无源RFID传感器标签以及RFID读取器专利检索-RFID网络电信专利检索查询-专利查询网

无源RFID 传感器标签以及RFID读取器

阅读：993发布：2020-05-11

专利汇可以提供无源RFID 传感器标签以及RFID读取器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种RFID系统包括无线射频识别 (RFID)读取器(11)和至少一个无源RFID 传感器标签(10‑、10‑2、10‑3)。来自无源RFID标签(10‑、10‑2、10‑3)的反向散射无线射频信号被利用振荡频率调制，该振荡频率取决于由感测元件(32、P、T、H、Q)感测的量的值。RFID读取器(11)基于无源RFID传感器标签的预定的传感器配置信息，将反向散射信号的振荡频率转换为感测的量的实际值。所述传感器配置信息包括关于无源RFID传感器标签中可用的传感器元件或多个传感器元件的信息，并且特别地，包括关于如何将反向散射信号的振荡频率转换为由各个感测元件感测的量的实际值的信息。，下面是无源RFID 传感器标签以及RFID读取器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种在具有利用反向散射原理进行通信的无线射频识别(RFID)读取器和至少一个无源RFID 传感器标签的系统中询问传感器值的方法，其中载有数字响应的调制的反向散射信号包括从询问频率偏移一调制信号的边频带，该方法包括在该系统的RFID读取器侧：
发送无线射频询问信号至无源RFID传感器标签，所述无源RFID传感器标签具有感测元件负载的振荡器，使得从振荡器输出的调制频率取决于由所述感测元件感测的量的值；
从无源RFID标签接收利用振荡频率调制的反向散射无线射频信号，其中，所述载有数字响应的调制的反向散射信号的边频带的偏移被配置为取决于所述感测的量的值并携带有所述感测的量的值；
识别所述无源RFID标签，
基于识别的无源RFID传感器标签的预定的传感器配置信息，将反向散射信号的调制频率转换为感测的量的实际值，所述传感器配置信息包括关于识别的无源RFID传感器标签中可用的传感器元件或多个传感器元件的信息，特别地对于每个可用的传感器元件信息包括关于如何将反向散射信号的调制频率转换为由各个感测元件感测的量的实际值的信息。
2.根据权利要求1所述的方法，包括在所述无源RFID传感器标签的非易失性存储器中储存所述传感器配置信息。
3.根据权利要求1所述的方法，包括：对于由RFID读取器在前识别的无源RFID标签，在RFID读取器中至少临时地储存所述传感器配置信息。
4.根据权利要求3所述的方法，包括：在所述系统的RFID读取器侧
对位于RFID读取器的读取范围内的无源RFID传感器标签进行盘存；
接收位于RFID读取器的读取范围内的无源RFID传感器标签的会话标识；
利用RFID读取操作来访问新的无源RFID传感器标签的存储器，以读取该无源RFID传感器标签的传感器配置信息，以及
在RFID读取器中至少临时地储存读取到的新的RFID传感器标签的传感器配置信息，并可选地储存在至少一个网络单元中。
5.根据权利要求1所述的方法，包括：
除了将传感器配置信息永久性地存储在RFID传感器标签中之外或代替将传感器配置信息永久性地存储在RFID传感器标签中，在至少一个网络单元中至少临时地保持多个RFID传感器标签的传感器配置信息。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述至少一个网络单元包括连接到所述读取器的本地主机、可以用于多个本地读取器的本地服务器、或者可以全球地用于多个读取器的远程服务器中的一个或多个。
7.根据权利要求5所述的方法，包括：在所述系统的RFID读取器侧
对位于RFID读取器的读取范围内的无源RFID传感器标签进行盘存；
接收位于RFID读取器的读取范围内的无源RFID传感器标签的会话标识；
从所述至少一个网络单元查询新识别的无源RFID传感器标签的传感器配置信息，在读取器中至少临时地储存查询到的新的RFID传感器标签的传感器配置信息。
8.根据权利要求5所述的方法，包括：在所述系统的RFID读取器侧
对位于RFID读取器的读取范围内的无源RFID传感器标签进行盘存；
接收位于RFID读取器的读取范围内的无源RFID传感器标签的会话标识；
首先尝试从所述至少一个网络单元查询新识别的无源RFID传感器标签的传感器配置信息，如果在所述系统中的所述至少一个网络单元中没有所述新识别的无源RFID传感器标签的传感器配置信息，则利用RFID读取操作来访问无源RFID传感器标签的存储器以读取所述无源RFID传感器标签的传感器配置信息，以及
将查询到或读取到的新RFID传感器标签的传感器配置信息至少临时地存储在读取器中，并且选择性地将读取到的所述新RFID传感器标签的传感器配置信息发送至所述至少一个网络单元。
9.根据权利要求2所述的方法，包括：在所述系统的RFID读取器侧
对位于RFID读取器的读取范围内的无源RFID传感器标签进行盘存；
接收位于RFID读取器的读取范围内的无源RFID传感器标签的会话标识；
利用RFID读取操作来访问无源RFID传感器标签的存储器以读取所述无源RFID传感器标签的第一条传感器配置信息，以及
基于所述第一条传感器配置信息获取所述无源RFID传感器标签的第二条传感器配置信息。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述无源RFID传感器标签的传感器配置信息与所述无源RFID传感器标签的唯一标识符相关。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，关于如何将反向散射信号的振荡频率转换为感测的量的实际值的信息包括下列信息中的一个或多个：值范围、值的比例尺、测量的单位、校准信息、温度补偿信息。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传感器配置信息还包括下列信息中的一个或多个：关于缺省传感器元件的信息、用于选择性地激活传感器元件的信息、用于无源RFID传感器标签中的传感器选择器的传感器激活命令参数、用于选择性地激活传感器元件的RFID命令中使用的预定的位或者位模式。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述温度补偿信息包括对于每个传感器元件的振荡频率温度补偿信息，以当振荡器被负载于各个感测元件时，从反向散射信号的振荡频率来消除温度变化的影响。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个无源RFID传感器标签根据预定的标准来预处理感测的量的值，并且所述传感器配置信息包括关于所述预定的标准的信息，优选地包括在感测的量的一个状态下预定的限值或变化。
15.一种RFID读取器，所述RFID读取器被配置为实现根据权利要求1-14中的任意一项所述的方法。
16.根据权利要求15所述的RFID读取器，其中，所述RFID读取器是包括RFID读取器装置和被连接以控制所述RFID读取器装置的远程或本地计算装置的一种设备。
17.一种无源RFID传感器标签，包括用于永久性地存储根据权利要求1-14中任意一项所述的方法中的传感器配置信息中的至少一部分的装置。
18.一种网络单元系统，包括用于永久性地或临时地存储根据权利要求1-14中任意一项所述的方法中的至少一些传感器配置信息的装置。

说明书全文

无源RFID传感器标签以及RFID读取器

技术领域

[0001] 本发明涉及无源无线传感器，更具体地，涉及无源无线射频识别(RFID)传感器、RFID 传感器系统、以及用于无源RFID传感器标签的RFID读取器。

背景技术

[0002] 传感器是一种将测量的量转换为可读取的格式(通常转换为电信号)的装置。近来，市场上已经存在实际上用于任何测量目的的传感器。根据传导性，传感器可以被分为无线传感器和有线传感器。有线传感器通过线速或电缆组件连接至读取装置。无线传感器可以被读取而不需要物理连接至传感器，并且通常被实现为在传感器中装配有无线电收发器。发射的无线电信号被接收器解释，接收器将无线电信号转换为期望的输出。无线操作在许多应用中可以是有利的，在这些应用中，由于严苛的操作条件(例如温度和压力)、旋转部件或者布线的成本和复杂性，而使有线连接是困难的。然而，无线传感器也有一些缺点，例如由于电池而导致的有限的寿命、由于衰减和干扰而导致的有限的读出距离、由于信号的不可控传播而导致的安全问题以及可能的低速度通信。基于电源和通信原理，无线传感器可以被分为三种类型：有源传感器、半无源传感器和无源传感器。

[0003] 有源无线传感器通常既具有无线电收发器又具有板载电池，板载电池被用于为收发器供电。具有自身电源的有源无线传感器可以使用功率强大的发射器和敏感的接收器。然而，板载电池限制了寿命并且还增加了尺寸和重量。由于更复杂的电路，有源传感器的价格可以比无源传感器的价格高得多。

