ES2198938T3 - Aplicacion para un sistema de identificacion de radiofrecuencia. - Google Patents

Aplicacion para un sistema de identificacion de radiofrecuencia.

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ES2198938T3 ES99939697T ES99939697T ES2198938T3 ES 2198938 T3 ES2198938 T3 ES 2198938T3 ES 99939697 T ES99939697 T ES 99939697T ES 99939697 T ES99939697 T ES 99939697T ES 2198938 T3 ES2198938 T3 ES 2198938T3
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Edward D. Goff
Bernard A. Gonzalez
Chester Piotrowski
Ching-Long Tsai
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3M Innovative Properties Co
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Abstract

Un sistema de antenas destinado a ser utilizado con artículos que incluyan cada uno un elemento de RFID, en el que el sistema de antenas comprende múltiples antenas, al menos una de las cuales puede ser seleccionada para facilitar la interrogación de los elementos de RFID adyacentes a la antena o antenas seleccionadas por el dispositivo de RFID, caracterizado porque el sistema de antenas se proporciona en la forma de una cinta que se extiende longitudinalmente.

Description

Aplicación para un sistema de identificación de radiofrecuencia.
La invención se refiere a aplicaciones para sistemas de identificación de radiofrecuencia (RFID), y particularmente a la utilización de tales sistemas en bibliotecas.
Los sistemas de vigilancia electrónica de artículos (``EAS'') detectan la presencia de pequeños dispositivos electrónicos colocados sobre, o en un artículo, o transportados por una persona de interés, y se usan a menudo en ambientes de bibliotecas o de ventas al por menor para determinar el robo u otra retirada no autorizada de artículos. Estos dispositivos, que ordinariamente se conocen como etiquetas o marcadores, en el pasado han contenido solamente información con respecto a la presencia de un artículo. Esta información podía ser obtenida interrogando electrónicamente la etiqueta, de modo intermitente o continuo. Al menos cuatro tipos distintos de sistemas de EAS han evolucionado a lo largo de los años, en base al modo de efectuar esta interrogación: magnético, magnetomecánico, de radiofrecuencia (RF) y de microondas. De estos cuatro, los sistemas magnéticos han proporcionado el nivel más alto de seguridad en la mayoría de las aplicaciones. Las etiquetas magnéticas se ocultan fácilmente en o sobre un objeto, son difíciles de detectar (porque son menos susceptibles al apantallamiento, el doblado y la presión), y son fáciles de desactivar y reactivar, proporcionando por tanto un alto grado de seguridad y alguna información referente al estado del artículo etiquetado.
Muchos usuarios de sistemas EAS desean conocer más que únicamente si un objeto etiquetado está presente. También desean conocer, por ejemplo, que objeto etiquetado está presente. Información detallada con respecto a las características de los objetos, tales como su fecha de fabricación, estado de inventario y propietario han sido generalmente comunicadas a sistemas de manipulación y control automatizado por medio de un código óptico de barras. Aunque es económico y eficaz, el sistema de código óptico de barras tiene ciertas limitaciones. Los códigos de barras han de ser visibles, lo cual limita los lugares en los que pueden ser colocados, y los códigos de barras pueden ser fácilmente obscurecidos, accidental o intencionadamente. La distancia a la que un detector puede detectar el código de barras es también comparativamente pequeña. El código de barras puede tener también que ser posicionado adecuadamente para detención. Asimismo, puesto que los códigos de barras se exponen a menudo para permitir la detección, el código de barras es susceptible de daños que puedan dar como resultados fallos en la detección. Finalmente, múltiples artículos han de ser tratados uno por uno. Estas limitaciones de los sistemas de códigos de barras los hacen indeseables o ineficaces para algunas aplicaciones, tales como para medios de biblioteca de marcación.
Más recientemente, se han desarrollado técnicas de identificación electrónica (también conocida como identificación de radiofrecuencia o RFID) para evitar las limitaciones de los códigos ópticos de barras. Los sistemas de RFID han tenido éxito proporcionando la identificación y el seguimiento de objetos, pero son deficientes en cuanto a proporcionar la seguridad del objeto porque la mayoría de los sistemas de RFID funcionan en márgenes de frecuencia (\sim1 MHz y superiores) en loa que la etiqueta es engañada fácilmente. La deficiente seguridad asociada con las etiquetas de radiofrecuencia se debe a que pueden ser ``apantalladas'', por ejemplo, cubriendo la etiqueta con una mano o una lámina de aluminio, o incluso colocando la etiqueta en un libro. Incluso las etiquetas de radiofrecuencia alimentadas por pilas pueden ser bloqueadas, aunque su alcance es superior y el bloqueo es más difícil. Por tanto, los objetos etiquetados con una etiqueta RFID pueden escapar a la detección, inadvertida o intencionadamente. Esto reduce grandemente su efectividad como dispositivos de seguridad. Los marcadores de RFID son denominados también ``tarjetas inteligentes''. Ambas tarjetas inteligentes, de contacto y de no contacto, han aparecido en aplicaciones comerciales. Las tarjetas inteligentes tienden a estar asociadas con una persona concreta en vez de con un objeto etiquetado. Las soluciones relacionadas con la seguridad y el seguimiento de la tarjeta inteligente (o de la persona portadora de la misma) son similares a las expuestas anteriormente para marcadores de RFID.
Las soluciones de seguridad asociadas con marcadores de RFID son similares a aquellas que son familiares para cualquier experto en la técnica de las etiquetas EAS basadas en radiofrecuencia y microondas. Ha sido efectuado un esfuerzo sustancial con la intención de remediar las deficiencias de las etiquetas EAS basadas en radiofrecuencias y microondas. No obstante, ninguna ha mejorado sustancialmente su comportamiento como etiqueta de seguridad. La Patente de EE.UU. Nº 5.517.195 (Narlow y otros), titulada ``Etiqueta EAS de Doble Frecuencia con Bobina de Desactivación'', describe una etiqueta EAS de microondas de dos frecuencias que incluye un circuito de antena que tiene un diodo, y un circuito de desactivación. El circuito de desactivación responde a un campo magnético alternativo de baja energía induciendo una tensión en el diodo del circuito de antena para neutralizar así el diodo y la antena, desactivando la etiqueta. Aunque útil para algunas aplicaciones, la etiqueta basada en un condensador, descrita por Narlow y otros, puede perder la carga eléctrica a lo largo del tiempo, lo cual podría originar que la etiqueta llegara a activarse inintencionadamente.
