專利名稱：金屬屏蔽的電子標(biāo)簽系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于通過(guò)使用可電子詢問(wèn)的編碼標(biāo)簽而進(jìn)行物體的遠(yuǎn)端識(shí)別或遙測(cè)物體或從物體進(jìn)行遙測(cè)的系統(tǒng)。具體地，本發(fā)明涉及在倉(cāng)庫(kù)或在貨物運(yùn)輸系統(tǒng)中用于自動(dòng)識(shí)別物品的系統(tǒng)，其中被稱為詢問(wèn)器的電子子系統(tǒng)包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)物品通過(guò)分類操作被處理，或這些物品在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)被堆疊、盤存或收集，或它們?cè)谳斔拖到y(tǒng)內(nèi)被移動(dòng)時(shí)，該電子子系統(tǒng)通過(guò)電磁方法從被附著在物品上或在這樣的物品的載體上的電子編碼標(biāo)簽提取有用的信息。雖然在這里首先參照航空貨運(yùn)操作描述本發(fā)明，但將會(huì)看到，本發(fā)明并不因此而限于這樣的應(yīng)用。因此，本發(fā)明的識(shí)別或遙測(cè)系統(tǒng)總的可以應(yīng)用于物體識(shí)別操作。例如，本發(fā)明可以應(yīng)用于石油鉆探工業(yè)，用于在使用組成所謂鉆柱的分開的部件中加標(biāo)簽和識(shí)別。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，它包括至少一個(gè)承載信息的電子編碼標(biāo)簽；包括發(fā)射機(jī)線圈和接收機(jī)線圈的詢問(wèn)器；包含所述發(fā)射機(jī)線圈和所述接收機(jī)線圈的磁場(chǎng)耦合鏈路，用于獲得來(lái)自所述標(biāo)簽的信息；其中耦合鏈路被安排成使得它作用在其近場(chǎng)，以及其中在激勵(lì)所述接收機(jī)線圈的磁通中幾乎沒(méi)有或至多有少量磁通也鏈接所述發(fā)射機(jī)線圈。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了在金屬物體附近使用的電子編碼標(biāo)簽，其中所述電子標(biāo)簽被安放在所述金屬物體的縫隙中。
按照本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供了從靠近金屬物體的電子標(biāo)簽處獲得信息的方法，所述方法包括以下步驟提供包含發(fā)射機(jī)線圈和接收機(jī)線圈的詢問(wèn)器；提供包含所述發(fā)射機(jī)線圈和所述接收機(jī)線圈的磁場(chǎng)耦合鏈路，用于從所述標(biāo)簽獲得信息；以及安排所述耦合鏈路，以使得它在其近場(chǎng)中作用，以及其中在激勵(lì)所述接收機(jī)線圈的磁通中幾乎沒(méi)有或至多有少量磁通也鏈接所述發(fā)射機(jī)線圈。
現(xiàn)在參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中

圖1顯示本發(fā)明所涉及的系統(tǒng)的簡(jiǎn)化圖；圖2顯示在詢問(wèn)器天線與標(biāo)簽接收天線之間的相互作用；圖3顯示在存在金屬板時(shí)的詢問(wèn)器天線與標(biāo)簽接收天線；圖4顯示在存在金屬板時(shí)詢問(wèn)器天線與標(biāo)簽接收天線之間的相互作用；圖5類似于圖4，但顯示表面電流密度和磁場(chǎng)；圖6A顯示確定表面電流的一個(gè)方法；圖6B顯示確定表面電流的另一個(gè)方法；圖6C顯示確定表面電流的再一個(gè)方法；圖6D顯示確定表面電流的又一個(gè)方法；圖7A顯示標(biāo)準(zhǔn)航空貨架的截面圖；圖7B顯示圖7A上的航空貨架的平面圖；圖8A顯示圖7A的一段航空貨架的圖；圖8B顯示與圖8A的航空貨架有關(guān)的磁力線的方向；圖9A顯示石油工業(yè)中使用的鉆柱；圖9B顯示圖9A的鉆柱的一個(gè)截面圖以及相關(guān)的磁力線；圖9C顯示圖9A的鉆柱的另一個(gè)截面圖以及相關(guān)的磁力線；圖9D顯示圖9A的鉆柱的再一個(gè)截面圖以及相關(guān)的磁力線；圖9E顯示帶有出腳的鐵磁芯；圖10A顯示用矩形金屬管形成的電子標(biāo)簽夾持結(jié)構(gòu)；以及圖10B顯示裝載該標(biāo)簽夾持結(jié)構(gòu)的航空貨架的截面圖。
圖1上顯示了本發(fā)明所涉及的這種類型的系統(tǒng)的簡(jiǎn)化圖。該系統(tǒng)使用電磁通信的原理，其中包含發(fā)射機(jī)2的詢問(wèn)器1產(chǎn)生電磁信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)發(fā)射天線3被發(fā)送到包含標(biāo)簽接收天線5的電子標(biāo)簽4。標(biāo)簽接收天線5可以接收一部分發(fā)送的信號(hào)，以及通過(guò)整流器可以產(chǎn)生直流電源，該直流電源可被使用來(lái)操作被連接到標(biāo)簽接收天線或分開的標(biāo)簽應(yīng)答天線的應(yīng)答產(chǎn)生電路，結(jié)果是，承載信息的電磁應(yīng)答信號(hào)從標(biāo)簽4被發(fā)送回接收天線6，然后到詢問(wèn)器1中的接收機(jī)7。在詢問(wèn)器1內(nèi)有控制器和譯碼器8，它還處理來(lái)自接收機(jī)7的信號(hào)，以及產(chǎn)生數(shù)據(jù)輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)在自動(dòng)操縱其上附著有標(biāo)簽的物品時(shí)是有用的。