[0004] 半无源无线传感器不包括无线电收发器，但是配备有电池。电池被用于给集成电路(IC)供电并且使传感器能够独立于读取装置来操作或者维持传感器中的存储器。半无源电池辅助传感器应用调制反向散射技术来进行通信。这意味着半无源传感器不需要来自板载电池的任何能量来进行通信，而是传感器简单地将由读取装置发射的能量的一部分反射回去。

[0005] 与有源传感器和半无源传感器不同，无源传感器不需要板载电池。因此无源传感器可以更加简单、小型、更加低价，并且它们的寿命不受电源限制。无源传感器的典型的读出距离在10cm至3m之间。无源无线传感器可以被分为四个主要种类：无线射频识别(RFID)标签、电谐振电路传感器、表面声波(SAW)、谐波传感器和互调传感器。

[0006] RFID是使用无线电波来在标签与读取器之间通信的识别技术，并且其被用于识别物品。RFID相对于光学条码识别具有一些优点，例如在读取器装置与标签之间不需要视线，并且RFID读取器还可以同时读取上百个标签。无源RFID标签使用调制的反向散射通信原理，如图1中所示。当标签10与RFID读取器11通信时，其调制接收到的信号12并将信号12的一部分13反射回读取器。典型的无源标签包括连接到专用微芯片的天线。当被RFID收发器或读取器无线地询问时，RFID标签天线接收来自RFID读取器的功率和RF信号并将其供应至芯片。芯片处理该信号并将所需的数据发送回RFID读取器。反向散射的信号根据发射的数据而被调剂。RFID的最高操作频率和读出距离受到集成电路(IC)的整流功率限制并且分别为若干GHz和5-10m。

[0007] RFID最常用于识别。RFID标签配备有可重写存储器，其使得RFID标签具有可重用性质，但是它们对于测量外部的量是无用的。通过使RFID标签配备外部传感器和数字逻辑器来读取该外部传感器，RFID也已经表现出适于感测。这种方案的优点在于其能够使用通用传感器元件，因此可以是用于非常广的应用范围。然而，在这种方案中，需要在标签中包括额外的A/D转换器和数字电路，以使传感器能够读出。由于额外电子元件而增加的功耗显著地降低了读出范围(例如，对于8位A/D转换器，从5m降低至0.3m)。额外的传感器元件还增加了功耗。A/D转换器和额外数字电路的实施思路在下面的文献中进行了讨论：图书“Development and Implementation of RFID Technology(RFID技术的发展和实施)”中的第9章“Smart RFID Tags(智能RFID标签)”,ISBN 978-3-902613-54-7,2009年2月,I-Tech,奥地利维也纳。http://www.intechopen.com/books/development_and_implementation_of_rfid_technology。

[0008] US2013/0099897公开了一种RFID读取器、一种RFID芯片和电耦接至RFID芯片并被配置为从RFID读取器接收信号并将信号发射至RFID读取器的天线。RFID芯片配备有电接口以连接至感测材料。RFID芯片被配置为调制从读取器接收的信号来利用调制的信号驱动感测材料。感测材料具有可变的电特性，使得反向散射的调制信号将根据感测材料的状态而改变。与感测材料的本质无关，其与来自RFID芯片的调制信号相互作用并将信号返回至RFID芯片。返回的信号经过反向散射调制器从RFID芯片传递至天线，并然后被发射回RFID读取器。可选择地，由感测材料处理的信号被用于调制RFID芯片的输入阻抗，利用通过天线从RFID芯片反向散射至RFDI读取器的信号来确定感测材料的状态。

[0009] US2011/0301903提出了在使用过程中来校准应答器的传感器(例如，RFID标签中的传感器)而不是在制造商处的额外的校准步骤中校准，因此节约了相关的成本。将被传感器监测的许多产品的初始状态已经被产品的制造商定义并且已知。这种初始状态的示例包括：在生产和发货过程之间产品被储存的冷库中的温度；例如牛奶和酒的液体的pH值；已经在受控的环境条件下包装的容器中的气体的组分。这些已定义条件可以被用作用于传感器校准的基准。因此，在该发明中，传感器自身在特定的传感器使用条件环境中是有特性的，以此为基准来校准传感器。

[0010] 文献Chen et al,Coupling Passive Sensors to UHF RFID Tags,Radio and Wireless Symposium(RWS),2012IEEE,15-18Jan.2012,Santa Clara,255–258(Chen等人，耦合无源传感器至UHF RFID标签，无线电和无线研讨会(RWS)，2012IEEE，2012年1月15-18日，圣克拉拉，255–258)公开了将无源传感器数据耦合至已有的UHF RFID传感器而不需要设计新的标签ASIC的可能性。通过将耦合回路叠加在标签天线上并调制矢量反向散射器，已有的UHF RFID系统可以被用于传递额外的数据。负载传感器数据的无源传感器的阻抗影响反向散射的幅值和相位。为了传输无源传感器数据，无源传感器耦合模块的负载在这些负载之间切换，以提供到达两个参考阻抗或无源传感器中的一个的连接。利用两个参考阻抗，确定无源传感器的阻抗。

[0011] 文献Guerin et al.,A temperature and gas sensor integrated on a 915MHz RFID UHF tag,Wireless Information Technology and Systems(ICWITS),2010IEEE International Conference,Honolulu,Aug.28 2010-Sept.3 2010(Guerin等人“集成在915MHz RFID UHF上的温度和气体传感器”，无线信息技术和系统(ICWITS)，2010IEEE国际会议，檀香山，2010年8月28日-2010年9月3日)公开了一种利用调制的反向散射原理的无源无线传感器。利用电压控制的振荡器来产生调制信号，该振荡器的控制电压并且由此其输出频率被配置为按照传感器值的函数来改变。

[0012] 共同在审申请PCT/FI2013/051214公开了一种无源传感器设计，其使得无源无线传感器的读取距离显著增加。通过包括感测元件作为振荡电路的一部分的振荡器来产生调制信号，从而调制频率取决于感测元件的感测值。因此，传感器值被转译至调制模拟信号的频率中，该频率可以在不需要耗能的AD转换器并且利用最少数量的外部组件的情况下产生。因此，读取距离可以被增大至若干米，达到室内范畴。

[0013] 由于短的读取距离，所以不需要在读取器的范围内管理多个无源无线传感器标签。所有现有的无源无线传感器都是可用于确定的读取器的单目的传感器。

[0014] UHF RFID技术(例如标准Class-1Gen-2防冲突)已经解决了关于读取多个无线标签的大部分问题。然而由于不需要考虑远程传感器，所以所有的RFID解决方案均已忽略了例如传感器值转换、温度补偿或校准的问题。

[0015] 因此，需要提供用于管理和读取具有不同的传感器特性的多个无源无线传感器的方法、规程和布置。

发明内容

[0016] 本发明的一个目的在于帮助RFID传感器标签的传感器值转换、温度补偿或者校准。

[0017] 本发明的目的通过根据所附的独立权利要求的一种方法、一种RFID读取器以及一种网络单元来实现。本发明的优选实施例在从属权利要求中描述。

[0018] 本发明的一方面是一种用于在具有无线射频识别(RFID)读取器和至少一个无源RFID传感器标签的系统中询问传感器值的方法，该方法包括：在所述系统的RFID读取器侧[0019] 发送无线射频询问信号至无源RFID传感器标签，所述无源RFID传感器标签具有感测元件负载的振荡器，使得振荡器的振荡频率取决于由感测元件感测的量的值；

[0020] 从无源RFID标签接收反向散射无线射频信号，该信号利用取决于感测的量的值的振荡频率调制；

[0021] 识别所述无源RFID标签，

[0022] 基于识别的无源RFID传感器标签的预定的传感器配置信息，将反向散射信号的振荡频率转换为感测的量的实际值，所述传感器配置信息包括关于识别的无源RFID传感器标签中可用的传感器元件或多个传感器元件的信息，特别地对于每个可用的传感器元件信息包括关于如何将反向散射信号的振荡频率转换为由各个感测元件感测的量的实际值的信息。