Etiquetas de EAS de radiofrecuencia del tipo descrito en la Patente de EE.UU. Nº 4.745.401 (Montean y otros) incluyen un elemento magnético. El elemento magnético altera la sintonización de la etiqueta cuando esta ha sido magnetizada adecuadamente mediante un dispositivo accesorio, y de ese modo bloquea la respuesta de radiofrecuencia de la etiqueta. Aunque estas etiquetas tienen cierta utilidad, continúan sin ofrecer mejores soluciones de seguridad e identificación.
La tecnología de identificación de radiofrecuencia ha sido desarrollada por un cierto número de empresas, que incluyen Motorola/Indala (véanse las Patentes de EE.UU. Núms. 5.378.880 y 5.565.846), Texas Instruments (véanse las Patentes de EE.UU. Núms. 5.347.280 y 5.541.604), Mikron/Phillips Semiconductors, Single Chip Systems (véanse las Patentes de EE.UU. Núms. 4.442.507; 4.796.074; 5.095.362; 5.296.722; y 5.407.851), CSIR (Consejo de Investigación Científica e Industrial)(véanse los números de documento europeos 0 494 114 A2; 0585 132 A1; 0 598 624 A1; y 0 615 285 A2), IBM (véanse las Patentes de EE.UU. Números 5.528.222; 5.550.547; 5.521.601; y 5.682.143), y Sensormatic Electronics (véase la Patente de EE.UU. Nº 3.625.341). Estas etiquetas tratan todos de proporcionar identificación remota sin la necesidad de una pila. Funcionan a frecuencias que varían de 125 KHz a 2,45 GHz. Las etiquetas de frecuencia inferior (\sim 125 KHz) son moderadamente resistentes al apantallamiento, pero tienen solamente funcionabilidad de radiofrecuencia limitada debido a restricciones del ancho de banda. En particular, los sistemas basados en estos marcadores funcionan generalmente de modo fiable cuando simultáneamente existe solamente una única etiqueta en la zona de interrogación. Tienden a ser relativamente voluminosos y de fabricación cara. A frecuencias más altas (típicamente 13,56 MHz, 915 MHz y 2,45 GHz), el ancho de banda añadido disponible ha permitido el desarrollo de sistemas que pueden tratar de modo fiable múltiples etiquetas en la zona de interrogación en un corto periodo de tiempo. Esto es muy conveniente para muchas aplicaciones de los productos. Además, algunos de los diseños de etiqueta conservan la cualidad de ser de fabricación relativamente económica y por lo tanto más atractivos para el cliente. No obstante, estos dispositivos de frecuencia más alta comparten grados variables de susceptibilidad al apantallamiento examinados anteriormente. Por tanto, no pueden proporcionar el alto nivel de seguridad exigido en ciertas aplicaciones, tales como en una biblioteca.
En la exposición anterior, resultará evidente que hay un cierto número de aplicaciones para etiquetas de RFID en varios medios ambientales en los que la identidad del artículo identificado es importante. Por ejemplo, la Publicación de PCT WO 99/05660, publicada el 4 de Febrero de 1999 y asignada a Checkpoint Systems, Inc., describe un sistema de inventario que usa artículos con etiquetas de RFID. La realización preferida descrita en la misma contempla la utilización de etiquetas de RFID en materiales de biblioteca, que pueden ser comprobados automáticamente interrogando la etiqueta de RFID para determinar la identidad del material. No obstante, queda un cierto número de funciones importantes o deseables de biblioteca u otras de inventario, que no se describen o sugieren en la publicación '660.
El documento EP 0 740 262 A2 se refiere a un sistema electrónico que incluye circuitos para tratar una señal y una pluralidad de antenas. Además, se proporciona una pluralidad de conmutadores, cada uno de los cuales está acoplado entre el circuito de tratamiento y una correspondiente de las antenas. Cada uno de los conmutadores incluye primer y segundo MOSFETs (Transistor de Efecto de Campo de Semiconductor de Óxido de Metal) de potencia en los que la fuente del primer MOSFET está acoplada a la fuente del segundo MOSFET. El sistema incluye además circuitos para la selección de uno de la pluralidad de conmutadores que esté activado.
El documento EP 0 526 038 A1 describe un montaje respondedor para un sistema de control de inventario de artículos que emplea una pluralidad de sensores para la detección de marcadores sensibilizados fijados a los artículos de inventario. Procesando las señales procedentes de la pluralidad de sensores, se proporciona un modelo de detección para determinar si ninguno, uno, o más de uno de los marcadores está presente dentro de una zona de sensibilidad.
La presente invención definida por las reivindicaciones independientes 1 y 16 se refiere a sistemas de antenas que permiten que un dispositivo de RFID interrogue artículos de interés que están cerca del sistema de antenas. El sistema de antenas de RFID se usa en relación con artículos que están asociados con una etiqueta de RFID, y opcionalmente con un elemento de seguridad magnético. Los dispositivos y las aplicaciones se describen con particular referencia a materiales de biblioteca tales como libros, publicaciones periódicas, y medios ópticos y magnéticos. Asimismo se contemplan otras aplicaciones para la presente invención.
La presente invención se describe con mayor detalle con referencia a las figuras adjuntas, en las que los números similares representan la misma estructura a través de las diversas vistas, y en las que
las figuras 1A y 1B son ilustraciones esquemáticas de etiquetas de identificación de radiofrecuencia;
la figura 2 es un esquema de una segunda realización de una etiqueta de identificación de radiofrecuencia;
la figura 3 es una vista desde arriba esquemática de una etiqueta de combinación;
la figura 4 es un diagrama de bloques de un sistema de interrogación que interacciona con una etiqueta de RFID;
las figuras 5, 6, 7 y 8 son ilustraciones de etiquetas de combinación según la presente invención; y
las figuras 9 y 10 son ilustraciones de realizaciones de la presente invención.
Descripción detallada de la invención
Las realizaciones de la presente invención descritas en esta memoria utilizan etiquetas de RFID, y preferiblemente etiquetas de seguridad de RFID/magnéticas de combinación. Las etiquetas de este tipo fueron descritas en la Solicitud de Patente de EE.UU. Núm. de Serie 09/093.120, presentada el 8 de Junio de 1998 y titulada ``Etiqueta de Identificación de Seguridad Mejorada'', que fue asignada al cesionario de la presente invención y fue incorporada por su referencia en la solicitud de EE.UU. de la que la presente solicitud reivindica prioridad. Una descripción detallada de las etiquetas magnética, RFID y de las etiquetas de combinación usadas conjuntamente en las realizaciones de la presente invención se describen en la Sección I, más adelante, y las realizaciones de la presente invención se especifican detalladamente en la Sección II, más adelante.
