回路。发射器和接收器天线还相对布置成使得第二区域与第一区域部分重叠。该设备的这种设计是有利的，因为它能够支持低复杂度标签单元的非常高能效的检测。即，如果该重叠使得与第一区域重叠的第二区域部分所拾取的电磁场等于第二区域的非重叠部分所拾取的电磁场，但是极性相反，则从发射器天线发出的能量在接收天线中被抵消。因此，标签单元数据可以从相对较长距离被读取出来而在设备中仅消耗适量(moderate amount)的能量。 [0012] 优选地，辅助天线包括至少一个回路，该至少一个回路又被发射天线的至少一个回路包围。这确保该信号分量实际表示从发射天线发出的交变电磁场的主要部分。 [0013] 根据本实用新型的这一方面的又一实现方式，接收器天线包括布置在交变电磁场的发射路径中的至少一个天线线圈。因而，接收器天线可以以直接的方式拾取发射的交变电磁场。 [0014] 根据本实用新型的这一方面的另一种优选实施方式，处理单元配置成基于表示交变电磁场的主要部分的信号来得到作为时间的函数的电源信号的相角。此外，处理单元配置成基于电检测信号相对于电源信号的相角的相位变化分辨标识数据。优选地，处理单元配置成，通过在相对于电源信号有预定相角偏移时排他性地分析电检测信号来分辨标识数据。由此，使得能够实现高效率的数据读取。 [0015] 根据本实用新型的这一方面的又一优选实施方式，该设备包括覆盖发射器和接收器天线的外壳。该外壳在不同方向具有不同的电磁场透明度，并且该外壳布置成使得操作范围内的潜在标签单元可以位于发射器天线的操作端，但是禁止位于发射器天线的被动端。接收器天线包括布置在操作端的至少一个第一天线线圈。该至少一个第一天线线圈位于发射器天线和操作范围内潜在标签单元之间的交变电磁场的发射路径中。至少一个第二天线线圈布置在被动端，并且配置成将表示交变电磁场的主要部分的信号提供给接收器电路。因为它允许对标签单元的任何标识数据信号的可靠接收，并且同时，它提供可靠的参考信号，所以这种布置是有利的。 [0016] 根据本实用新型的这一方面的一种更优选实施方式，发射器天线和接收器天线位于相同位置并且相对布置成使得在设备的正常操作期间发射器天线与接收器天线之间的距离短于标签单元与发射器天线和接收器天线中任何一个之间的预期距离。这种设计允许设备非常紧凑并且具有很小的尺寸。 [0017] 根据本实用新型的这一方面的另一优选实施方式，处理单元配置成通过排他性地分析对应于其中电源信号具有零线通道的相位角的时间实例上的电检测信号来分辨标识数据。即，这些实例表示假定标签单元响应于发射的电磁场而产生的单边带信号类型的最佳采样点。 [0018] 根据本实用新型的这一方面的更优选实施方式，处理单元包括采样电路、差分放大器和过滤器单元。采样电路配置成对在对应于其中电源信号具有零线通道的相位角的时间实例上的电检测信号进行采样。差分放大器配置成从采样电路接收采样值，并且基于这些采样值形成包括表示标识数据的信号分量的结果信号。过滤器单元配置成带通过滤结果信号以产生标识数据。由于这种设计支持标识数据的可靠检测，所以这种设计是有利的。 [0019] 根据本实用新型的另一方面，本实用新型的目标是通过根据权利要求11的前序部分的方法实现的，其中代表发射的交变电磁场的主要部分的信号经由辅助天线接收，并且进一步基于代表发射的交变电磁场的主要部分的信号辨别标识数据。根据上述描述并参考提出的设备，这种方法及其优选实施方式的优点是显见的。 [0021] 根据本实用新型的另一方面，本实用新型的目标是通过其中记录有程序的计算机可读介质实现的，其中该程序在加载到计算机中时用于控制计算机执行上述提出的方法。 [0023] 现在通过优选实施方式并参考附图更准确地解释本实用新型，在本文中，优选实施方式作为例子被公开。 [0024] 图1示出了提出的设备和其中可以检测标签单元的无线环境的总体概述； [0025] 图2-图5示出了根据本实用新型的实施方式的天线布置； [0027] 图7示出了根据本实用新型的一种实施方式的处理单元的示意框图； [0028] 图8a-图8f示出了根据本实用新型的一种实施方式的包含如图7中所示的处理单元的设备中的信号流的示意图；以及 [0029] 图9通过流程图示出了根据本实用新型的一般方法。 具体实施方式[0030] 我们首先参考图1，它示出了根据本实用新型的用于标签单元GX的无接触识别的设备A的总体概貌。 [0031] 假定标签单元GX包括配置成修改标签单元GX位于其中的交变电磁场EMTX的电路。典型地，为此目标，标签单元GX包括至少一个谐振电路。 [0032] 设备A包括发射器电路TX、发射器天线TA、接收器电路RX、接收器天线RA和处理单元PU。 [0033] 发射器电路TX配置成产生电源信号Ss，并且经由与其连接的发射器天线TA，从设备A发射交变电磁场EMTX，其中交变电磁场EMTX对应于电源信号Ss。 [0034] 接收器天线RA配置成注册交变电磁场EMTX和由于标签单元GX在设备A的操作范围内存在而引起的其任何修改EMGX。接收器电路RX连接到接收器天线RA。由此，接收器电路RX还配置成响应于接收器天线RA注册的交变电磁场EMTX和EMGX产生电检测信号Sd。 [0035] 处理单元PU配置成接收电检测信号Sd。基于电检测信号Sd，处理单元PU配置成分辨具有修改的交变电磁场EMGX的任何标签单元GX的标识数据GXid。 [0036] 为了提供表示发射的交变电磁场EMTX的主要部分的信号分量Sa(即参考信号)给处理单元PU，并且因而有利于分辨标识数据GXid，接收器天线RA相对发射器天线TA和潜在的标签单元GX布置，使得发射的交变电磁场EMTX的一部分总是基本上未修改地到达接收器天线RA，而不管标签单元GX是否在操作范围内存在。图2、3和3示出了如何实现此目标的不同示例。 [0037] 因而，更准确地说，处理单元PU配置成基于电检测信号Sd并通过利用表示上述主要部分的信号分量Sa(即源自交变电磁场EMTX的主要部分的信号)分辨标识数据GXid。 [0038] 现在参考图2，我们看到根据本实用新型的第一实施方式的设备A的一部分。 [0039] 接收器天线RA布置在发射器天线(未示出)与操作范围内潜在标签单元GX之间的发射的交变电磁场EMTX的发射路径中。这表示接收器天线RA将注册发射的交变电磁场EMTX以及由标签单元GX引起的交变电磁场的任何修改EMGX。 [0040] 此处的接收器天线具有至少两个天线线圈回路，其中第一回路+被扭转180度并且在相位上与第二回路-相反。第一和第二回路+/-被布置在发射的交变电磁场EMTX的发射路径中，使得通过第一和第二回路+/-的发射的交变电磁场EMTX的主要部分相互抵消。但是，标签单元GX预期被放置成使得标签单元GX和第一回路+之间的距离总是与标签单元GX和第二回路-之间的距离不同。换句话说，设备A被定位成使得标签单元GX仅可以放置在它到接收器天线RA的距离短于它到发射器天线TA的距离的位置。即，在图2中，标签单元位于总体右手侧。因此，修改的交变电磁场EMGX将不会在接收器天线中抵消，并且因而可以被设备A检测到。 [0041] 上述空间关系可以通过分别覆盖发射器和接收器天线TA和RA的外壳(或天线罩)确保，其中该外壳在不同方向具有不同的电磁场透明度，并且被布置成使得操作范围内的潜在标签单元GX可以位于发射器天线TA的操作端，但是禁止位于发射器天线TA的被动端。 [0042] 此外，根据本实用新型，设备A具有辅助天线SWA，其配置成接收所发射的交变电磁场EMTX的主要部分，该主要部分代表信号分量Sa。然后信号分量Sa被转发到处理单元PU，以供在分辨标识数据GXid时使用。 [0043] 图3示出了根据本实用新型的第二实施方式的设备A。此处，接收器天线RA包含至少一个第一天线线圈RA1和至少一个第二天线线圈RA2。 [0044] 至少一个第一天线线圈RA1布置在发射器天线TA的操作端上，在图3中它位于总体右手侧。至少一个第一天线线圈RA1进一步位于发射器天线TA的操作端上，并且在发射器天线TA和操作范围内潜在标签单元GX之间的交变电磁场的发射路径中。因此，该至少一个第一天线线圈RA1可以接收发射的交变电磁场EMTX的主要部分和由于标签单元GX的存在而引起的交变电磁场的任何修改EMGX二者。 [0045] 至少一个第二天线线圈RA2布置在发射器天线TA的被动端上，其中被动端与操作端相对。由此，至少一个第二天线线圈RA2配置成接收发射的交变电磁场EMTX的主要部分。因而，该至少一个第二天线线圈RA2可以提供信号分量Sa给接收器电路RX。 [0046] 图4和图5分别示出了根据本实用新型的优选实施方式的设备A。此处，发射器天线TA包括至少一个回路并且限定第一区域A1。类似于发射器天线TA，接收器天线RA包括至少一个回路，并且限定第二区域A2。 [0047] 由于物理限制，因为实际原因，设备A必须相对紧凑，接收器天线RA布置在从发射器天线TA发射的交变电磁场EMTX的路径中是不可避免的。换句话说，接收器天线RA将注册发射的交变电磁场EMTX以及由标签单元GX引起的其任何修改EMGX。 [0048] 为了最小化从发射器天线TA发射并由接收器天线RX直接拾取的电磁场EMTX的幅度，接收器和发射器天线RX和TX分别应该与对方重叠到这个程度使得与第一区域A1重叠的第二区域A2部分拾取的电磁场与第二区域A2的非重叠部分拾取的电磁场相等，但是极性相反。换句话说，发射器天TA和接收器天线RA相对于对方布置，使得接收器天线RA的至少一个回路所限定的第二区域A2与发射器天线TA的至少一个回路所限定的第一区域A1的特定部分重叠。即，给定适当的重叠比例以及区域A1和A2，这将导致从发射器天线TA发射的电磁场EMTX的直接波在接收器天线RX被抵消。 [0049] 可以通过布置发射器和接收器天线TA和RA使得发射器天线TA的至少一个回路以基本上为直角的角度跨越接收器天线RA的至少一个回路来改进这种效果。 [0050] 而且，为了针对设备A每单位尺寸的最大可能敏感性优化区域A1和A2，如果发射器和接收器天线TA和RA中的每一个的至少一个回路具有一般矩形形状的总体轮廓则是有利的。 [0051] 此外，如图4中所示，每个一般矩形形状可以包括两个斜的相邻角。在本实用新型的这种实施方式中，发射器和接收器天线TA和RA相对彼此特别布置成使得发射器天线TA的至少一个回路的倾斜部分410和420分别跨越接收器天线RA的至少一个回路的倾斜部分430和440。这是合乎需要的，因为天线覆盖的各个区域可以制作得尽可能大；并且同时，可以实现直角交叉条件以最小化天线TA和RA之间的耦合。 [0052] 另外，根据本实用新型的一种实施方式，发射器天线TA的至少一个回路与接收器天线RA的至少一个回路基本平行。由此，不想要的直接从发射器天线TA的电磁能量拾取可以做到相对低。 [0053] 图6示出了根据本实用新型的另一实施方式的设备A。如上所述，设备A经由发射天线TX发射交变电磁场EMTX。交变电磁场EMTX覆盖设备A的操作范围。我们假定标签单元GX位于操作范围中，并且因而响应于发射的交变电磁场EMTX产生修改的交变电磁场EMGX。 [0054] 此修改可以涉及发射的交变电磁场EMTX上的数据信号的相移调制，其中数据信号的速率显著低于发射的交变电磁场EMTX的频率(例如，低100倍)，并且该数据信号表示标签单元GX的标识。然而，由于标签单元GX中的谐振电路，其中的修改通常也导致发射的交变电磁场EMTX的-90度相移。发射的交变电磁场EMTX因而可以被认为是由于发射的交变电磁场EMTX在标签单元GX中的反映导致的向设备A传播的-90°相移的单边频带调制信号。 [0055] 操作范围定义为标签单元GX必须位于其中设备A才能从其修改的交变电磁场EMGX分辨标识数据GXid的到设备A的距离范围。由于标签单元GX是真正的被动元件，并且电磁场的功率水平与距离按立方关系减小，所以操作范围相对较短。然而，EMTX和EMGX场之间的80-100dBA的功率水平差通常是可接受的。这可以通过如上所述的事实，即，发射的交变电磁场EMTX在接收器天线RA中抵消，而修改的交变电磁场EMGX则不会，来解释。 [0056] 设备A中的辅助天线SWA配置成接收表示发射的交变电磁场EMTX的主要部分的信号Sa并转发该信号Sa到处理单元PU。而且，处理单元PU优选地配置成得到信号分量Sa，以将电源信号Ss的相角表示为时间的函数，并且最终基于电检测信号相对于电源信号Ss的相角的相变，来分辨标识数据GXid。 [0057] 优选地，发射器天线TA和接收器天线RA位于相同位置并且彼此相对布置成使得在设备A的正常操作期间发射器天线TA与接收器天线RA之间的距离短于标签单元GX与发射器天线TA和接收器天线RA中任何一个之间的预期距离。如上所述，上述距离之间的关系可以通过将发射器和接收器天线TA和RA放置在天线罩后面来确保，其中从各个天线到天线罩的距离超过发射器天线TA和接收器天线RA之间的距离。即，由此，任何标签单元TX与发射器和接收器天线TA和RA的距离必须总是远于它们二者之间的距离。当然，这种设计通过提出的使用表示发射的交变电磁场EMTX的主要部分的信号分量Sa来实现。发射器和接收器天线TA和RA之间相对较短的距离允许高度紧凑和小尺寸设备A，特别是与其中发射器和接收器天线布置在携带标签单元GX的个体沿其行进的通道(或类似)的不同边上的设计相比。 [0058] 图7示出了根据本实用新型的一种实施方式的处理单元PU的示例性框图，并且图8a至图8f示出了处理单元PU中的不同信号。 [0059] 图8a示出了电源信号Ss作为相角 的函数。电源信号Ss被馈入到处理单元PU的采样电路SC中。在这种实施方式中，采样电路SC进而包括相移单元PPh，它被配置成延迟电源信号Ss以产生对应于电源信号Ss的-90度相移的延迟信号Sa-90°。 [0060] 在图8b中示出作为时间t的函数的延迟信号Sa-90°被馈入到采样电路SC的第一开关单元T1和第二开关单元T2中的每一个。开关单元T1和T2二者都从接收器电路RX接收电检测信号Sd。第一开关单元T1配置成暂时闭合(例如，经由二极管电路和相关联的电容C1)，并且因而当延迟信号Sa-90°具有其最大正幅值时在时间实例t1,t3,…,ti,…,tn通过电检测信号Sd。图8c表示信号Sa-90°P，它反映第一开关单元T1的这个操作作为时间t的函数。类似地，第二开关单元T2配置成暂时闭合(例如，经由二极管电路和相关联的电容C2)，并且因而当延迟信号Sa-90°具有其最大负幅值时在时间实例t2,…,ti+1通过电检测信号Sd。图8d表示信号Sa-90°N，它反映第二开关单元T2的这个操作作为时间t的函数。 [0061] 因而，开关单元T1和T2从电检测信号Sd产生各自的采样值序列SdPs和SdNs。由于电检测信号Sd和发射的电源信号Ss之间的相移，采样电检测信号Sd时的时间实例2,t3,…,ti,ti+1,…,tn对应于其中电源信号Ss具有零线通道的相角 换句话说，处理单元PU配置成在相对电源信号Ss发生预定相角偏移时排他性地分析电检测信号Sd。如下面所解释，此分析形成了分辨标识数据GXid的基础。 [0062] 更精确而言，根据本实用新型的这种实施方式，采样值SdPs和SdNs被馈入到差分放大器D，使得源自第一开关单元T1的值SdPs与正号相关联并且源自第二开关单元T2的值SdNs与负号相关联。响应于此，差分放大器D产生结果信号R，它在具有与标签单元GX的谐振频率匹配的通带的滤波器单元BPF中被带通滤波。因此，基于结果信号R，滤波器单元BPF产生标识数据GXid，例如与携带标签单元GX的动物有关的身份信息。 [0063] 优选地，设备A包含或以通信方式连接到保存计算机程序产品的内存单元M，它包括当计算机程序产品在处理单元PU中的处理器上运行时控制设备A执行上述操作的软件。 [0064] 为了便于总结，现将参考图9中的流程图描述根据本实用新型的通用方法。 [0065] 在第一步骤910中，发射器电路TX生成电源信号Ss，并从设备A经由发射器天线TA发射对应的交变电磁场EMTX。 [0066] 然后，在步骤920，注册交变电磁场EMTX以及由于标签单元位于设备A的操作范围内引起的对该交变电磁场的任何修改EMGX。与步骤920并行地，在步骤930，注册表示交变电磁场EMTX的主要部分的信号Sa。 [0067] 此后，步骤940通过利用在步骤930中得到的信号Sa，从步骤920中注册的交变电磁场EMTX和EMGX中分辨标识数据GXid。随后，该过程循环返回到步骤910。 [0068] 上述参考图9描述的所有处理步骤，以及这些步骤的任何子顺序，可以通过可编程计算机设备来控制。此外，上述参考附图描述的本实用新型的实施方式包括计算机设备和在计算机设备中执行的过程，本实用新型也因而扩展到计算机程序，更具体而言是在载体之中或之上的适于实施本实用新型的计算机程序。程序的形式可以为源代码、目标代码、诸如部分编译形式之类的中间源代码和目标代码，或适合用于根据本实用新型的过程的实现中的任何其他形式。程序可以是操作系统的一部分，也可以是单独的应用程序。载体可以是能够承载程序的任何实体或设备。例如，载体可以包括诸如闪存、ROM(只读存储器)，例如，DVD(数字视频/通用光盘)、CD(光盘)或半导体ROM，EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)或磁记录介质(例如，软盘或硬盘)之类的存储介质。而且，载体可以是诸如可以经由电或光缆或通过无线电或通过其他方式传送的电或光信号之类的可发射载体。当程序在可以直接通过电缆或其他设备或方式传送的信号中实现时，载体可以由这种电缆或设备或方式组成。备选地，载体可以是其中嵌入程序的集成电路、适于执行相关进程的集成电路或用于相关进程的执行中的集成电路。 [0070] 本实用新型不限于附图中所述的实施方式，但是可以在权利要求书的范围内自由变化。 |
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