[0023] 在一个实施例中，该方法包括在无源RFID传感器标签的非易失性存储器中储存所述传感器配置信息。

[0024] 在一个实施例中，该方法包括：对于由RFID读取器在前识别的无源RFID标签，在RFID读取器中至少临时地储存所述传感器配置信息。

[0025] 在一个实施例中，该方法包括：在所述系统的RFID读取器侧

[0026] 对位于RFID读取器的读取范围内的无源RFID传感器标签进行盘存(inventory)；

[0027] 接收位于RFID读取器的读取范围内的无源RFID传感器标签的会话标识；

[0028] 利用RFID读取操作来访问新的无源RFID传感器标签的存储器，以读取该无源RFID传感器标签的传感器配置信息，以及

[0029] 在RFID读取器中至少临时地储存读取到的新的RFID传感器标签的传感器配置信息，并可选地储存在至少一个网络单元中。

[0030] 在一个实施例中，该方法包括：除了将传感器配置信息永久性地存储在RFID传感器标签中之外或代替将传感器配置信息永久性地存储在RFID传感器标签中，在至少一个网络单元中至少临时地保持多个RFID传感器标签的传感器配置信息。

[0031] 在一个实施例中，所述至少一个网络单元包括连接到所述读取器的本地主机、可以用于多个本地读取器的本地服务器、或者可以全球地用于多个读取器的远程服务器中的一个或多个。

[0032] 在一个实施例中，该方法包括：在所述系统的RFID读取器侧

[0033] 对位于RFID读取器的读取范围内的无源RFID传感器标签进行盘存；

[0034] 接收位于RFID读取器的读取范围内的无源RFID传感器标签的会话标识；

[0035] 从所述至少一个网络单元查询新识别的无源RFID传感器标签的传感器配置信息，[0036] 在读取器中至少临时地储存查询到的新的RFID传感器标签的传感器配置信息。

[0037] 在一个实施例中，该方法包括：在所述系统的RFID读取器侧

[0038] 对位于RFID读取器的读取范围内的无源RFID传感器标签进行盘存；

[0039] 接收位于RFID读取器的读取范围内的无源RFID传感器标签的会话标识；

[0040] 首先尝试从所述至少一个网络单元查询新识别的无源RFID传感器标签的传感器配置信息，

[0041] 如果在所述系统中的所述至少一个网络单元中没有所述新识别的无源RFID传感器标签的传感器配置信息，则利用RFID读取操作来访问无源RFID传感器标签的存储器以读取所述无源RFID传感器标签的传感器配置信息，以及

[0042] 将查询到或读取到的新RFID传感器标签的传感器配置信息至少临时地存储在读取器中，并且选择性地将读取到的所述新RFID传感器标签的传感器配置信息发送至所述至少一个网络单元。

[0043] 在一个实施例中，该方法包括：在所述系统的RFID读取器侧

[0044] 对位于RFID读取器的读取范围内的无源RFID传感器标签进行盘存；

[0045] 接收位于RFID读取器的读取范围内的无源RFID传感器标签的会话标识；

[0046] 利用RFID读取操作来访问无源RFID传感器标签的存储器以读取所述无源RFID传感器标签的第一条传感器配置信息，以及

[0047] 基于所述第一条信息获取所述无源RFID传感器标签的第二条传感器配置信息。

[0048] 在一个实施例中，所述无源RFID传感器标签的传感器配置信息与所述无源RFID传感器标签的唯一标识符相关。

[0049] 在一个实施例中，关于如何将反向散射信号的振荡频率转换为感测的量的实际值的信息包括下列信息中的一个或多个：值范围、值的比例尺、测量的单位、校准信息、温度补偿信息。

[0050] 在一个实施例中，所述传感器配置信息还包括下列信息中的一个或多个：关于缺省传感器元件的信息、用于选择性地激活传感器元件的信息、用于无源RFID传感器标签中的传感器选择器的传感器激活命令参数、用于选择性地激活传感器元件的RFID命令中使用的预定的位或者位模式。

[0051] 在一个实施例中，所述温度补偿信息包括对于每个传感器元件的振荡频率温度补偿信息，以当振荡器被负载于各个感测元件时，从反向散射信号的振荡频率来消除温度变化的影响。

[0052] 在一个实施例中，所述至少一个无源RFID传感器标签根据预定的标准来预处理感测的量的值，并且所述传感器配置信息包括关于所述预定的标准的信息，优选地包括在感测的量的一个状态下预定的限值或变化。

[0053] 本发明的一个方面在于一种RFID读取器，所述RFID读取器被配置为实现根据第一方面的方法。

[0054] 在一个实施例中，所述RFID读取器是包括RFID读取器装置和被连接以控制所述RFID读取器装置的远程或本地计算装置的一种设备。

[0055] 本发明的一个方面在于一种无源RFID传感器标签，包括用于永久性地存储根据第一方面的方法中的传感器配置信息中的至少一部分的装置。

[0056] 本发明的一个方面在于一种网络单元系统，包括用于永久性地或临时地存储根据第一方面的方法中的至少一些传感器配置信息的装置。附图说明

[0057] 下面，将参照附图通过优选实施例的方式来更详细地描述本发明，在附图中：

[0058] 图1示出了在RFID系统中的反向散射通信原理；

[0059] 图2A是示出RFID标签架构的示例的功能性框图；

[0060] 图2B示出了无源无线传感器标签的示例性布局；

[0061] 图2C示出了无源无线传感器标签的另一示例性布局；

[0062] 图2D示出了无源无线传感器标签的又一示例性布局；

[0063] 图2E示出了无源无线传感器标签的又一示例性布局；

[0064] 图2F示出了具有附着到载体衬底的RFID芯片和外部谐振器/传感器的无源无线传感器标签的示例；

[0065] 图3A是示出RFID传感器的通信原理的谱线图；

[0066] 图3B和图3C分别是示出压力传感器和气体传感器的调制频率-传感器值相关性曲线的示例的曲线图；

[0067] 图3D示出了可以被提供至或储存于RFID传感器的示例性传感器配置信息；

[0068] 图4是示出RFID读取器架构的示例的功能性框图；

[0069] 图5示出了在若干个不同的位置储存频率-传感器值相关表的示例；

[0070] 图6是示出具有多个传感器标签的系统的示例的系统图；

[0071] 图7是示出进行盘存、以从标签查询频率-传感器值相关数据并读取感测值的过程示例的信令图；以及

[0072] 图8A和图8B是示出读取活动(active)传感器并改变在标签中的活动传感器的过程示例的信令图。

具体实施方式

[0073] 参照图1，RFID系统典型地包括两个基本组件：RFID应答器或标签10，其位于将被识别的目标上或者位于测量点处；RFID询问器或读取器11，其执行RFID标签的询问。在无源RFID系统中，RFID读取器11向标签10供应必要的功率，以使其能够执行对读取器的询问信号的调制。在RFID传感器标签的情况下，除了仅提供用于使RFID标签10工作和传输数据的电源和介质之外，RFID读取器11还可以执行向标签10的数据传输，这在多数情况下被实现为对载波信号的调制。

[0074] 图2A示出了示出无线射频识别(RFID)标签架构的进一步示例的功能性框图。在示出的示例中，RFID标签10可以包括：天线21，直接地匹配至标签的前端阻抗(未示出匹配电路)以与RFID读取器11通信；模拟RF前端，典型地可以包括整流器电路22以将RF功率转换为直流(DC)、时钟发生器或振荡器23、反向散射调制器24、以及解调器25。时钟发生器23也可以为标签提供方波时钟或多个时钟。在标签中不存在振荡器的传统RFID标签中，时钟发生器23可以利用接收到的RF频率来产生时钟，例如，通过分频电路来产生时钟。还可以具有逻辑部分或数字控制模块26，其可以被配置为提供期望的功能，例如处理询问指令、执行防冲突协议、执行数据完整性检查、运行存储器读取-写入操作以及执行输出控制和数据流。逻辑实现方式通常满足定义的标准和特定的相关协议。另外，可以提供存储器装置27。根据用户的需要，如果要实现读取/写入功能，可以需要非易失性存储器装置。