I. Etiquetas y Elementos para ser usados con Realizaciones de la Presente invención
Una etiqueta usada con las realizaciones de la invención que se describen en la Sección II, más adelante, puede incorporar puede incorporar a la vez una identificación del objeto y una seguridad eficaz en un dispositivo único. Preferiblemente, incluye un elemento que es sensible a una señal de interrogación magnética, y un elemento que es sensible a una señal de interrogación de radiofrecuencia. En una realización, el elemento magnéticamente sensible proporciona también la antena para el elemento sensible a la radiofrecuencia. El término ``sensible'' significa, en el contexto de la presente invención, que el elemento proporciona información inteligible cuando es sometido a un campo de interrogación apropiado. Los elementos individuales se describen primero más adelante, seguidos por una descripción de una etiqueta de combinación. Como será evidente, las realizaciones de la presente invención descritas en la Sección II, más adelante, pueden incluir un elemento de RFID solo, o una combinación de un elemento de RFID y un elemento de seguridad magnético.
A. El Elemento Magnéticamente Sensible
El elemento magnéticamente sensible es preferiblemente de un material ferromagnético de alta permeabilidad, baja fuerza coercitiva, tal como el material usado en las tiras vendidas por la Minnesota Mining and Manufactoring Company de St. Paul, Minnesota, EE.UU. (3M) bajo la designación de tiras de marca ``TATTLE-TAPE®''. Estas tiras, o montajes de marcadores se describen en varias patentes asignadas a 3M, que incluyen las Patentes de EE.UU. Núms. 5.331.313 (Koning) y 3.747.086 (Peterson). Ejemplos de materiales ferromagnéticos de alta permeabilidad y baja fuerza coercitiva, incluyen el permaloy (una aleación de níquel/hierro), y metales amorfos de alto comportamiento tales como los que pueden obtenerse de la Allied Signal Company de Morristown, NY, EE.UU. bajo las designaciones Metglas 2705M y Metglas 2714A.
El elemento magnéticamente sensible puede ser de un estado único o de dos estados, dependiendo de la naturaleza del artículo con el que está asociado el elemento. Por ejemplo, ciertos libros de referencia en bibliotecas no pueden ser extraídos de la biblioteca, y por tanto un marcador de estado único (que no pueda ser desactivado) indicaría siempre si ese libro ha pasado dentro de una zona de interrogación. Otros artículos, tales como, materiales de biblioteca ordinarios o mercancías comerciales, pueden requerir un montaje de marcadores de dos estados, de modo que cuando el artículo haya sido procesado correctamente el marcador pueda ser desactivado apropiadamente para impedir que sea detectado por la fuente de interrogación. La funcionalidad de dos estados se proporciona generalmente por medio de la adición de secciones de material magnético de mayor coercitividad en la proximidad con el material magnético de baja coercitividad, como se describe más adelante y en la patente de Paterson referenciada anteriormente.
Ciertos elementos magnéticamente sensibles tienen capacidad para cambiar la orientación magnética cuando pasan a través de un campo magnético alternativo de baja frecuencia (de 50 Hz a 100 KHz, por ejemplo), y para producir una respuesta característica predeterminada que pueda ser detectada por las bobinas de recepción de un detector. La función de conmutación del montaje marcador está controlada por el estado de magnetización de los elementos de alta fuerza coercitiva, o ``elementos guardianes''. Cuando estos elementos guardianes están magnetizados, la capacidad del marcador para conmutar magnéticamente hacia atrás y hacia delante dentro del campo magnético alternativo de la zona de interrogación se altera, y el marcador típicamente no es detectado. Cuando los elementos guardianes están desmagnetizados, el marcador puede realizar de nuevo la función de conmutación, permitiendo que la fuente de interrogación detecte la presencia del marcador. Los elementos guardianes pueden ser proporcionados de diferentes maneras, como se sabe en la técnica.
El montaje de marcadores puede incluir también adhesivo en uno o en ambos lados del mismo, para que pueda ser adherido a un libro o a otro artículo. La capa o capas de adhesivo pueden estar cubiertas por un forro separable, para impedir la adhesión no pretendida del marcador a una superficie antes de su aplicación a la superficie pretendida. Estas y otras características del montaje de marcadores se describen en las Patentes de EE.UU. Núms. 3.790.945 (Fearon), 5.083.112 (Piotrowski) y 5.331.313 (Koning), todas referenciadas anteriormente.
Puesto que los elementos magnéticos de baja frecuencia de este tipo son difíciles de apantallar para evitar la detección, pueden usarse eficazmente en una amplia variedad de artículos cuando la seguridad es importante. En adición, pueden ser desactivados y reactivados, completa y repetidamente, más adecuadamente que otros marcadores que emplean otras tecnologías EAS, haciéndolos más adecuados para ser usados en ciertas aplicaciones (tales como bibliotecas) en las que esta característica es muy conveniente.
B. El Elemento Sensible a la Radiofrecuencia
Las etiquetas de RFID pueden ser activas o pasivas. Una etiqueta activa incorpora una fuente de energía adicional, tal como una pila, en la construcción de etiqueta. Esta fuente de energía adicional permite activar etiquetas de RFID para crear y transmitir señales de respuesta fuertes incluso en regiones en las que el campo de radiofrecuencia de interrogación es débil, y por tanto una etiqueta de RFID activa puede ser detectada a mayor distancia. No obstante, la vida útil relativamente corta de las pilas limita la vida útil de la etiqueta. En adición, la pila se añade al tamaño y coste de la etiqueta. Una etiqueta pasiva deriva la energía necesaria para alimentar la etiqueta del campo de frecuencias de radio que interroga, y usa esa energía para transmitir códigos de respuesta modulando la impedancia de la antena presente para el campo de interrogación, modulando de ese modo la señal reflejada hacia la antena lectora. Por tanto, su alcance es más limitado. Puesto que las etiquetas pasivas son preferidas para muchas aplicaciones, el resto de la exposición se limitará a esta clase de etiqueta. Los expertos en la técnica, no obstante, reconocerán que estos dos tipos de etiquetas comparten muchas características y que ambos pueden usarse con esta invención.