詢問(wèn)器可以把信號(hào)傳送到標(biāo)簽4以及提取來(lái)自標(biāo)簽4的信號(hào)，它可以使用在PCT/AU90/00043、PCT/AU92/00143和PCT/AU92/00477中列出的任何原理，這些文件的揭示內(nèi)容在此引用以供交叉參考。在詢問(wèn)器中通常單個(gè)天線提供發(fā)射機(jī)天線3和接收機(jī)天線6的功能。同樣地，在標(biāo)簽內(nèi)單個(gè)天線可以執(zhí)行標(biāo)簽接收天線5和標(biāo)簽應(yīng)答天線的功能。
在使用這樣的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，標(biāo)簽接收天線5和詢問(wèn)器天線9被放置在合理的鄰近位置，如圖2所示，中間沒(méi)有插入的物體，特別是金屬物體。在這樣的系統(tǒng)中，如圖2所示，詢問(wèn)器天線9可以是帶有鐵磁棒11的螺線管10的形式，它產(chǎn)生磁場(chǎng)11A和相關(guān)的磁通，其中一部分磁通鏈接標(biāo)簽天線線圈12，以便建立與標(biāo)簽接收天線5的通信和可能激勵(lì)標(biāo)簽接收天線。
但是，環(huán)境影響經(jīng)常會(huì)使得標(biāo)簽接收天線5被放置到金屬物體13的一側(cè)而詢問(wèn)器天線9放置在另一側(cè)。如圖3所示的用航空方式運(yùn)輸貨架14并為其加標(biāo)簽的需求給出了這種情形的一個(gè)很好的例子。
如圖3所示，這樣的貨架14下面具有金屬板13的形式的平面。在倉(cāng)庫(kù)中操縱時(shí)，貨架14在一組滾輪15上移動(dòng)，以及在飛機(jī)貨倉(cāng)中，它被用螺釘固定在地板上。沒(méi)有什么裝置(特別是電子標(biāo)簽4)可被放置在金屬板13下面或被放置在該金屬板內(nèi)。另一方面，為了保護(hù)的原因，詢問(wèn)器天線9被限制放在輸送器機(jī)構(gòu)的滾輪15之間。因此在這種應(yīng)用中，詢問(wèn)器天線9和標(biāo)簽接收天線5在很大程度上被金屬板13分開。本發(fā)明的一個(gè)目的是設(shè)計(jì)一種電子標(biāo)簽系統(tǒng)，它可以在這種限制下被滿意地實(shí)施。
如圖3所示，存在有這樣的環(huán)境，其中標(biāo)簽接收天線5的放置和詢問(wèn)器天線9的放置使得相對(duì)于標(biāo)簽4，金屬板13的表面對(duì)詢問(wèn)器天線9或由詢問(wèn)器天線9產(chǎn)生的磁場(chǎng)有很大的屏蔽作用。
本發(fā)明通過(guò)在要加標(biāo)簽的物體的金屬表面13上產(chǎn)生流動(dòng)的電流而產(chǎn)生用于標(biāo)簽的詢問(wèn)場(chǎng)。其上有流動(dòng)電流從而產(chǎn)生磁場(chǎng)和激勵(lì)標(biāo)簽的金屬表面可以是靠近詢問(wèn)器天線的那一面的相反面。
為了更好地了解本發(fā)明的原理，最好回顧電動(dòng)力學(xué)理論的某些基本定律。在本說(shuō)明中和在本揭示內(nèi)容提供的論據(jù)中，所使用的術(shù)語(yǔ)和單位是如在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 1000(1992)“SI單位和對(duì)于它們的多重單位與某些其它單位的使用的建議”中規(guī)定的。
對(duì)于這樣的說(shuō)明，一個(gè)較好的開始是提到電荷守恒定律，該定律闡述進(jìn)入一個(gè)區(qū)域的電流凈流入量導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)總電荷對(duì)于時(shí)間的相應(yīng)的變化率。這個(gè)定律與下面闡述的電動(dòng)力學(xué)的四個(gè)基本定律相一致，以及實(shí)際上它是這四個(gè)定律所需要的。
在通常的表示法中，矢量E代表電場(chǎng)強(qiáng)度，以V/m計(jì)，以及矢量H代表磁場(chǎng)強(qiáng)度，以A/m計(jì)。兩個(gè)附加矢量代表電介質(zhì)的極化的P和代表磁介質(zhì)的磁化的M，允許定義電通量密度矢量為D=e0E+P，以C/m2計(jì)，以及磁通量密度矢量B=m0(H+M)，以Wb/m2計(jì)。在以下的說(shuō)明中，術(shù)語(yǔ)線積分是指所謂的場(chǎng)矢量與沿所述閉合路徑的距離單位矢量之間的標(biāo)量積相對(duì)圍繞所述的閉合路徑的距離的積分，而術(shù)語(yǔ)通量是指所謂場(chǎng)矢量與面積單位矢量之間的標(biāo)量積相對(duì)在所述的區(qū)域上面積的積分。根據(jù)該術(shù)語(yǔ)和四個(gè)矢量E、H、D和B，四個(gè)基本定律是(1)法拉第(Faraday)定律電場(chǎng)矢量E沿閉合曲線的線積分等于穿過(guò)該曲線所圍繞表面的磁通對(duì)時(shí)間變化率的負(fù)值，表面的正方向是指按右手定則的曲線的正方向。
(2)由麥克斯威(Maxwell)修正的安培(Ampere)定律磁場(chǎng)矢量H沿閉合曲線的線積分等于穿過(guò)該曲線所圍繞的表面的傳導(dǎo)電流與位移電流的總和，再次有與曲線和表面的方向有關(guān)的右手定則。