[0075] 如上所述，无源RFID标签利用调制反向散射原理来进行通信。当利用从读取器发射的RF CW信号照射标签时，标签调制接收的信号并将其部分地返回至读取器。使用从读取器11发射的射频(RF)载波(CW)信号来驱动RFID传感器。首先，利用整流器22来将RF信号转换为DC电压。整流后的电压对振荡器23供电，振荡器23在其输出端产生低频正弦信号fOSC。最后，振荡信号fOSC被馈送至反向散射调制器24以实现反向散射原理。调制器24调制信号，并且返回至天线21的信号取决于天线与整流器22/调制器24之间的匹配。结果，在从传感器反向散射的信号中，存在边频带或次载波fCW-fOSC和fCW+fOSC，如图3A所示，fCW和fOSC分别表示载波频率和振荡频率。边频带或次载波相对于载波fCW偏移了振荡频率fOSC。振荡频率fOSC也可以被称作反向散射调制频率或次载波频率。

[0076] 时钟频率发生器23可以由振荡器来实现，该振荡器的频率取决于感测的值。这使得RFID具有复杂特性并且能够在不需要AD转换的情况下测量外部量。在示例性实施例中，感测元件(例如，如图2A中的感测元件32所示)被配置为属于标签振荡器的振荡电路的基本部件，从而从振荡器输出的调制频率取决于感测的值，即，感测的量的取值范围被映射至振荡频率范围。这使得能够测量外部量而实际上不需要任何耗能的额外元件，并且能够测量外部量而不降低读出距离。该构思可兼容于已有的RFID标签。可应用的振荡器的示例可以包括RC振荡器、环形振荡器、LC振荡器、RLC振荡器或任何其它基于谐振的振荡器，例如基于MEMS(微电机系统)、SAW(表面声波)和BAW(体声波)谐振器的振荡器。例如，与LC振荡器或RLC振荡器相比，RC振荡器的优点在于其能够被集成，然而其可能具有更高的功耗并因此可能降低读出距离。

[0077] 应当理解，不意图将本发明限制于任何特定类型的RFID传感器标签或任何通过传感器标签来改变反向散射信号的调制频率的特定方式。然而，本发明的实施例在以下应用中具有特别的优点，在这些应用中，标签的调制频率振荡器直接负载有感测元件，该感测元件调节振荡频率，即，感测元件是振荡器的可操作部件。

[0078] 图2B示出了根据本发明第一方面的无源无线传感器标签的示例性布局。无线传感器可以被形成在单个半导体衬底(例如，硅衬底)或芯片36上。该器件的制造价格与位于衬底36上的器件的尺寸成比例，从而期待将该尺寸最小化。在该示例中，该尺寸为大约1mm×2.5mm。无线传感器标签可以包括普通RFID电路和功能(例如整流器/调制器/解调器24/25、逻辑器26和存储器27)以及传感器负载的时钟发生器或振荡器23，例如在其它示例性实施例中所描述的。还可以具有电源35(例如整流器22)，以利用接收到的RF功率来产生用于电路的适当的操作电压。还可以具有额外的能量存储器35A(例如具有大容量的电容器)以在更长的时间段中从接收到的RF功率回收和储存更大量的能量。对于具有较高功耗的传感器元件(例如气体传感器)可能需要该较大的能量存储器35A。

[0079] 传感器元件32可以与振荡器23集成，或可以是连接到振荡器以作为振荡器的一部分来操作的单独元件。在图2B中示出的示例性布局中，传感器元件32可以被制造在单独的晶圆38上，该晶圆38与无线传感器标签10的其它组件被制造于其上的晶圆37不同。传感器元件32的制造技术可以根据传感器元件的类型不同而不同。传感器元件32可以在不受无线传感器标签的其它组件的制造技术和需求的限制的情况下进行设计和制造，这对于所有传感器元件类型可以是基本相同的。

[0080] 可选地，如果需要单独的谐振器元件，也可以具有振荡器23的谐振器部件31，如由虚线所示出的。谐振器31可以被调谐和设计，以与当前涉及的特定传感器元件32共同操作。对于每对谐振器31和传感器元件32具有单独的晶圆，这可以允许最优的感测功能和精确性以及谐振器和传感器元件的最优尺寸。用于不同的测量量的无源无线传感器可以通过制成不同调谐的谐振器31和传感器元件32的对来容易地提供。另外，其它传感器元件专用的组件或结构可以被制造在具有传感器元件32的晶圆38上，例如，较大能量存储器35A(可以将其从基本组件晶圆37上省略，以节约不需要额外能量的传感器标签的尺寸和价格)。

[0081] RFID规范通常需要RFID标签必须支持RFID系统的整个调制频率范围，例如，ISO 18000-6C标准限定的40-640kHz调制频率范围。换言之，RFID标签必须响应于在限定的频率范围内的任何调制频率下的读取器信号。然而，对于振荡器23而言，既支持这样宽的频率范围又通过使用感测元件改变反向散射信号的振荡频率来提供精确的感测数据传输，这是具有挑战性的。具有谐振器31和负载感测元件32的振荡器23可以被优化为在窄的频率范围内以特定的谐振频率或振荡频率范围来操作，例如在256kHz±10％＝226-281kHz。因此，对于标签10的振荡器23存在矛盾的需求。

[0082] 根据本发明的一方面，无源无线传感器标签还可以包括基准振荡器，例如基准振荡器23-ref，或者基准负载，例如谐振器31-ref或基准传感器32-ref，它们优选地可以被制造在晶圆37上。振荡器23可以被选择性地一次一个地连接至基准负载31-ref/32-ref和谐振器或多个谐振器31、或者传感器或多个传感器32。基准负载31-ref/32-ref可以被实现为并被配置为使得振荡器23和基准负载31-ref/32-ref的组合提供满足相关RFID规范所要求的在宽的振荡频率范围内操作的需求的RFID标签操作。例如，振荡器23和基准负载31-ref/32-ref的组合可以被实现为RC振荡器或环形振荡器，其可以容易地集成在集成芯片上。基准负载31-ref/32-ref可以既包括基准谐振器21-ref又包括相关的传感器，例如温度传感器。例如，振荡器23和基准负载31-ref/32-ref的组合可以在读取器11对读取范围内的无源无线传感器标签进行盘存并采集传感器标签特定信息时与读取器11的初始通信期间使用，或者在校准过程期间使用。振荡器23和基准负载31-ref/32-ref的组合可以针对其目的进行优化，并且使得标签能够在由读取器所使用的任何载波振荡频率下充分地响应于读取器指令。实际的谐振器或多个谐振器31以及传感器或多个传感器32可以对于感测被配置或优化，并且因此可能不那么适于与读取器11的初始通信或握手。这也适用于传感器特定的谐振器31。因此，有利的是，仅使用实际的传感器或多个传感器32或者谐振器或多个谐振器31与振荡器23来传输感测的值；例如，在初始通信之后，当无源无线传感器标签10已经准备好和/或被命令来发送实际的传感器值的时候。

[0083] 在一个实施例中，除了振荡器23之外，可以提供基准振荡器23-ref。基准振荡器23-ref可以被配置为取代振荡器23来操作，从而以与上面针对振荡器23和基准负载31-ref/32-ref的组合所解释的相似的方式来满足RFID规范。然而，使用可以选择性地连接至基准负载31-ref/32-ref和实际谐振器31或传感器32的一个振荡器23可以实现RFID芯片的更小的尺寸和制造成本。

[0084] 如上所述，传统的RFID传感器标签将传感器测量数据作为以固定的(在容差之内)振荡频率次载波调制的数字值来传输，例如，利用二进制移相键控(BPSK)或幅移键控(ASK)来调制。因此，由于温度导致的可能的振荡频率偏移对传输的传感器值不产生影响。仅感测元件自身，例如压力传感器，可能在制造或使用的过程中需要校准，例如在US2011/0301903中所提出的。

[0085] 在本发明的实施例中，振荡频率fosc利用频率取决于感测的值(例如压力)而改变的振荡器来产生。感测值(例如压力值)的变化导致振荡频率fosc的变化。如果振荡频率也由于振荡器23的温度依赖性而偏移或改变，则接收到的振荡频率将具有误差，因此由读取器检测到的感测值将具有误差。因此，出于精确性考虑，区分由实际感测量的变化导致的振荡频率变化与由振荡器的温度依赖性导致的振荡频率变化是重要的。调制频率fosc的温度依赖性的示例在图3B中示出，并将在下面进行描述。