Como se muestra en la figura 1, un elemento 10 sensible a la radiofrecuencia pasivo incluye típicamente dos componentes: un circuito 12 integrado y una antena 14. El circuito integrado proporciona la función de identificación primaria. Incluye software y circuitos para almacenar permanentemente la identificación de la etiqueta y otra información deseable, interpreta y procesa los comandos recibidos del hardware de interrogación, responde a solicitudes de información efectuadas por el interrogador, y ayuda al hardware a resolver conflictos resultantes de muchas etiquetas que respondan a la interrogación simultáneamente. Opcionalmente, el circuito integrado puede permitir la actualización de la información almacenada en su memoria (lectura/escritura) en oposición a la sola lectura de la información (solamente lectura). Los circuitos integrados adecuados para ser usados en marcadores de RFID incluyen aquellos que pueden obtenerse de Texas Instruments (en su línea de productos Tag-it o TIRIS), Phillips (en su línea de productos I-Code, Mifare y Hitag), Motorola/Indala, y Single Chip Systems (Sistemas de Chip único), entre otros.
La geometría y las propiedades de la antena dependen de la frecuencia de funcionamiento deseada de la porción de RFID de la etiqueta. Por ejemplo, las etiquetas de RFID de 2,45 GHz (o similares) incluirían típicamente una antena dipolo, tal como las antenas dipolo lineales 14 mostradas en la figura 1A, o las antenas dipolo plegadas 14a mostradas fijadas al elemento 10a sensible a la radiofrecuencia en la figura 1B. Una etiqueta de RFID de 13,56 MHz (o similar) usaría una antena de bobina o espiral 14b, como se muestra fijada al elemento 10b sensible a la radiofrecuencia en la figura 2. En cualquier caso, la antena 14 intercepta la energía de radiofrecuencia radiada por una fuente de interrogación. Esta energía de la señal es portadora de potencia y de comandos para la etiqueta. La antena permite que el elemento sensible a la RF absorba suficiente energía para alimentar el chip de IC (circuito integrado) y de ese modo proporcione la respuesta que ha de ser detectada. Por tanto, las características de la antena deben estar conjugadas con las del sistema en el que está incorporada. En el caso de etiquetas que funcionen en el intervalo de altos MHz a GHz, la característica más importante es la longitud de la antena. Típicamente, la longitud eficaz de una antena dipolo se selecciona de modo que es aproximadamente la longitud de media onda o un múltiplo de la longitud de media onda de la señal de interrogación. En el caso de etiquetas que funcionen en la región de baja a media de MHz (13,56 MHz, por ejemplo) en la que una antena de longitud de media onda no es práctica debido a limitaciones de tamaño, las características importantes son la inductancia de la antena y el número de vueltas de la bobina de antena. Para ambos tipos de antena, se requiere buena conductividad eléctrica. Típicamente, se usan metales tales como el cobre o el aluminio, pero otros conductores, que incluyen metales magnéticos tales como el permaloy, son también aceptables y son, en efecto, preferidos para los propósitos de esta invención. Es importante también que la impedancia de entrada del chip de IC seleccionado está conjugada con la impedancia de la antena para una transferencia de energía máxima. Información adicional sobre las antenas es conocida por los expertos ordinarios en la técnica a partir de, por ejemplo, textos de referencia tales como Antenas, de J.D. Kraus (2ª edición 1988, McGraw-Hill, Inc. Nueva York).
Un condensador 16 se incluye a menudo para mejorar el comportamiento del marcador, como se muestra en la figura 2. El condensador 16, cuando está presente, sintoniza la frecuencia de funcionamiento de la etiqueta para un valor particular. Esto es conveniente para obtener la distancia máxima de funcionamiento y garantizar el cumplimiento de las exigencias de regulación. El condensador puede ser un componente discreto, o estar integrado en la antena como se describe más adelante. En algunos diseños de etiqueta, particularmente de etiquetas diseñadas para funcionar a muy altas frecuencias, tales como 2,45 GHz, no se requiere un condensador de sintonización. El condensador se selecciona de modo que, cuando está acoplado a la inductancia proporcionada por la antena, la frecuencia resonante de la estructura compuesta, dada por:
f_{r} = \left(\frac{1}{2\pi}\right)\sqrt{\frac{1}{LC}}
donde
C = capacitancia (en faradios)
L = inductancia (en henrios)
coincide estrechamente con la deseada frecuencia de funcionamiento. El conductor puede ser también un condensador distribuido como se describe en las Patentes de EE.UU. Núms. 4.598.276 (Tait y otros) y 4.578.654 (Tait y otros), que están asignadas a 3M. La capacitancia distribuida es conveniente para reducir el tamaño de la etiqueta, particularmente el espesor, y para minimizar el montaje manual.
En funcionamiento, como se muestra en la figura 4, la etiqueta 110 sensible a la radiofrecuencia es interrogada por un sistema 100 de seguridad EAS, que está situado típicamente cerca del punto en el que las etiquetas han de ser examinadas. Puede ser establecida una zona de interrogación colocando paneles de detección espaciados a través de las salidas de la habitación en la que están situados los artículos etiquetados, cerca de un transportador que es portador de los artículos que han de ser examinados, o de modo similar. También pueden ser utilizados dispositivos de detección manual. Una fuente 102 de interrogación (que incluye típicamente un oscilador de activación y un amplificador) está acoplada a una antena 104 (descrita algunas veces como bobina de campo) para transmitir un campo de radiofrecuencias alternativo, o señal de interrogación, en la zona de interrogación. El sistema 100 incluye también una antena para recibir una señal (mostrada como antena 104, y descrita algunas veces como una bobina de recepción) y un detector 106 para procesar las señales producidas por las etiquetas en la zona de interrogación.
La fuente 102 de interrogación transmite una señal 200 de interrogación, que puede ser seleccionada dentro de ciertas bandas de frecuencia conocidas que se prefieren porque no interfieren con otras aplicaciones, y porque satisfacen la normativa gubernamental aplicable. Cuando el elemento sensible de radiofrecuencia recibe una señal de interrogación transmite su propia señal codificada 202 de respuesta que es recibida por la antena 104 y transmitida al detector 106. El detector descodifica la respuesta, identifica la etiqueta (basado típicamente en información almacenada en un ordenador u otro dispositivo 108 de memoria), y emprende una acción basada en la señal de código detectada. Varias modificaciones del sistema ilustrado, que son conocidas por los expertos en la técnica, incluyen, por ejemplo, la utilización de antenas separadas para la fuente 102 de interrogación y el detector 106 en lugar de una antena única 104 que se ilustra.