(3)用于電通量的高斯(Gauss)定律從閉合面發(fā)出的總電通量(按照D矢量來(lái)定義的)等于在該表面所包圍的體積內(nèi)所包含的全部傳導(dǎo)電荷。
(4)用于磁通量的高斯(Gauss)定律從任何閉合面發(fā)出的總磁通量(按照B矢量來(lái)定義的)是零。
另一個(gè)重要的原理(事實(shí)上它可以從以上的基本原理推導(dǎo)出并為后面的材料打下基礎(chǔ))是當(dāng)電磁場(chǎng)在振蕩和處于足夠高的頻率時(shí)，它們不能向足夠好的導(dǎo)體(例如金屬導(dǎo)體)的內(nèi)部滲入很大的距離。另一個(gè)原理(也可以從基本原理推導(dǎo)出)是電場(chǎng)強(qiáng)度E在金屬導(dǎo)體上的切向分量是零。
再一個(gè)原理(還可以從基本原理推導(dǎo)出)是磁場(chǎng)矢量H在金屬表面上的切向分量可以不為零，但如果不為零，則它會(huì)伴隨有在幅度上等于H的切向分量但在方向上與H垂直的表面電流密度J。
圖4顯示了這些原理的相互關(guān)系，圖上顯示了詢問(wèn)器天線9在金屬板13的下面產(chǎn)生詢問(wèn)器磁場(chǎng)(用虛線表示)。在金屬板的底面上有表面電流密度，方向是流入圖的平面，用帶十字叉的圓圈表示。按照上述的原理，可以看到表面電流的作用是消除在金屬板13內(nèi)的磁場(chǎng)，即從如果金屬板13不存在時(shí)在該位置本來(lái)存在的磁場(chǎng)的數(shù)值減到零。在圖4的圖上，可以注意到，詢問(wèn)器天線9產(chǎn)生與金屬板13的下表面相切的磁場(chǎng)，以及表面電流在金屬板13上按流入紙面的方向流動(dòng)。磁場(chǎng)強(qiáng)度圍繞路徑13A(以虛線表示)的線積分因?yàn)樵诮饘侔?3內(nèi)外的磁場(chǎng)切向分量之間的非連續(xù)性，顯然有非零值。根據(jù)電場(chǎng)切向分量和電通量密度在金屬板表面上都是零的原理，表面?zhèn)鲗?dǎo)電流密度需要滿足上面列出的、由麥克斯威修正的安培定律的原理。在金屬板13內(nèi)和金屬板以上的區(qū)域中的磁場(chǎng)的消除將確保被放置在金屬板13上面的標(biāo)簽接收天線線圈12接收不到激勵(lì)。
在圖5上，圖4的圖被修改為在金屬板13的上表面上引入表面電流密度13B，其方向是從圖的平面流出，用含點(diǎn)的圓圈表示，以及把圖4所示的路徑13A向上移動(dòng)，這樣，現(xiàn)在它便包圍這些通過(guò)下面討論的方法在金屬板13的頂面上產(chǎn)生的表面電流。
如果再次應(yīng)用由麥克斯威修正的、以上稱為安培定律的原理，則可以看到，在金屬板13的頂面上的表面電流的作用是剛好在該表面以上建立在水平方向上的磁場(chǎng)13C，以及使其處于某個(gè)位置上以便激勵(lì)位于該區(qū)域的、并具有所示取向的電子標(biāo)簽線圈12。因此上表面電流的作用可以被看作是建立那個(gè)磁場(chǎng)。
為了以后討論方便起見(jiàn)，術(shù)語(yǔ)用來(lái)激勵(lì)線圈的磁通量將被使用來(lái)表示在線圈帶有非磁性芯子的情況下，除了由線圈本身中任何電流產(chǎn)生的磁通量以外的、鏈接該線圈的磁通量的數(shù)量；以及在線圈帶有磁芯的情況下，除了由線圈本身中任何電流產(chǎn)生的磁通量以外的、鏈接在不存在該磁芯時(shí)的那個(gè)線圈的磁通量的數(shù)量。對(duì)于這個(gè)術(shù)語(yǔ)，可以明白，激勵(lì)圖5上的標(biāo)簽線圈12的磁通量幾乎沒(méi)有鏈接該圖上詢問(wèn)器天線9的線圈。
本發(fā)明可以在金屬板的頂面上建立表面電流，而在該金屬板的底面上已由于詢問(wèn)器天線的磁場(chǎng)在其附近產(chǎn)生而感應(yīng)了表面電流。
圖6A上顯示了可以做到這一點(diǎn)的方法。在該圖上，在金屬板13上提供有一個(gè)口面，它優(yōu)選地具有縫隙16的形式，這個(gè)縫隙在水平方向短，但在垂直于圖的平面的方向上長(zhǎng)。金屬板13的底面上遇到縫隙16的那些電流會(huì)通過(guò)該縫隙，然后沿著其頂面流動(dòng)。
在圖6B上，顯示了產(chǎn)生頂面電流的另一個(gè)方法。如果底面電流在足夠地接近金屬板13的末端區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生，則該電流在遇到該末端時(shí)將繞過(guò)它，以及將在頂面上按相反方向流動(dòng)。
圖6C顯示了本原理的另一個(gè)發(fā)展，其中在金屬板13的底面上的電流被顯示為繞過(guò)末端，然后流過(guò)加厚的金屬段18和通道19，在該通道內(nèi)放置了標(biāo)簽接收天線5的鐵磁棒17。
從由麥克斯威修正的安培定律的原理來(lái)看，在通道19靠近標(biāo)簽接收天線5的鐵磁棒17的三個(gè)面上的表面電流，可以被認(rèn)為引起了沿著鐵磁棒17的軸的磁場(chǎng)，即直接進(jìn)入紙面的方向的磁場(chǎng)，并且因而也提供對(duì)于標(biāo)簽4的激勵(lì)。
在這個(gè)實(shí)施方案中，通道19沿著垂直于紙面的方向上的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)明顯大于標(biāo)簽接收天線5中所使用的鐵磁棒17在該方向上的長(zhǎng)度，這樣，從鐵磁棒17的末端發(fā)出的磁通量在完成它的必要的閉合路徑時(shí)，不會(huì)因立即遇到其表面與想要的通量路徑垂直的金屬導(dǎo)體而被阻止。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，標(biāo)簽接收天線5采取被放置在通道19中的鐵磁棒17上的線圈12的形式，該通道的軸垂直于金屬板13頂面上感應(yīng)的電流的方向，在該金屬板13下面有詢問(wèn)器天線9，通道19在其軸向上的延伸長(zhǎng)度明顯大于標(biāo)簽接收天線5的鐵磁棒17的長(zhǎng)度。