[0086] 因此，根据本发明的又一方面，作为其他用途的替代或补充，基准振荡器23-ref或基准负载31-ref/32-ref可以被用于温度补偿。例如，与基准负载31-ref/32-ref一起使用的振荡器23的振荡频率fosc的温度依赖性可以被预先定义或知晓，因此由于振荡频率fosc仅受温度影响，所以可以通过振荡器23的振荡频率fosc来确定无源无线传感器标签的温度。然后，读取器11可以利用获取的温度信息来进行标签的温度补偿和/或校准，具体地，对振荡器23与实际谐振器31、实际传感器32、或一对谐振器31和传感器元件32一起使用时的振荡频率fosc进行温度补偿和/或校准。否则，可能不能够精确地消除温度对感测量的值造成的影响。

[0087] 根据本发明的一个方面，可选地，可以具有装置39，以选择性地一次一个地连接基准负载31-ref/32-ref、传感器32、或一对谐振器31和传感器元件32，以对振荡器23施加负载，使得从振荡器23输出的调制频率取决于传感器元件32的预定变量的感测值。相似地，装置39可以被布置为在使用振荡器23与基准振荡器23-ref之间切换。连接有基准振荡器23-ref或基准负载31-ref/32-ref的振荡器模式可以是传感器选择器39在开始阶段的缺省配制。选择装置39的示例及其控制将在下面给出。

[0088] 图2C示出了根据本发明一方面的无源无线传感器标签的另一示例性布局。在该示例性实施例中，无源无线传感器标签10可以分别设置有一个或更多个传感器元件32-1、32-3、32-3，和/或一对或更多对的调谐谐振器31-1、31-2、31-3和传感器元件32-1、32-2、32-3。
另外，谐振器可以与分立组件(例如线圈和电容器)结合。如果需要大的电感值，这可能是需要的。每个传感器元件或者每对调谐谐振器和传感器元件可以被制造在分开的专用晶圆28上，这提供了上面描述的优点。另外，根据当前涉及的应用的需求，容易地使无源无线传感器标签具有不同数量和不同组合的感测量。代替内置传感器元件或一对谐振器和传感器元件，或除了内置传感器元件或一对谐振器和传感器元件以外，外部传感器元件(未示出)可以是通过连接端子40可连接的。这种外部传感器元件可以是例如阀门的位置传感器。还可以具有针对外部传感器元件进行调谐的谐振器31-ext。除了可以具有用于选择性地一次一个地连接传感器元件和/或成对的谐振器和传感器元件来对振荡器23施加负载，使得从振荡器23输出的调制频率取决于传感器元件32的预定变量的感测值之外，晶圆37上的组件可以与参照图2B示出的组件相似。换言之，一个传感器元件或一对谐振器和传感器元件可以被选择，以一次性地对振荡器施加负载并因此影响振荡频率。按这种方式，传感器可以被配备有多个传感器元件，该多个传感器元件可以被独立地读取。例如，无线传感器标签可以包括传感器元件选择器39，例如切换电路或模拟多路复用器，被配置为选择性地将一个传感器元件和/或谐振器-传感器元件对连接至振荡器23，并使其余的传感器元件和/或谐振器-传感器元件对与振荡器23断开。可以根据预定的顺序来进行这种选择性的使能、切换或连接。可选择地，读取器装置可以向无线传感器标签发送指令，以指示哪个传感器元件32-1、
32-2、32-N被激活或接通。例如，逻辑器26可以接收来自读取器的选择或激活指令，并据此控制选择器39。

[0089] 在图2D中示出的无源无线传感器的又一个示例性布局中，形成在半导体衬底(例如硅衬底)或芯片36上的RFID芯片的尺寸以及由此其制造成本被进一步降低。图2D中与图2A、图2B和图2C中相同的标号可以表示相似的功能和结构。图2D中示出的主要电路与图2A和图2B中示出的电路的不同之处在于，在集成RFID标签芯片36上可以不实施内部传感器(除了可能的用于温度补偿目的的温度传感器或谐振器之外)。集成RFID标签芯片36包括连接端子41A、41B、42A和42B，一个或多个外部传感器32或成对的外部谐振器31-1和传感器
32-1能够连接到连接端子41A、41B、42A和42B。集成RFID芯片36优选地为通用芯片，其可以仅包括用于实现本发明各方面的所有感测应用所共有的功能和结构。这样的功能和结构至少包括：时钟发生器或振荡器23，其频率输出取决于感测到的值，即，感测量的值的范围被映射至标签的振荡频率范围；基准负载，例如基准谐振器31-ref；选择性地一次一个地切换基准负载31-ref、谐振器、传感器32或成对的谐振器和传感器元件的装置，以对振荡器施加负载；以及存储器27，存储频率相关性信息。

[0090] 集成RFID标签芯片36还可以包括一个或更多个内部谐振器31。例如，可以连接共用电容传感器来使用内部芯片谐振器31。另一方面，外部谐振器31-1能够更容易地实施为较大尺寸的组件，例如具有大的电容器和/或外部线圈的LC谐振器。LC谐振器使得具有更精确的传感器和更远的读取范围。外部谐振器和传感器可以彼此匹配。

[0091] 图2E示出了根据本发明一方面的无源无线传感器标签的又一示例性布局。在图2E中和图2A、2B、2C和2D中相同的标号可以表示相似的功能和结构。在本示例性实施例中，无源无线传感器标签10可以设置有多个振荡器。可以如关于本发明的各个实施例所讨论的那样设置基准振荡器23-ref。振荡器核心23’包括适于与连接到连接端子41A和41B的成对的外部谐振器31-1和传感器32-1的外部对一起操作的振荡器配置。基本地，振荡器核心23’是包括在参照这里的图2A、2B、2C和2D讨论的时钟发生器块23中的振荡器23，或者与该振荡器23相似。振荡器23-1包括适于与连接到连接端子42A和42B的外部传感器32一起操作的振荡器配置。基本地，振荡器23-1是与参照这里的图2A、2B、2C和2D讨论的时钟发生器块23中的振荡器23结合的谐振器31，或者与振荡器23和谐振器31的结合相似。

[0092] 图2F示出了示例性无源RFID标签，其可以包括设置在公共载体衬底45上的根据本发明各方面的RFID芯片36、外部天线21、以及外部谐振器31-1和/或外部传感器32-1。例如，天线21和外部谐振器/传感器31/32可以通过印刷导电布线或者MEMS装置来制造在衬底上。RFID芯片36可以通过各个端子或连接器41或42连接到天线21和谐振器/传感器31/32。

[0093] 根据本发明的一个方面，根据本发明第一方面的无源无线传感器包括关于特定无线传感器标签中可用的传感器功能的信息。这样的信息可以包括例如：传感器标签中可用的传感器元件(或传感器节点简档)，从传感器元件获得实际传感器值所需进行的计算或过程，询问每个传感器元件所需的时间，传感器元件值范围，关于传感器元件值的缩放的信息，传感器元件值的单位，校准信息，温度补偿信息等。传感器节点简档可以被定义为指示无线传感器标签中的传感器元件的类型，无线传感器标签可以在存储器26中存储传感器节点简档标识符。因此，可以减少反向散射传感器信息的量，并且读取器可以利用传感器节点简档来获得更具体的信息。

[0094] 本发明的一个方面是根据本发明的另一方面的用于无源无线传感器的读取器。通常，RFID读取器是专门的无线电发射器和接收器。与所有这样的设备一样，读取器必须以载波频率fCW(例如，对于典型的UHF设备大约为800-950MHz)产生信号，并调制该载波信号以将信息传送到标签。对于无源标签，读取器可以用能量给标签赋能，接收结果，并频繁处理允许读取器一次读取多于一个标签的低级抗冲突算法。在简单的RFID系统中，读取器的RF信号是连续波(CW)信号或脉冲开关信号；在更复杂的系统中，读取器的RF信号可以包含对标签的命令、读取或写入标签的存储器的指令。读取器11可以选择性地接收和放大来自标签的响应，并且将来自载波频率的信号向下转换为包含在接收信号中的信息的低得多的频率特性。