Las etiquetas de RFID modernas proporcionan cantidades significativas de memoria accesible de usuario, algunas veces en la forma de memoria de solo lectura o de memoria de una vez de escritura, pero más preferiblemente ofrecen al usuario la posibilidad de actualizar repetidamente la memoria reescribiendo su contenido a distancia. La cantidad de memoria proporcionada puede variar, y las influencias del tamaño y el coste de la porción de circuito integrado de una etiqueta de RFID. Típicamente, entre 128 bits y 512 bits de memoria total pueden ser proporcionados económicamente. Por ejemplo, una etiqueta de RFID disponible de Texas Instruments de Dallas, Texas, bajo la designación ``Tag-it'' (Etiquétalo) proporciona 256 bits de memoria programable de usuario en adición a 128 bits de memoria reservada para artículos tales como número único de serie de la etiqueta, información de la versión y fabricación, y similares. Similarmente, una etiqueta de RFID disponible de Philips Semiconductors de Eindhoven, Holanda, bajo la designación ``I Code'' proporciona 384 bits de memoria de usuario junto con 128 bits reservados para los tipos de información antes mencionados.
Esta memoria accesible de usuario puede ser explotada para mejorar el comportamiento de un sistema de identificación desplegado, por ejemplo, en un entorno de biblioteca. Actualmente, las bibliotecas identifican los artículos explorando un código de barras óptico. El único identificador contenido en este código de barras se usa para acceder a una base de datos de circulación que incluye software proporcionado por los proveedores de automatización de bibliotecas (software LAV), en la que se mantiene permanentemente información más extensa acerca de los artículos. Aunque este sistema se ha desarrollado extensamente y funciona muy bien en muchas aplicaciones, puede tener dos inconvenientes. El primero radica en que ha de establecerse una conexión con la base de datos de circulación para acceder a la información. Esto limita la disponibilidad de la información cuando un artículo está en un lugar remoto de una conexión con esta base de datos. El segundo es que la recuperación de la información de la base de datos de circulación puede requerir a veces un periodo de tiempo inaceptablemente largo, particularmente durante periodos de mucha utilización. Mediante el almacenamiento de ciertos artículos críticos de información en la etiqueta de RFID, pueden superarse estas dos limitaciones.
Un ejemplo de información que podría mejorar el comportamiento de un sistema de identificación de biblioteca si estuviese presente en la etiqueta de RFID sería un número de identificación de biblioteca. Entonces, sin acceder a la base de datos, una biblioteca ``casera'' de artículos podría ser determinada de modo rápido y adecuado explorando simplemente la etiqueta de RFID. Otro ejemplo de información preferiblemente presente en una propia etiqueta de RFID sería un código que designase si el artículo es un libro, una cinta de vídeo, una cinta de audio, un CD, o algún otro artículo. Este código podría, por ejemplo, comprender el código de tipo de medio especificado en el Protocolo de Intercambio Estándar de 3M, que puede ser obtenido del cesionario de la presente invención. Conociendo inmediatamente el tipo de medio, los sistemas de gestión de material de la biblioteca podrían garantizar que un artículo está siendo tratado adecuadamente sin incurrir en el retardo y el inconveniente de consultar una base de datos de circulación remota. Otros ejemplos de información cuya incorporación en la etiqueta de RFID podría ser adecuada serán evidentes para los expertos en la técnica.
Otra área en la que los sistemas de RFID ofrecen una ventaja sobre los sistemas basados en un código de barras es la de la identificación de múltiples artículos. Usando complicados algoritmos de software, los lectores y marcadores de RFID cooperan para garantizar que todos los artículos en la zona de interrogación de los lectores se identifican satisfactoriamente sin la intervención del operador. Esta posibilidad permite el desarrollo de numerosas aplicaciones útiles en las áreas de control de inventarios, seguimiento de artículos y clasificación que serían de ejecución difícil o imposible con sistemas de identificación basados en códigos de barras.
C. La Etiqueta de Combinación
Como se muestra en las figuras 3 y 5 a 8, la etiqueta 20 de combinación combina un elemento magnéticamente sensible con un elemento sensible a la RFs para proporcionar las ventajas de ambos. Por tanto, los dos elementos pueden aplicarse a un artículo de interés al mismo tiempo, reduciendo costes de ese modo. La etiqueta de combinación puede ser proporcionada con un adhesivo sensible a la presión cubierto por un forro separable, que permita que la etiqueta de combinación sea adherida a una superficie del artículo cuando el forro haya sido retirado. En otra realización, la etiqueta usa el elemento magnéticamente sensible como una antena para el elemento sensible a la radiofrecuencia. El elemento magnéticamente sensible, cuando se usa como una antena, está acoplado eléctricamente al elemento sensible a la radiofrecuencia, y puede estar acoplado físicamente, o no estarlo, al elemento sensible a la radiofrecuencia.
La etiqueta de combinación hecha según la presente invención puede ser interrogada de dos maneras. En la primera, la fuente de interrogación de RFID usaría las señales de radiofrecuencia para solicitar y recibir códigos del circuito integrado. Esta información indicaría, por ejemplo, la identificación del artículo con el que está asociada la etiqueta, y si el artículo ha sido tratado adecuadamente. En la segunda, un campo de interrogación magnético interrogaría la etiqueta para determinar si la porción magnética del montaje de marcador era activa. Si el montaje de marcador era activo, la fuente de interrogación produciría una respuesta, tal como una notificación de que el artículo marcado no ha sido tratado adecuadamente. Puesto que la interrogación magnética es más resistente al apantallamiento que la interrogación de adiofrecuencia, la porción magnética de la etiqueta de combinación proporcionaría una mayor seguridad. Por tanto, las características de ambas etiquetas, magnética y de RFID, se combinan en una etiqueta única de combinación.
En una realización preferida, la etiqueta de combinación incluye un elemento magnéticamente sensible que funciona también como una antena en el circuito del elemento sensible a la radiofrecuencia. Para servir ambas funciones, el material de antena debe presentar baja coercitividad magnética y muy alta permeabilidad (para servir como un elemento de seguridad eficiente), y de moderada a alta conductividad eléctrica (para funcionar como una antena eficiente). En adición, la geometría de la antena debe ser compatible con ambas funciones. En esta realización, la antena podría, por ejemplo, ser fabricada de permaloy, una aleación de níquel y hierro.