在本發(fā)明的另一方面，如圖6D所示，可以看到，在金屬物體的頂面上的電流方向不一定與底面上的電流方向相同或相反。在圖6D上，顯示了金屬板13，其中頂部段是從底部段折回的，以及其中頂部段配備有多個(gè)直角形狀的裂縫20，以便把原先向左的電流重新導(dǎo)向到垂直的方向。由這些電流感應(yīng)的相關(guān)磁場(chǎng)到處都垂直于該電流，因此磁場(chǎng)將改變方向，其結(jié)果是有一個(gè)區(qū)域，其中如果電子標(biāo)簽4要被放置成得到最大的耦合，則應(yīng)當(dāng)把該標(biāo)簽4從在沒(méi)有裂縫20時(shí)它應(yīng)具有的方向上加以旋轉(zhuǎn)。
正如所參照的揭示內(nèi)容中所闡述的，幾乎所有的電子標(biāo)簽系統(tǒng)都采用在標(biāo)簽4內(nèi)的諧振電路，以便增強(qiáng)電磁耦合。
重要的是，被設(shè)計(jì)來(lái)非常接近于金屬導(dǎo)體而工作的電子標(biāo)簽應(yīng)當(dāng)針對(duì)它們想要的環(huán)境來(lái)調(diào)整它們自己的諧振頻率，而不是針對(duì)該標(biāo)簽處在自由空間環(huán)境時(shí)的情形。
在航空貨架14的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中，金屬板13的邊緣被做成凸出段18的形式，其截面是如圖7A所示，在其頂面上機(jī)械加工了一系列圓孔21，如圖7B所示。標(biāo)簽4的簡(jiǎn)單安裝以及其位置的自動(dòng)鎖定，和防止損壞標(biāo)簽4的保護(hù)，可以通過(guò)把標(biāo)簽4做成如該圖所示的形狀而實(shí)現(xiàn)。這里顯示的標(biāo)簽4的特征在于，它包含長(zhǎng)且薄的鐵磁棒17，該鐵磁棒與水平方向上的磁場(chǎng)很好地耦合。另一個(gè)特性是，標(biāo)簽4包含圓形的定位凸耳22，它使得標(biāo)簽很好地固定在機(jī)械加工的縫隙23中，如圖7B的平面圖和圖7A的截面圖所示，航空貨架邊緣配備有該凸耳，用于在飛行時(shí)易于鎖定貨架14。
再一個(gè)特性是，在電子標(biāo)簽4的適當(dāng)位置上安裝適當(dāng)?shù)乃芰系广^24，它允許標(biāo)簽4在簡(jiǎn)單的安裝操作中被按壓到縫隙23中，直至倒鉤24擴(kuò)展到金屬頂面下的通道25中以及把標(biāo)簽4鎖定到位為止。
這個(gè)設(shè)計(jì)給出用于把電流從金屬板13的底面?zhèn)魉偷剿捻斆娴臋C(jī)制的另一個(gè)說(shuō)明，這樣的電流可以通過(guò)詢問(wèn)器天線9在朝向邊緣的方向上的磁場(chǎng)而被感應(yīng)在底面上，這樣遇到邊緣的電流朝上和沿著金屬板13的頂面往回行進(jìn)。
如果需要的話，到達(dá)金屬板13頂面的電流，可以在方向上進(jìn)一步改變，如圖8A所示。這里，標(biāo)簽4沒(méi)有被放置在金屬板13的頂面上，而是放置在構(gòu)造于金屬板13頂面上的金屬結(jié)構(gòu)26的垂直段上。電流一旦達(dá)到金屬板13的頂面便可以在金屬結(jié)構(gòu)26上垂直地向上行進(jìn)，該金屬結(jié)構(gòu)起到導(dǎo)體的作用，并且感應(yīng)出與標(biāo)簽4相互作用的磁場(chǎng)。
在圖8A所示的系統(tǒng)中，貨架14借以行進(jìn)的滾輪15可以用非導(dǎo)電的表面制成，這樣，金屬板13的底面上的電流不會(huì)被中斷，以及貨架位置相對(duì)于滾輪15有一個(gè)擴(kuò)展的范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行標(biāo)簽讀取。
可以指出，雖然在集中參數(shù)電路理論中，傳導(dǎo)電流是在閉合的路徑中流動(dòng)的，但不必要為產(chǎn)生激勵(lì)標(biāo)簽4的磁場(chǎng)的傳導(dǎo)電流提供一個(gè)回路。
為了說(shuō)明這一點(diǎn)，畫出了圖8B，它除了顯示在圖8A上存在的那些物體以外，還顯示了與被識(shí)別的物體上的表面電流有關(guān)的、相關(guān)的磁力線的方向。從這個(gè)圖上可以看到，與那些磁力線有關(guān)的時(shí)變的磁通量(被顯示為在標(biāo)簽4的區(qū)域中與表面電流相鄰和正交)，會(huì)由于以上稱為法拉第定律的基本原理而感應(yīng)圍繞所顯示的點(diǎn)線的曲線的凈位能。由于在貨架14的水平金屬基板內(nèi)或在貨架14的垂直金屬體內(nèi)沒(méi)有電場(chǎng)，所以沿著在空氣中的那部分曲線多半有電場(chǎng)，以及該電場(chǎng)將終止于圖中被表示為金屬上的+和-符號(hào)的振蕩的面電荷上。振蕩的面電荷密度將由振蕩的面電流給出，以及它將導(dǎo)致振蕩的面電流的幅度隨它離其激勵(lì)源的距離而衰減。與上述的電場(chǎng)有關(guān)的位移電流密度提供了表面?zhèn)鲗?dǎo)電流的回路?？梢哉f(shuō)，在物體非常長(zhǎng)的情形下，這些表面電荷在建立從詢問(wèn)器天線9到標(biāo)簽接收天線5的耦合時(shí)起到一部分作用。