[0095] 图4中示出了示例性RFID读取器的一般框图。RFID读取器11可以包括两个主要部分：射频(RF)前端40和数字控制部41。射频(RF)前端40用于RF信号发送和接收。RF前端40可以包括两个单独的信号路径，以对应于来自和到达RFID传感器10的两个定向数据流。调制器401可以用来自数字控制部41的Tx数据(诸如命令)来调制本地振荡器信号(RF载波信号，信号fCW)，调制信号被功率放大器402放大，并且放大的信号、即RF功率(有效各向同性辐射功率，EIRP)和可能的读取器命令经由天线ANT发射到位于读取区域或询问区域内的传感器10。接收器经由天线ANT从传感器10接收模拟反向散射信号。定向耦合器或循环器403将去往传感器10的放大的发射信号与从传感器10接收的弱反向散射信号fcw±fosc分离开。接收的反向散射信号是弱的，并且可以提供低噪声放大器，以便在解调器404中解调信号之前和之后增加接收信号的幅度。然后，解调器404可以将解调的接收信号RX数据发送到数字控制部41。当解调从应答器或标签10接收的数据时，可以使用不同的解调技术。在RFID系统中使用的调制和解调技术的示例包括二进制相移键控(BPSK)和幅移键控(ASK)。读取器天线ANT的辐射强度确定询问范围和区域。根据RFID系统的应用，RFID读取器可以以不同的方式设计，其中天线的谐振频率、增益、方向性和辐射图案可以变化。

[0096] RFID读取器11的控制部41可以对来自RFID标签的接收(Rx)数据执行数字信号处理和过程。此外，控制部41可以使得读取器能够通过执行调制、防冲突过程和对从RFID标签10接收的数据进行解码来无线地与RFID标签通信。该数据通常用于询问标签(读取)或重新编程标签(写入)。控制部41(例如微处理器)通常可以包括：数字信号处理(DSP)块410，存储器块412，编码器块414，解码器块413和通信接口块415。控制部41可以从RF前端40接收所接收的解调信号，并将其转换为等效数字信号。解码器413然后可以将所接收的信号解码成Rx数据，并且DSP 411可以对Rx数据执行数据处理。存储器块412可以存储各种数据，诸如询问的Rx数据，读取器的配置参数，传感器专用的参数等。在控制部41想要向询问区中的一个特定标签或所有标签10发出消息或命令时，控制部41的编码器413可以对Tx数据进行编码，并将编码的数据输出到RF前端40以调制载波信号。此外，控制部41可以例如通过控制功率放大器402的增益，来控制RF前端40的RF发射功率。可以以载波频率fcw(使用适当的调制技术)从无线RFID传感器或标签10接收所有标准RFID数字通信，并且用解调器404和解码器
413处理所有标准RFID数字通信。所有常用的RFID功能可以用商业RFID读取器实现，例如来自ThingMagic的Mercury6e(M6e)嵌入式UHF RFID读取器模块。

[0097] 如上所述，在根据本发明第一方面的无源无线传感器中，无线传感器的振荡频率fosc可以取决于测量量或对测量量敏感。换句话说，fosc与每个特定时刻的感测量成比例。再如上所述，接收的反向散射信号由fosc调制，即接收的反向散射信号具有频率fcw±fosc。边频带从载波fcw偏离振荡频率fosc，如图3A所示。

[0098] 根据本发明的一个方面，读取器11可以布置成基于瞬时振荡频率f OSC来检测感测量的值。因此，读取实际传感器值不需要访问命令或读取标签存储器。例如，可以提供频率fosc获取实体405以从所接收的反向散射信号导出fosc或表示fosc的参数。该信息可以进一步提供给控制部41，如信号416所示。实体405可以可选地导出和提供关于所接收的反向散射信号的进一步信息，诸如接收信号电平、接收信号的信号/噪声比(SNR)等。fosc实体可以例如包括下混频器，其中接收信号fcw±fosc与载波fcw混频，从而获得振荡频率信号fosc。然后可以以合适的方式测量频率foffset，例如用频率计数法。fosc也可以直接从接收信号中检测，例如通过确定fcw和fcw±fosc之间的频移，频移与fosc之间的振荡频率成比例。可以使用任何合适的信号电平检测器来确定接收信号电平。信号电平信息已经在许多商业RFID读取器中可得。

[0099] 在示例性实施例中，读取器还可以设置有用于接收的传感器值的温度补偿的温度传感器元件417，如将在下面的进一步示例中所描述。

[0100] 通信接口使得读取器11能够使用适当的连接和适当的协议(诸如OPC(用于过程控制的OLE(对象链接和嵌入))与诸如主计算机或软件应用43之类的上层系统通信。例如，读取器可以使用诸如RS-228或USB串行连接之类的串行连接物理地连接到主计算机。作为另一示例，读取器可以经由有线或无线网络连接到主计算机43或本地服务器，由此读取器表现得像标准网络设备，并且不需要具体知晓硬件和系统配置。RFID读取器可以支持多种网络协议，例如以太网、TCP/IP、UDP/IP、HTTP、LAN、WLAN等。主机43或服务器通常可以服务于两个主要功能。第一，它从读取器接收数据并且执行诸如过滤和整理的数据处理。第二，它作为设备监视器，确保读取器正常、安全并依最新的指示运行。RFID读取器还可以包括电源44。电源44例如可以是连接到电力网络的适当的AC/DC适配器，或电池电源。

[0101] 根据本发明的一个方面，读取器11被布置为将传感器标签响应的传感器调制频率转换为测量值。应当理解，所接收的fosc的信息或表示它的参数通常是不够的，而控制部11可能需要关于所涉及的RFID传感器的进一步信息。通常，读取器必须知道调制频率和传感器值之间的相关性。控制部41可以使用调制频率-传感器值相关信息来导出感测量的实际值。读取器可能进一步需要关于例如所需的校准操作、所需的计算、传感器标签中可用的传感器元件、询问每个传感器元件所需的时间等的信息。用以将传感器频率调制响应转换为测量值的信息可以包括例如传感器范围、关于缩放的信息、测量单位、校准信息、温度补偿信息等。如本文所使用的，任何组合中的所有这样的信息被称为频率-传感器值相关信息。

[0102] 应当理解，根据本发明实施例的自适应读取器可以用具有足够计算能力的RFID读取器来实现，如本文的示例实施例所示，或者可以利用连接到执行至少部分所需计算的远程或本地计算设备(诸如PC)的RFID读取器来实现。RFID可以向计算设备提供该计算设备可以调用的专用功能接口。例如，读取器可以是“哑”设备，其提供RFID收发器特征，并且将调制频率信息转发到进行到感测值的转换的另一计算设备。到标签的所有命令和对来自标签的响应的处理可以由其他计算设备处理。

[0103] 调制频率-传感器值相关性的示例在图3B和图3C中示出。在图3B所示的示例中，相关曲线+20℃代表当标称调制频率fosc是256kHz时，在温度+20℃(标签的工作温度)时，以调制频率fosc的函数表示压力传感器的压力值(mBar)。针对温度-40℃、-20℃、+40℃和+65℃示出了类似的相关曲线，以便展示频率的可能的温度依赖性。在所示的示例中，感测的压力值被映射到在标称fosc 256kHz以上+2……+25kHz的频率范围，即映射到258-281kHz的范围。还定义了所感测的主操作水平(压力)在990mBar和1010mBar之间。在图3C所示的示例中，当标称调制频率fosc为640kHz时，相关曲线以调制频率fosc的函数来表示气体传感器的压力值(mBar)。在所示示例中，感测的压力值被映射到在标称fosc 640kHz以上+22……+64kHz的频率范围，即映射到663-704kHz的范围。还定义所感测的主操作水平(压力)为约
300mBar。在图3D中示出了可以为具有两个传感器1和2的RFID传感器标签提供或存储的示例性传感器配置信息或频率-传感器值相关性信息。传感器1可以类似于具有图3B所示的相关数据的传感器，并且传感器2可以类似于具有图3C所示的相关数据的传感器。应当理解，所示的传感器参数和数据以及数据结构仅是非限制性示例。

[0104] 使用根据本发明某些方面的无源无线传感器和可选地使用根据本发明某些方面的读取器，无源无线传感器的读取距离可以增加到几米，达到房间尺度。增加的读取距离使得可以用同一个读取器读取多个无源无线传感器(位于增大的读取范围内)。多个无线传感器可以具有不同类型的感测元件、不同的读取周期、不同的传感器值格式/范围、不同的温度补偿设置、不同的校准设置、或其他传感器专用的参数、特性或配置。在单个无源无线传感器中还可以存在具有不同配置和参数的若干传感器元件。尽管UHF RFID技术(例如标准的1类2代(Class-1Gen-2)抗冲突)例如已经解决了涉及多个无线标签读取的大多数问题，但是仍需提供用于管理和读取具有不同传感器特性的多个无源无线传感器的方法、规程和设置。