En una realización, puede ser usada una tira de seguridad de la marca ``Tattle-Tape®'' de 3M, u otro elemento magnético equivalente, como una antena dipolo lineal para funcionar a 2,45 GHz o una alta frecuencia similar. La longitud, anchura y espesor de esta tira se eligen de modo que hagan juego con la particular frecuencia de funcionamiento y con otras características del chip de RFID usado. Típicamente, la tira sería de permaloy (disponible de un cierto número de fuentes que incluyen Carpenter Specialty Alloys, Reading, PA, EE.UU., bajo el nombre comercial ``HyMu80'') o unas aleación amorfa tal como aquella que puede obtenerse de la Allied Signal Company de Morristown, NY, bajo la designación 2705M, y su longitud estaría comprendida entre 6,35 y 16,5 cm. Los terminales del circuito integrado estarían conectados físicamente a los extremos de la tira de seguridad. Mediciones eléctricas de la impedancia y la ganancia de potencia han establecido que ese tipo de cinta magnética proporciona las mismas características eléctricas fundamentales que las antenas dipolo de cobre o aluminio usadas normalmente con ese tipo de chip, y por tanto se podría esperar que ambos funcionasen satisfactoriamente.
Cuando el elemento magnéticamente sensible se usa en al menos parte de la antena para el elemento sensible a la radiofrecuencia, los dos están acoplados eléctricamente entre sí. El acoplamiento eléctrico puede producirse porque existe una conexión física entre múltiples elementos (como se muestra en la figura 5), o, en la ausencia de una conexión física, mediante un acoplamiento electromagnético sin contacto (como se muestra en las figuras 6, 7 y 8). Un acoplamiento sin contacto puede incluir un acoplamiento parásito, un acoplamiento capacitativo o un acoplamiento inductivo, y usar tales componentes de la antena como elementos de antena parásitos, antenas reflectora y directora, antenas Yagi-Uda, u otras configuraciones de antena adecuadas.
La etiqueta de combinación mostrada en la figura 3 incluye vueltas de bobina de material magnético, La etiqueta podría ser, por ejemplo, una etiqueta de 13,56 MHz que tuviese una estructura de antena tal como 14c en la que se proporcionan colectores de flujo en las esquinas para mejorar la función magnética de la etiqueta. Podrían proporcionarse otros tipos de colectores de flujo.
La antena 20 de combinación mostrada en la figura 5 incluye una conexión física entre la antena 22, que es de material magnéticamente sensible, y el circuito integrado 12. Uno o más elementos de armadura del tipo descrito anteriormente pueden ser aplicados también al material magnéticamente sensible, de modo que este pueda ser activado y desactivado selectivamente para que proporcione una etiqueta de dos estados. La antena 22a mostrada en la figura 6, sin embargo, no está conectada físicamente al circuito integrado 12 o a la antena 23 dipolo, sino que está acoplada eléctricamente a la antena dipolo mediante un acoplamiento de dipolo parásito para proporcionar una etiqueta 20a de combinación. La antena 23 dipolo puede comprender material magnéticamente sensible o material magnéticamente no sensible.
Las figuras 7 y 8 ilustran realizaciones en las que se proporciona más de una antena 22 para que se acoplen eléctricamente con antenas 23b y 23c, respectivamente. En la antena 20b de combinación mostrada en la figura 7, el circuito integrado 12 incluye la antena 23b dipolo, que está acoplada parásitamente a las antenas 23b. Las antenas 22b son de material magnéticamente sensible, y la antena o antenas 23b pueden ser de material magnéticamente sensible. En la etiqueta 20c de combinación mostrada en la figura 8, un elemento sensible a la radiofrecuencia del tipo mostrado en la figura 2 está acoplado eléctricamente de modo parásito a las antenas 22c. Las antenas 22c se hacen de material magnéticamente sensible, y la antena o antenas 23c pueden ser de material magnéticamente sensible. Otras variaciones de estas realizaciones se diseñan fácilmente.
El espesor global de la etiqueta de combinación ha de ser tan pequeño como sea posible, para permitir que la etiqueta sea colocada indiferentemente sobre o en un artículo. Por ejemplo, la etiqueta puede ser aplicada con adhesivo entre las páginas de un libro, y puede que se desee hacer la etiqueta bastante delgada para impedir una fácil detección observando el extremo del libro. Los ICs (circuitos integrados) convencionales pueden ser aproximadamente de 0,5 mm de espesor, y el espesor global de la etiqueta es preferiblemente menor de 0,635 mm.
Las etiquetas de combinación de esta invención pueden ser proporcionadas en forma de rollo, para que permitan la aplicación secuencial automática de etiquetas individuales a los artículos. Este sistema general se describe, por ejemplo, en la Publicación de PCT Nº 97/36270 (DeVale y otros). Las etiquetas de combinación individuales, una o más superficies de las cuales pueden estar cubiertas por un adhesivo (tal como un adhesivo sensible a la presión), pueden ser retiradas del rollo y aplicadas entre dos páginas de un libro, cerca de su lomo. Un extendedor de página puede ser proporcionado para facilitar la inserción de la etiqueta de combinación, y también pueden ser proporcionadas otras opciones tales como sensores para detectar la posición de diversos componentes en el sistema.
Se considera que la etiqueta de combinación tiene utilización particular, aunque no exclusiva, en el tratamiento de materiales de biblioteca. Los materiales de biblioteca que tienen una etiqueta RFID de este tipo pueden ser comprobados dentro y fuera más fácilmente, quizás sin la ayuda de personas. Es decir, los materiales serían comprobados automáticamente al salir con un patrón particular (que puede tener el mismo una etiqueta de RFID asociada con su tarjeta de biblioteca) cuando el patrón pasa a través de una zona de detección adecuada, y comprobados de nuevo cuando el patrón vuelve a entrar en la biblioteca con los materiales. La etiqueta de la invención puede ayudar también en la gestión y análisis de inventarios, permitiendo que los administradores de la biblioteca sigan la pista de los materiales de modo instantáneo y continuo. Estas y otras características de la invención pueden, por supuesto, ser utilizadas en otras aplicaciones, tales como la manipulación de materiales en tiendas, almacenes, y similares.
En otra realización, la etiqueta de combinación podría proporcionar información de marcadores de dos estados tanto a través de una respuesta magnética (que indique si las características magnéticas de la etiqueta han sido activadas o desactivadas) como a través de una respuesta de radiofrecuencia (que indique, a través de la utilización del software adecuado, si la base de datos o la memoria en el propio chip de RFID mostrados que el artículo han sido procesados adecuadamente).
Los ejemplos siguientes proporcionan todavía más información sobre las etiquetas usadas en las realizaciones de la invención que se describen en la Sección II, más adelante.