應(yīng)當(dāng)看到，在本發(fā)明中只有(如果確實(shí)有的話)鏈接標(biāo)簽天線線圈12的磁通線的可忽略部分與鏈接詢問(wèn)器天線線圈27(它可以是螺線管10的形式)的磁通線是相同的。這一事實(shí)可以通過(guò)相對(duì)于圖2研究圖5而看到。在圖2上，我們顯示了在不存在加上標(biāo)簽的物體時(shí)，鏈接詢問(wèn)器天線9和標(biāo)簽天線線圈12的磁通線。這些可以與如圖5所示的、在存在分開詢問(wèn)器天線9和標(biāo)簽天線線圈12的金屬板13時(shí)的磁場(chǎng)相對(duì)照，從而也可以與在空中的磁通線相對(duì)照。
圖9A到9D顯示了電子標(biāo)簽必須靠近金屬運(yùn)行的另一種情形。這里，標(biāo)簽4打算用來(lái)標(biāo)識(shí)在石油工業(yè)中使用的鉆柱27的元件，以及為此目的，如圖9A所示的鉆柱組27的固體金屬聯(lián)接器28，在其表面上鉆有一個(gè)直徑D和深度d的圓孔，如圖9B和9C所示，在該孔的底部放置一個(gè)由標(biāo)簽接收天線5激勵(lì)的電子標(biāo)簽4，該標(biāo)簽具有被繞在鐵磁芯子29上的線圈12的形式。為了從機(jī)械上保護(hù)標(biāo)簽4和因?yàn)槠渖媳汇@孔的鉆柱組27的金屬聯(lián)接器28在進(jìn)行使用時(shí)顯示有相當(dāng)大的磨損，所以孔的深度應(yīng)當(dāng)相當(dāng)深，可以是25mm。
在這種應(yīng)用中，因?yàn)樵阢@柱27的不同截面之間的聯(lián)接器28的外表面上存在水和泥漿，如果沒(méi)有由所謂的流體造成的電磁場(chǎng)的過(guò)分衰減，可以向下傳播到剛才描述的孔中的微波頻率就不能被使用，以及LF到VHF頻域的頻率更有可能被使用。雖然這樣的頻率的磁場(chǎng)將產(chǎn)生表面電流(它將在一定的程度上向下流到孔中，以及支持孔內(nèi)的磁場(chǎng))，但是可以看到，如果把該孔看作為遠(yuǎn)低于其截止頻率運(yùn)行的圓波導(dǎo)和/或方波導(dǎo)，那么這樣的電流和磁場(chǎng)在孔內(nèi)的深處將受到很大的衰減。如圖9C所示的磁場(chǎng)和電流線打算反映這個(gè)事實(shí)。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，圖9D和9E顯示對(duì)于這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)解決辦法。在電子標(biāo)簽4和它的鐵磁芯子29保持在孔的底部的同時(shí)，通過(guò)安裝如圖9D所示的鐵磁出腳30，磁通量被激勵(lì)進(jìn)入孔中，該出腳從標(biāo)簽天線線圈12的鐵磁芯子29向上延伸，直至遇到聯(lián)接器28的表面。雖然只有小的磁場(chǎng)H被做成進(jìn)入該孔內(nèi)，但在鐵磁段中相應(yīng)的磁通量密度將顯著地大于如果不存在鐵磁出腳30時(shí)所具有的數(shù)值。結(jié)果是增強(qiáng)了在標(biāo)簽接收天線5的水平段處的磁場(chǎng)H和磁通量密度B，孔的底部處的壁電流相應(yīng)增強(qiáng)，這會(huì)伴隨著增強(qiáng)的磁場(chǎng)切向分量值。
正如前面提到的，通過(guò)使用標(biāo)簽4內(nèi)的、和涉及標(biāo)簽接收天線5的諧振電路，與標(biāo)簽4的耦合被增強(qiáng)。在這種情況下，諧振頻率當(dāng)然取決于標(biāo)簽接收天線5的電感，而它又取決于向上延伸到聯(lián)接器表面的鐵磁出腳30的長(zhǎng)度。因?yàn)橄惹疤岬铰?lián)接器28在使用時(shí)會(huì)有磨損，所以在聯(lián)接器28本身的表面受到磨損的同時(shí)這些出腳30也受到磨損，從而會(huì)使這些出腳的長(zhǎng)度在使用時(shí)被減小。因此，最好是在發(fā)生磨損以前使標(biāo)簽接收天線5的諧振頻率比詢問(wèn)信號(hào)的頻率低一些，以便當(dāng)發(fā)生磨損以及出腳被縮短和標(biāo)簽接收天線5的諧振頻率上升時(shí)，聯(lián)接器28將首先因諧振頻率逐漸與詢問(wèn)頻率同步而被增強(qiáng)，然后，又因進(jìn)一步磨損使得標(biāo)簽接收天線5的諧振頻率變到詢問(wèn)頻率的高端而再次減小。這樣，可以使聯(lián)接器28的強(qiáng)度達(dá)到相對(duì)于使用時(shí)的磨損的最佳變化，以及標(biāo)簽4的靈敏度在它的使用壽命中最佳化。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，可以采取步驟盡可能保持磁場(chǎng)和壁電流向下進(jìn)到孔內(nèi)的連續(xù)通過(guò)，而該電流不會(huì)因需要在壁上提供表面電荷密度以便支持電通量密度而有所減小，由于法拉第定律和在這些出腳內(nèi)存在改變的磁通量，所以所述電通量密度將在鐵磁出腳之間的空間內(nèi)從一個(gè)壁流到另一個(gè)壁。為了使得通過(guò)壁間的電通量最小化而同時(shí)提供對(duì)標(biāo)簽電路的保護(hù)，沒(méi)有被標(biāo)簽電路或鐵磁出腳占用的孔內(nèi)空間可以用低介電常數(shù)的、有強(qiáng)度的介質(zhì)材料填充，例如是蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