[0105] 本发明的一个方面是用于管理和询问具有不同传感器特性的多个无源无线传感器的方法和装置。

[0106] 根据本发明的一个方面，频率-传感器值相关性信息可以存储在RFID传感器标签10的非易失性存储器中。例如，频率-传感器值相关性信息可以存储在RFID传感器标签的存储器中分配用于制造专有数据的存储器位置中，例如存储在ISO 18000-6C中定义的“制造商记录块”中。

[0107] 根据本发明的一个方面，除了在RFID传感器标签中的信息存储之外或者代替在RFID传感器标签中的信息存储，频率-传感器值相关性信息可以存储在除了RFID传感器标签之外的位置中。图5示出了在几个不同位置上存储频率-传感器值相关表的示例。例如，频率-传感器值相关性信息可以存储在读取器11、主机43中，在可以被许多读取器使用的本地服务器上，和/或在远程服务器上，在可以被全球多个读取器使用的云端中或因特网上。在一个实施例中，存储在除RFID传感器标签之外的位置中的相关性信息可以与诸如EPC的RFID标签的唯一标识符相关联，使得可以区分每个单独的RFID传感器标签。在一个实施例中，存储在除RFID传感器标签之外的位置中的相关性信息可以与传感器的类型相关联。

[0108] 根据本发明的一个方面，频率-传感器值相关性信息可以在读取器的安装和配置期间存储在读取器中。在识别出标签或识别出传感器类型(例如，读取标签EPC)之前，频率-传感器值相关性信息可能不可用于RFID传感器标签。在识别标签或传感器类型之前，读取器可能不具有关于特定RFID传感器标签的频率-传感器值相关性的任何信息或任何准确的信息。

[0109] 根据本发明的一个方面，频率-传感器值相关性信息的拷贝可以在从RFID传感器标签读取了相关性信息时存储在读取器中。在识别标签(例如，读取标签EPC)之后，可以从RFID传感器标签的存储器读取频率-传感器值相关性信息。在从标签读取相关性信息之前，读取器可能不具有关于特定RFID传感器标签的频率-传感器值相关性的任何信息或任何准确信息。

[0110] 根据本发明的一个方面，读取器11可以从除了RFID传感器标签之外的位置(例如，从服务器、云端或互联网)获取(retrieve)频率-传感器值相关性信息的副本。读取器可以基于标签的唯一标识符(例如标签EPC)来获取特定RFID传感器标签的频率-传感器值相关性信息的副本。在实施例中，读取器可以基于对读取范围中的RFID标签中的传感器元件类型的了解来获取频率-传感器值相关性信息的副本。在识别标签或传感器的类型(例如，读取标签EPC)之前，频率-传感器值相关性信息可能不能用于特定的RFID传感器标签，或者对于特定的RFID传感器标签不可获取。在识别标签或传感器的类型之前，读取器可不具有关于特定RFID传感器标签的频率-传感器值相关性的任何信息或任何准确信息。

[0111] 根据本发明的一个方面，永久存储在RFID传感器标签中的频率-传感器值相关性信息可以从标签被采集(复制)到读取器、主机43或服务器，使得当特定RFID传感器标签被重新盘存时，可能不需要从标签重新读取该相关性信息。当在系统中局部地或全局地首次盘存标签时，可以仅一次从标签读取相关性信息并将其存储在系统中。之后，在再次盘存中找到特定标签的读取器可以从系统中的另一位置获取该相关性信息。因此，减少了通过无线电接口传送的信令和数据，这导致更快的操作和功率节省。此外，系统中的标签的支配和管理将被自动化。

[0112] 本发明的一个方面是用于控制和询问具有不同传感器特性的多个无源无线传感器的方法和装置。在一般水平上，SRFID读取器握手方法被设计为提供根据本发明某些方面的SRFID读取器11和根据本发明某些方面的无源无线传感器10的容易握手。每个无源无线SRFID传感器10可以具有例如如上所示的多个传感器元件32。基本上，无源SRFID传感器节点10仅仅是附接有传感器元件的RFID标签。一旦一些智能被附加到握手，它们就变成“聪明”的设备。我们可以将大量信息存储到设备中，而不是仅询问无源RFID传感器和读取“哑”传感器值。该信息可以提供用于获得实际测量值的方法。此外，我们可以使用不同的方法经由测量来补偿温度问题。

[0113] 图6中示出了读取器11和三个无源无线传感器10-1、10-2和10-3的示例设置。每个无源无线传感器10-1、10-2和10-3可以具有一个或多个传感器元件32。在示例性设置中，第一无源无线传感器10-1包括压力传感器元件P和温度传感器元件T；第二无源无线传感器10-2包括湿度传感器元件H和温度传感器元件T；并且第三无源无线传感器10-3仅包括单个传感器元件，即质量传感器Q。通常，温度传感器T可以用于补偿各无线传感器10中其他传感器元件或谐振器的温度依赖性，否则该温度依赖性将会对测量造成歪曲。

[0114] 标签10和读取器11(也称为询问器)之间的所有通信完全通过有时被称为空中接口的无线链路发生。通过在两个设备之间发送和接收的命令序列(称为盘存周期)，RFID读取器11可以识别诸如电子产品代码(EPC)之类的RFID标签的标识符代码。对于无源标签，基本思想是读取器使用查询命令启动盘存周期。查询命令实质上“唤醒”标签，标签用适当的信息进行响应。根据ISO 18000-6C标准(EPC全球协议2代)，RFID标签被设计为以握手方式用预定响应对预定命令进行响应，如图6中大体所示。RFID Q协议(标准的1类2代防冲突)协议被定义用于标签竞争控制，例如控制标签对读取器11作出响应的时间和频率。

[0115] 一旦标签10进入读取器11的RF场，它就改变到就绪状态并接受选择命令。选择命令被发送到所有标签，以通知每个标签是否要参与接下来的盘存处理。多个选择命令可用于精确定义要作出响应的标签。读取器11和标签10之间的所有交换从一个或多个选择命令开始。标签不响应选择命令。现在，盘存组的命令可以用于启动单个化过程，其中每个单独的标签被识别和处理。每个盘存周期从正在广播的查询命令开始-该命令传递Q值(0到15)，每个标签10由Q值生成范围(0,2Q-1)中的间隙(slot)计数器数字。大多数读取器根据该场中标签的数量动态地调整Q值，从而增加潜在的读取速率。如果标签生成间隙计数器值为零，则允许通过发送16位随机数RN16并同时转换到回复状态来进行回复。其他标签将状态更改为仲裁并等待。如果来自标签10的RN16响应被成功接收，则读取器通过发送ACK命令以及相同的16位随机数来回复。此响应现在允许标签10发送回其标签ID、电子产品代码(EPC)、16位错误校验CRC16以及一些协议控制位PC数据，并将状态改变为已确认。PC位提供存储在标签中的EPC的长度，以及与编号系统及可选地与附加标签的对象的类型(应用族标识符(AFI))有关的一些信息。

[0116] 如果需要对标签10执行进一步的操作，并且标签10已经返回其EPC号并且处于已确认状态，则读取器11发送访问(Access)命令以将标签10转变为开放(或安全)状态，从而允许诸如读取、写入、锁定和消除(KILL)等操作。读取操作用于从标签10的存储器读取单个或多个数据块。写入操作用于将单个或多个数据块写入标签10的存储器。

[0117] 根据本发明的一个方面，如果频率相关性信息存储在标签10中，并且频率相关性信息尚未从标签10采集和/或尚未存储在读取器10中或网络中的另一位置上(参见图6)，则读取器11可以使用访问命令(在图7中的点A)查询相关性信息。还可以进行该附加访问以验证标签当前正在使用多传感器标签的哪个传感器。

[0118] 根据本发明的一个方面，如果频率相关性信息没有存储在标签10中，而是存储在读取器中或在网络中的另一个位置上，或者频率相关性信息已经从标签10中采集并且已经存储在读取器中10或在网络中的另一位置(参见图6)，一旦已经接收到(PC，EPC，CRC16)响应(在图7中的点B)，则读取器11可以使用EPC来获得标签10的正确的相关性信息。因此，为此目的可能不需要访问命令或读取标签存储器。