Ejemplo Uno
Una etiqueta de combinación fue hecha de acuerdo con la presente invención. Una tira de permaloy producida a partir de una aleación que puede obtenerse de la Carpenter Technology Corporation de Reading, Pennsylvania baja la designación ``HyMu80'' fue fijada a un soporte de fijación de ensayo fabricado por Single Chip Systems (SCS) de San Diego, California. La tira medía aproximadamente 1,6 mm de ancho por 0,0254 mm de espesor por 10,16 cm de longitud. El soporte de fijación de ensayo estaba compuesto de una antena de SCS de 2,45 GHz estándar conectada a un diodo LED. El dispositivo estaba diseñado de modo que tras la exposición a un campo de 2,45 GHz suficientemente fuerte para alimentar una etiqueta típica de RFID SCS el diodo LED brillaría, proporcionando una confirmación visible inmediata del funcionamiento correcto de la porción de recepción de potencia del dispositivo. Tras reemplazar la antena SCS estándar con la antena prototipo de permaloy, el LED iluminaba aproximadamente con la misma intensidad de campo, confirmando el funcionamiento satisfactorio del prototipo.
Ejemplo Dos
La figura 3 ilustra otra realización de una antena que se considera útil con un diseño de RFID de 13,56 MHz. A esta frecuencia, se prefiere una geometría de antena de tipo de bobina. Las vueltas en espiral que comprende la bobina se hacen de una aleación magnética tal como permaloy, mediante grabado (físico o químico), troquelado o deposición a través de una máscara. Las porciones de ``brazo'' recto de la bobina sirven también como elementos magnéticamente sensibles en este diseño. No obstante, la longitud reducida de estos elementos metálicos en esta geometría limita la efectividad de la porción de seguridad magnética del dispositivo. En la realización mostrada en la figura 3, los elementos recogedores de flujo, proporcionados en las esquinas, han sido añadidos a la antena para superar esta limitación. La construcción mostrada en la figura 3 deberá incluir, preferiblemente, un condensador como se ha descrito anteriormente para sintonizar la frecuencia de funcionamiento de la antena con la frecuencia de interrogación prescrita.
Las características de la antena descrita en este ejemplo fueron comparadas con las características de conocidas antenas para los circuitos integrados de radiofrecuencia, y puesto que estos circuitos fueron similares, se consideró que la antena de este ejemplo debería funcionar adecuadamente en ese tipo de aplicación.
Las realizaciones de la presente invención descritas más adelante pueden usar una etiqueta que tenga solamente un elemento de RFID, o una etiqueta de combinación, habiendo sido descritas ambas anteriormente.
II. Sistema de Antenas para el Sistema de Interrogación de RFID A. General
La presente invención se refiere a un sistema de antenas para ser usado con un cierto número de artículos de interés, al menos algunos de los cuales incluyen elementos de RFID. En una realización preferida, el sistema de antenas incluye una cinta de antenas continua situada adyacente a los artículos, en los cuales la cinta de antenas está conectada de modo permanente o separable a una fuente de interrogación de RFID, software para tratar la información obtenida por la cinta de antenas, y un controlador que active porciones de la cinta para permitir que la fuente de interrogación de RFID obtenga información de esa porción de la cinta. Estas y otras características de la invención se describirán detalladamente más adelante. Aunque otras aplicaciones están ciertamente dentro del alcance de la presente invención, una utilización particularmente adecuada de la presente invención es para dirigir un inventario de artículos de biblioteca almacenados en estantes, y está tan incluida en el contexto de la presente invención que será descrita.
B. Componentes del Sistema
Algunos de los componentes descritos en esta sección pueden ser opcionales en ciertas aplicaciones de la presente invención.
1. Artículos Etiquetados de RFID
El sistema está destinado a obtener información de y sobre artículos que tengan elementos de RFID, que puedan estar incorporados en (y denominados alternativamente) etiquetas de RFID. En algunas realizaciones, pueden ser utilizadas las etiquetas de combinación del tipo descrito anteriormente en vez de o en adición a las etiquetas de RFID. En el caso de materiales de biblioteca, las etiquetas de RFID pueden estar colocadas en cualquier lugar en los artículos, aunque se prefiere que la etiqueta esté colocada a una distancia predeterminada de la parte inferior del artículo de modo que todos los artículos que descansen en un estante tengan las etiquetas de RFID aproximadamente en el mismo lugar. Las etiquetas de RFID preferidas no tienen que estar dentro de la línea de visión directa de la fuente de interrogación de RFID, y pueden estar fijadas a un libro, por ejemplo, en o cerca del lomo. Puesto que la cinta de estante de antenas está alimentada, y alimenta los elementos de RFID en las etiquetas, pueden ser usadas menores antenas en las etiquetas de RFID, disminuyendo de ese modo su tamaño y coste.
2. Fuente de Interrogación de RFID
La fuente de interrogación de RFID es denominada a menudo ``lector de RFID'', o dispositivo de RFID, y está destinado a interrogar una etiqueta de RFID para obtener información de la misma de una manera conocida en la técnica. El lector de RFID puede ser estacionario, portátil, o incluso manual, y está destinado a utilizar el sistema de antenas de la presente invención para interrogar las etiquetas de RFID. En otras realizaciones, el lector tiene también una antena, para incrementar la distancia de lectura del lector. Un cierto número de fabricantes hace lectores de RFID que pueden leer una diversidad de diferentes marcadores. El lector de RFID puede contener un lector de RFID Commander 320 de 13,56 MHz, fabricado por Texas Instruments de Dallas, Tejas. Un módulo de lector manual puede obtenerse de I.D.Systems bajo la designación ``flx-msr'' que aunque tiene una distancia de lectura limitada debido a su bajo consumo de potencia, funciona bien como un lector portátil. Otra unidad lectora puede obtenerse de Phillips como un juego de piezas de exploración para trabajar con marcadores Phillips, pero no se cree que Phillips comercialice el lector. Otros lectores que funcionan a frecuencias más altas incluyen el sistema de Single Chip Systems de 2,45 GHz, y el sistema de Amtech de 900 MHz. Cualquiera de estas fuentes de interrogación disponibles comercialmente, u otras conocidas hoy día o que se desarrollen más adelante, puede ser utilizada con una cinta de estantería de antenas diseñada adecuadamente como la fuente de interrogación. Puesto que el lector de RFID y la cinta de antenas descritos en esta memoria han de trabajar juntos para interrogar artículos de interés satisfactoriamente, el diseño de la cinta de antenas particular que ha de ser realizado dependerá de la frecuencia de interrogación (y quizás de otras características) del lector de RFID. Por tanto, es muy difícil hacer declaraciones de parámetros de diseño del sistema de antenas que puedan ser aceptados universalmente.