在圖10A和10B上，顯示了本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，它適合于在詢問(wèn)頻率遠(yuǎn)高于目前所討論的結(jié)構(gòu)中適合使用的頻率時(shí)使用。這個(gè)實(shí)施例也適合于在金屬的航空貨架板13中使用，以及這個(gè)實(shí)施例利用已在圖7A上顯示的、在這樣的貨架14的邊緣的結(jié)構(gòu)中使用的開槽凸起物18的某些方面。
在這個(gè)實(shí)施例中，標(biāo)簽4被做成外形大致像圖10A所顯示的那樣，以及以圖10B所示的方式安裝到航空貨架14內(nèi)。
在這個(gè)實(shí)施例中，標(biāo)簽電路31是在如圖10A所示結(jié)構(gòu)的上部。該部分是通過(guò)把它安裝在貨架14的邊緣的開槽部分23內(nèi)而被給以保護(hù)的，該貨架的形式已在圖7A和7B上顯示出。標(biāo)簽電路31通過(guò)空的矩形金屬管32與貨架14下面的電磁場(chǎng)和貨架14底面的表面電流通信，該矩形金屬管如圖10B所示穿過(guò)一個(gè)機(jī)械加工的矩形縫隙33，進(jìn)到貨架14的邊緣凸起物18中。矩形金屬管32可以與貨架14中的機(jī)械加工的縫隙33相連接，或可以由薄的介質(zhì)層34從中分開。
矩形金屬管32可以在頂部開孔，以及可以把電子標(biāo)簽電路31連接在矩形管32的兩個(gè)對(duì)立面之間，或可以在頂部封閉，并使該標(biāo)簽在離封閉端某個(gè)距離的位置處被連接在對(duì)立面35之間。
圖上顯示了由于受電磁場(chǎng)的輻射而導(dǎo)致在貨架14的基底部的電流分布。電流可以直接進(jìn)入矩形金屬管32內(nèi)部(如果在其下端進(jìn)行連接的話)，或可以通過(guò)在薄的介質(zhì)層34之間的電容達(dá)到矩形金屬管32的外表面，或由于在它的長(zhǎng)度上分布的位移電流而可以達(dá)到矩形金屬管32的外表面，這樣便在矩形金屬管32的外表面上產(chǎn)生向下的表面?zhèn)鲗?dǎo)電流，它最終進(jìn)入矩形金屬管32的內(nèi)部。
矩形金屬管32可被填充以介質(zhì)材料36，用于保護(hù)標(biāo)簽電路31和用于增強(qiáng)電磁傳播。矩形金屬管32在詢問(wèn)頻率下可以用作為在它的截止頻率以上或以下的波導(dǎo)。
假定在矩形金屬管32底部的口面與標(biāo)簽電路31的位置之間的距離足夠短，則矩形金屬管32可以用作為阻抗變換器，而不管在其中的電磁場(chǎng)模式是衰耗型還是傳播型，以及在矩形金屬管32外壁接觸貨架14下部的矩形縫隙33的情形下，或在它沒(méi)有接觸時(shí)的情形下，它可以變換電磁標(biāo)簽電路31的阻抗以完成在從標(biāo)簽電路31的連接點(diǎn)看到的口面的標(biāo)簽阻抗與輻射阻抗之間的共軛阻抗匹配。由于微波頻率時(shí)的假想接觸可能是不可靠的，所以在矩形金屬管與貨架14下部的縫隙之間優(yōu)選的工作模式是沒(méi)有接觸。當(dāng)然，矩形金屬管的使用是為了描述上的方便，可以采用其中允許有電磁場(chǎng)的其它的形狀。
將會(huì)看到，在不背離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，各種變化、修改和/或附加都可以被引入到先前描述的部分的構(gòu)建或安排中。
權(quán)利要求
1．電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，包括至少一個(gè)承載信息的電子編碼標(biāo)簽；包括發(fā)射機(jī)線圈和接收機(jī)線圈的詢問(wèn)器；包含所述發(fā)射機(jī)線圈和所述接收機(jī)線圈的磁場(chǎng)耦合鏈路，用于獲得來(lái)自所述標(biāo)簽的信息；其中耦合鏈路被安排成使得它作用在其近場(chǎng)，以及其中在激勵(lì)所述接收機(jī)線圈的磁通中幾乎沒(méi)有或至多有少量磁通也鏈接所述發(fā)射機(jī)線圈。
2．如權(quán)利要求1中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中所述發(fā)射機(jī)或接收機(jī)線圈包含磁芯。
3．如權(quán)利要求1或2中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中所述標(biāo)簽包括在金屬物體附近運(yùn)行的標(biāo)簽天線，以及該金屬物體使得從發(fā)射機(jī)線圈到達(dá)接收機(jī)線圈的磁場(chǎng)量相對(duì)于如果不存在金屬物體時(shí)到達(dá)所述接收機(jī)線圈的磁場(chǎng)有顯著的減小。
4．如權(quán)利要求1中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中所述耦合鏈路被使用來(lái)把來(lái)自詢問(wèn)器的信號(hào)傳送給標(biāo)簽。
5．如權(quán)利要求1中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中所述耦合鏈路被使用來(lái)把來(lái)自標(biāo)簽的信號(hào)傳送給詢問(wèn)器。
6．如權(quán)利要求1中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中詢問(wèn)器提供功率給標(biāo)簽，以便產(chǎn)生來(lái)自標(biāo)簽的應(yīng)答。
7．如權(quán)利要求1中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中標(biāo)簽間斷地產(chǎn)生應(yīng)答。