[0119] ISO 18000-6C标准定义RFID标签应支持40-640kHz调制频率范围。该频率在反向散射期间具有±2.5％的容差。调制频率fosc的允许±2.5％变化可能对于传输传感器值而言是过小的频率范围：传感器值范围应映射到允许的频率容差范围内的调制频率，例如，传感器读数被调制到250kHz±2.5％＝241.75-256.25kHz。读取器11可能不能以足够的分辨率正确地检测频率并从而检测传感器值。例如，图3B中所示的示例性调制频率-传感器值相关性将不在该允许的频率容差范围内。

[0120] 然而，在反向散射之前允许的基本频率容差高得多。根据选定的链路频率、即选择的标称调制频率，容差可以是：640kHz为±15％，320kHz为±10％，256kHz为±10％，40kHz为±4％。换句话说，标签10被允许以具有较高容差的调制频率来响应RN16，读取器11被锁定到该调制频率，并且标签调制频率被允许在剩余会话期间从锁定调制频率仅变化±2.5％。

[0121] 根据本发明的一个方面，在与传感器标签11的一个会话期间，可以仅获得调制频率的一个值，从而获得标签的当前传感器值。在读取用于相同的感测元件或另一感测元件的新值之前，释放与标签的会话，使得调制频率可以改变以对应于新的感测值。

[0122] 例如，调制频率以及由此标签的当前传感器值可以已经在RFID读取器的锁定阶段被读取，例如从RN16回复(在图7中的点C)，或者在频率锁定之后从接收到的(PC，EPC，CRC16)响应(图7中的点B)。调制频率以及由此标签的当前传感器值也可以稍后在相同的会话期间进行，例如，在图7中的访问点A处，但是调制频率和感测值是(应当是)不变的。传感器值范围被映射到允许的频率容差范围内的调制频率，例如，传感器读数被调制为250kHz±10％＝225-275kHz。图3B中示出的示例性调制频率-传感器值相关性也将落在该允许的频率容差范围内。

[0123] 标签10可以是包括两个或更多个传感器的多传感器标签。一个标签10中的多个传感器可能需要额外的操作。当读取器11查询多传感器标签10时，其可能不知道多个传感器中的哪一个正在调制标签的反向散射信号。可以进行附加访问(图7中的点A)以验证标签当前正在使用多传感器标签的哪个传感器。在一个实施例中，可以默认，特定类型的传感器(例如温度补偿传感器或基准传感器)总是第一个响应的传感器。根据本发明的一个方面，读取器11可以发送命令以激活多传感器标签10中的特定传感器。在实施例中，读取器11可以使用查询命令来激活多传感器标签10中的特定传感器。例如，ISO 18000-6C标准在查询命令中提供附加位，以用于激活带有传感器的标签。在本案中，可以使用这些位来激活标签10中的特定传感器。只有2位可用，因此我们可以使用这种方法在标签10内激活最多3个不同的传感器。这种方法需要预先知晓哪个传感器将由哪些位激活，例如，将预定的2位模式分配给各传感器。该信息可以存储在读取器中或网络的一些其它位置上，用于所有可用的传感器标签。在实施例中，可以为特定类型的缺省传感器(例如温度补偿传感器或基准传感器)保留预定的位模式。作为另一示例，ISO 18000-6C标准提供了应对传感器(HandleSensor)，其可以携带任何用户命令，例如，用于激活带有传感器的标签。

[0124] 由于感测值的传输是基于标签到询问器调制频率，所以在正常会话期间，由于允许用于调制的±2.5％的最大变化，我们不能改变调制频率。因此，在同一会话期间改变标签10的传感器并读取标签的多个传感器可能导致比所允许的更大的调制频率变化。

[0125] 根据本发明的一个方面，多传感器标签10的传感器在先前的读出周期期间被改变，然后标签被释放(会话结束)一段时间，以便用取决于新传感器的新调制频率fosc重新寻找。换句话说，可以在利用当前活动的传感器执行的当前盘存周期或查询期间预先选择用于下一盘存周期或查询的新传感器，如图8A和图8B所示的示例中所示。

[0126] 更改传感器或振荡器的实际过程并不重要。来自读取器11的激活或询问命令可以直接访问控制所需传感器元件的选择和激活的存储器位置或寄存器，例如，图2B和图2C中所示的传感器选择器39的控制寄存器(例如，用写入命令)。作为另一个示例，来自读取器的命令可以命令RFID逻辑器26进行必要的激活操作。例如，应对传感器命令可以用于命令标签10。标签10可以被配置为操作，使得下一次发生新的盘存时，新的传感器成为振荡器的一部分。例如，振荡器的改变可以是立即的，这可能导致调制频率的超过±2.5％的变化，并且因此允许读取器丢弃会话。作为另一示例，传感器的改变被推迟为在传感器改变到就绪或仲裁状态之后发生。

[0127] 本发明的一个方面是传感器测量的温度补偿，以便消除感测量的值中的温度影响。在图7的示例中，传感器标签10-1和10-2设置有用于温度补偿目的的温度传感器T。温度感测能力可以设有基准谐振器，例如图2C和图2D中所示的基准谐振器31-ref，和/或设有其相关联的温度传感器。

[0128] 根据本发明的一个方面，在具有集成温度感测能力的传感器标签的情况下，标签还可以设置有补偿振荡器的温度依赖性的内部温度补偿。

[0129] 根据本发明的一个方面，在具有集成的温度感测能力的传感器标签(除了实际的传感器元件例如压力传感器之外)的情况下，可以首先询问温度值，因为它用于读取器11中实际传感器值的转换。

[0130] 根据本发明的一个方面，读取器11可以包括用于温度补偿目的的温度传感器元件，例如图4中所示的温度传感器417。读取器11中的温度感测替代在传感器标签中实现温度感测，导致传感器标签的尺寸和成本的节省。它还使温度补偿可用于所有类型的传感器标签。如果传感器标签具有集成的温度感测能力，则读取器11可以忽略其自身的温度测量，或者可以将温度值与从传感器标签询问的温度值进行比较，例如用以验证所询问的温度值的有效性。

[0131] 本发明的一个方面是读取器11对传感器标签10的校准。读取器11可以在例如从参考测量已知实际正确值的情况下，多次询问传感器标签10中的传感器元件32的测量值。在校准期间可以改变实际测量量，使得对于几个不同的测量来存储测量值。可以确定询问值和已知实际值之间的相关性或误差，并且可以定义校准参数以校正询问值。校准参数可以存储在读取器11内和/或转发到某个主机43或服务器。传感器标签11的校准可能总是需要借助于读取器11。

[0132] 根据本发明的一个方面，校准信息也存储在传感器标签中。这允许传感器标签从一个读取器11的范围漫游到另一个读取器的范围。校准信息可以在新读取器11的握手期间被查询，并且新读取器可以不需要重复已经由先前读取器执行的校准过程。

[0133] 根据本发明的一个方面，传感器标签10可以提供预处理的值作为传感器值。例如，传感器标签10可以提供在测量量中是否满足特定标准的指示作为传感器值。例如，具有气体泄漏传感器元件的传感器标签可以仅给出所监测的周围气体的开/关指示。这种开/关信号可以比具有精确测量值的信号达到更长的距离。读取器11可以在握手期间查询或设置触发标准或限制值。

[0134] 对本领域技术人员显而易见的是，本发明构思可以以各种明显的替代方式实现。本发明及其实施例不限于上述示例，而是可以在权利要求的范围内变化。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种基于RFID集群内部导航定位系统、方法	2020-05-08	288
一种自动驾驶汽车多车同步运行控制方法	2020-05-08	519
一种基于物联网的智能包装盒	2020-05-08	411
基于物联网的林业有害生物防治监测信息系统及实现方法	2020-05-11	289
一种基于RFID技术的AGV盘点仓库托盘的方法	2020-05-11	804
便携式智能扭力测试系统及测试流程	2020-05-11	565
一种基于RFID的医院用品分发追踪系统	2020-05-11	863
基于物联网带有蓝牙语音和照明的防辐射的智能安全帽	2020-05-11	64
一种基于RFID无线视频技术的智慧存储系统	2020-05-08	717
一种基于低功耗双频RFID电子标签的物品管理系统	2020-05-08	405

无源RFID传感器标签以及RFID读取器

无源RFID传感器标签以及RFID读取器

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：

无源RFID 传感器标签以及RFID读取器