8．如權(quán)利要求7中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中用于標(biāo)簽的功率是來(lái)自于由發(fā)射機(jī)在標(biāo)簽進(jìn)行應(yīng)答的時(shí)間間隔期間提供的功率。
9．如權(quán)利要求4中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中在金屬片被插入到詢問(wèn)器與標(biāo)簽之間時(shí)，標(biāo)簽可被讀出。
10．如權(quán)利要求9中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中所述金屬片有很大的范圍。
11．如權(quán)利要求9中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，包括標(biāo)簽天線線圈，其中發(fā)射機(jī)和接收機(jī)線圈具有平行的軸。
12．如權(quán)利要求3中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，包括標(biāo)簽天線線圈，其中標(biāo)簽線圈是由載有所述標(biāo)簽的物體的金屬上的表面電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)激勵(lì)的。
13．如權(quán)利要求3中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中通過(guò)使用產(chǎn)生磁場(chǎng)的天線而在金屬物體的一個(gè)面上感應(yīng)出電流，其中在所述金屬物體上的通道允許這些電流流到所述金屬物體的另一個(gè)面，以及其中包含應(yīng)答磁場(chǎng)的天線的所述標(biāo)簽被放置在靠近所述金屬物體的所述另一個(gè)面的電流的位置，以使得所述應(yīng)答磁場(chǎng)的天線與伴隨所述金屬物體的所述另一個(gè)面的電流的磁場(chǎng)進(jìn)行相互作用。
14．如權(quán)利要求13中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中所述通道是由在所述金屬物體上的孔提供的。
15．如權(quán)利要求13中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中在所述金屬物體的一個(gè)面上感應(yīng)的所述電流向著所述金屬物體的一個(gè)邊緣行進(jìn)。
16．如權(quán)利要求13中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中當(dāng)電流到達(dá)所述金屬物體的所述另一個(gè)面時(shí)電流改變方向。
17．如權(quán)利要求14中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中所述金屬上的孔的邊緣垂直于所述感應(yīng)電流的方向。
18．如權(quán)利要求14中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中所述的孔在由所述產(chǎn)生磁場(chǎng)的天線產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向上延伸。
19．如權(quán)利要求14中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中所述的孔是所述物體的自然部分。
20．如權(quán)利要求14中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中所述的孔被加到所述物體上。
21．如權(quán)利要求13中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中在所述金屬物體上的傳導(dǎo)電流不是以閉合路徑流動(dòng)的。
22．如權(quán)利要求21中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中在所述金屬物體上流動(dòng)的電流的路徑由位移電流完成。
23．如權(quán)利要求3中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中所述標(biāo)簽被放置在金屬物體的縫隙中。
24．如權(quán)利要求23中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中在與縫隙區(qū)域中的電流路徑相垂直的方向上，所述縫隙的長(zhǎng)度明顯大于標(biāo)簽線圈或它的鐵氧體磁芯在該方向上的長(zhǎng)度。
25．如權(quán)利要求23中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中所述標(biāo)簽的整體處在所述金屬物體的主要輪廓內(nèi)。
26．如權(quán)利要求3中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，包括標(biāo)簽天線線圈，其中標(biāo)簽線圈在它的工作頻段內(nèi)是諧振的。
27．如權(quán)利要求26中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中諧振頻率是對(duì)于標(biāo)簽靠近載有標(biāo)簽的物體的金屬的情形而調(diào)整的。
28．如權(quán)利要求23中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中被加標(biāo)簽的物體是航空貨物貨架，以及通過(guò)采用為了鎖定貨物而已經(jīng)制做在所述貨架上的縫隙而把所述標(biāo)簽鎖定在位置上。
29．如權(quán)利要求28中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中在所述標(biāo)簽上的倒鉤把標(biāo)簽鎖定在貨架的可重入縫隙中的位置上。
30．如權(quán)利要求28中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中詢問(wèn)器天線被放置成平行于輸送系統(tǒng)的滾輪和放置在輸送系統(tǒng)的滾輪之間。
31．如權(quán)利要求30中要求的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其特征在于，其中滾輪具有非導(dǎo)電的表面或非導(dǎo)電的軸承。
32．在金屬物體附近使用的電子編碼標(biāo)簽，其特征在于，其中所述標(biāo)簽被安放在所述金屬物體中的縫隙內(nèi)。
33．如權(quán)利要求32中要求的電子標(biāo)簽，其特征在于，其中在與縫隙區(qū)域中的電流路徑相垂直的方向上，所述縫隙的長(zhǎng)度明顯大于標(biāo)簽線圈或它的鐵氧體磁芯在該方向上的長(zhǎng)度。
34．如權(quán)利要求32中要求的電子標(biāo)簽，其特征在于，其中所述標(biāo)簽的整體處在所述金屬物體的主要輪廓內(nèi)。
35．如權(quán)利要求32中要求的電子標(biāo)簽，其特征在于，包括標(biāo)簽天線，其中標(biāo)簽線圈在它的工作頻段內(nèi)是諧振的。
36．如權(quán)利要求35中要求的電子標(biāo)簽，其特征在于，其中諧振頻率是對(duì)于標(biāo)簽靠近載有標(biāo)簽的物體的金屬的情形而調(diào)整的。
37．如權(quán)利要求32中要求的電子標(biāo)簽，其特征在于，其中被加標(biāo)簽的物體是航空貨物貨架，以及通過(guò)采用為了鎖定貨物而已經(jīng)制做在所述貨架上的縫隙而把所述標(biāo)簽鎖定在位置上。
38．如權(quán)利要求37中要求的電子標(biāo)簽，其特征在于，其中在所述標(biāo)簽上的倒鉤把標(biāo)簽鎖定在貨架的可重入縫隙中的位置上。
39．如權(quán)利要求32中要求的電子標(biāo)簽，其特征在于，包括標(biāo)簽天線線圈，其中標(biāo)簽線圈是由金屬物體上的表面電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)激勵(lì)的。
40．如權(quán)利要求39中要求的電子標(biāo)簽，其特征在于，其中通過(guò)使用產(chǎn)生磁場(chǎng)的天線而在金屬物體的一個(gè)面上感應(yīng)出電流，其中在所述金屬物體上的通道允許這些電流流到所述金屬物體的另一個(gè)面，以及其中包含應(yīng)答磁場(chǎng)的天線的所述標(biāo)簽被放置在靠近在所述金屬物體的所述另一個(gè)面的電流的位置，以使得所述應(yīng)答磁場(chǎng)的天線與伴隨所述金屬物體的所述另一個(gè)面的電流的磁場(chǎng)進(jìn)行相互作用。
41．如權(quán)利要求40中要求的電子標(biāo)簽，其特征在于，其中所述通道是由在所述金屬物體上的孔提供的。
42．如權(quán)利要求41中要求的電子標(biāo)簽，其特征在于，其中在所述金屬物體的一個(gè)面上感應(yīng)的所述電流向著所述金屬物體的一個(gè)邊緣行進(jìn)。
43．如權(quán)利要求42中要求的電子標(biāo)簽，其特征在于，其中所述金屬上的孔的邊緣垂直于所述感應(yīng)電流的方向。
44．從靠近金屬物體的電子標(biāo)簽處獲得信息的方法，所述方法包括以下步驟提供包含發(fā)射機(jī)線圈和接收機(jī)線圈的詢問(wèn)器；提供包含所述發(fā)射機(jī)線圈和所述接收機(jī)線圈的磁場(chǎng)耦合鏈路，用于從所述標(biāo)簽獲得信息；以及安排所述耦合鏈路，以使得它在其近場(chǎng)中作用，以及其中在激勵(lì)所述接收機(jī)線圈的磁通中幾乎沒(méi)有或至多有少量磁通也鏈接所述發(fā)射機(jī)線圈。
45．一種基本上如這里參照附圖描述的電子標(biāo)簽讀取系統(tǒng)。
全文摘要
提供了具有包括標(biāo)簽線圈(12)的至少一個(gè)承載信息的電子編碼標(biāo)簽和包括發(fā)射機(jī)線圈(9)的詢問(wèn)器的金屬屏蔽(13)的電子標(biāo)簽系統(tǒng)。系統(tǒng)依賴于包含發(fā)射機(jī)線圈(9)和標(biāo)簽線圈(12)的磁場(chǎng)耦合鏈路，用于獲得來(lái)自所述標(biāo)簽的信息。耦合鏈路被安排成使得它作用在其近場(chǎng)，以及在激勵(lì)標(biāo)簽線圈(12)的磁通中幾乎沒(méi)有或至多有少量磁通也鏈接所述發(fā)射機(jī)線圈(9)。
文檔編號(hào)G06K19/08GK1318174SQ99808939
公開日2001年10月17日 申請(qǐng)日期1999年7月20日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月20日
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