3. Software
Una vez que el lector de RFID obtiene información de las etiquetas de RFID, se usa el software para procesar y almacenar la información de una manera seleccionada por el usuario. Este software se usa para interrogar el lector y posteriormente interrogar las etiquetas. El software envía solicitudes y comandos desde el ordenador principal al lector para obtener parámetros de funcionamiento y comprobaciones de estado del lector. El software del lector tiene también protecciones de seguridad para verificar que los comandos enviados y procedentes del lector son comandos y respuestas válidas.
Después de leer el dispositivo de RFID la etiqueta de RFID, el dispositivo puede transmitir la información de identificación del artículo a un ordenador que tenga software proporcionado por un proveedor de automatización, o LAV. Entre aproximadamente 50 sistemas de software de LAV actuales figuran ``Dynix'', que puede obtenerse de Ameritech Library Services de Provo, Utah, ``Carl ILS'' que puede obtenerse de CARL Corporation de Denver, Colorado, y ``DRA'' que puede obtenerse de DRA, de St. Louis, Missouri. El software de LAV permite que las bibliotecas gestionen la circulación de los materiales de biblioteca a través de la biblioteca, e incluye bases de datos relacionadas con patrones, materiales de biblioteca y su estado y disponibilidad, y similares.
4. Antena
Para facilitar la interrogación de las etiquetas de RFID, y la recepción de información de estas etiquetas, la presente invención incluye un sistema de antenas que puede ser continuo (y es por tanto denominado ``cinta de estante de RFID'', ``cinta de estante de antenas'' o justamente ``cinta de estante'', aunque la cinta de estante no es necesariamente adhesiva como la cinta corriente), o discontinuo, aunque para facilidad de fabricación, se prefiere normalmente la aplicación, y el funcionamiento de un sistema de antenas continuo. Aunque la presente invención puede ser efectuada con antenas discretas, se describirá con referencia a una cinta de antenas continua por conveniencia.
En una realización, las etiquetas que tienen elementos de RFID están situadas en algunos o preferiblemente en todos los artículos en un área dada de interés, y la cinta de estante de antenas está situada en o cerca del lugar de colocación de los artículos. La cinta de estante de antenas es alimentada, preferiblemente por una corriente alterna disponible. Cuando las etiquetas de RFID son interrogadas por una fuente de interrogación de RFID (una fuente única para la totalidad del área, o múltiples fuentes), esa fuente es entonces rápidamente capaz de obtener información tal como sobre la presencia o ausencia del artículo, y la identidad del artículo, opcionalmente por comparación con una base de datos. Por tanto, un inventario puede ser realizado frecuentemente, o incluso continuamente, lo cual es particularmente útil en bibliotecas.
Una cinta de estante de antenas se ilustra en la figura 9, y puede ser instalada en uno, más de uno, o en todos los estantes en un área dada de interés. La cinta de estante de antenas puede proporcionar potencia suplementaria a los elementos de RFID, lo cual reduce la potencia global necesaria para leer los elementos de RFID en las etiquetas asociadas con los materiales de biblioteca. Los lectores que requieren menos potencia pueden ser más pequeños, y por tanto más fáciles de manipular. En vez de usar un dispositivo explorador manual que pase por los artículos individuales uno tras otro, un grupo de artículos puede ser leído o explorado rápidamente en una operación usando la cinta de antenas, que permite que un usuario efectúe el seguimiento e inventario continuo de los artículos. Por tanto, un operador puede determinar en tiempo real que artículos están almacenados o colocados en los estantes, lo que simplifica grandemente, entre otras cosas, el inventario de la biblioteca.
El sistema de antenas de la presente invención funciona preferiblemente en la proximidad de una diversidad de tipos de materiales colocados en los estantes. Los estantes construidos de madera o plástico pueden afectar a la cinta de antenas, pero el diseño de las antenas puede ser adaptado fácilmente para que tenga en cuanta adecuadamente las diferentes cargas dieléctricas aplicadas a las antenas, como saben los expertos en la técnica. La cinta de antenas con respaldo adhesivo podría, por ejemplo, ser aplicada a las caras inferiores de estantes no metálicos. En algunas bibliotecas y centros de datos estarán presentes estanterías metálicas. Es preferible por lo tanto que la cinta de antenas está diseñada para funcionar en la proximidad de estantes metálicos. En la aplicación en la que se usa cinta de antenas sobre un estante metálico, el diseño adecuado de la antena, puede requerir que se incluya, por ejemplo, la adición de una capa espaciadora dieléctrica. El diseño particular requerido para optimizar el comportamiento dependerá de la frecuencia de funcionamiento seleccionada para la cinta de estante de antenas. Por ejemplo, la compatibilidad con los estantes metálicos puede lograrse espaciando la cinta de antenas del estante de metal, quizás alrededor de 1,37 cm para sistemas de RFID que funcionen a frecuencias de aproximadamente 13,56 MHz o inferiores. Por encima de 13,56 MHz, la propia estantería puede ser utilizada eficazmente en el diseño de la antena y llegar a ser una parte enteriza del sistema de antenas. Un diseño alternativo para las estanterías de metal sería tender la cinta de antenas sobre los libros en el estante directamente por encima de los libros u otros materiales de biblioteca.
Para funcionar eficazmente, cada antena individual en el montaje ha de tener un valor de Q adecuado, como se sabe en la técnica. El valor de Q representa el factor de calidad de la antena, una medida de la pérdida, eficacia y ancho de banda de la antena. Un valor de Q adecuado dependerá de otros componentes del sistema: el valor de Q de los marcadores, el valor de Q de cualquier antena de interrogación asociada con la fuente de interrogación, y del ancho de banda de la señal requerido por la electrónica de interrogación.
En una realización, la cinta de antenas de la presente invención incluye un circuito de control que le permite al lector coordinar su interrogación con una porción activada, concreta, de la cinta de antenas. Es decir, el lector interroga etiquetas de RFID asociadas con un segmento concreto de la cinta de antenas y obtiene información de esas etiquetas, y entonces interroga etiquetas asociadas con un segmento diferente (preferiblemente adyacente) de la cinta de antenas, y así sucesivamente. Esta característica es denominada direccionabilidad, y el circuito de control puede incluir un circuito multiplexor. La direccionabilidad es particularmente útil para vigilar áreas que sean demasiado grandes para ser vigiladas por una antena única, aunque es posible para un sistema grande de antenas interrogar todos los artículos de interés a la vez. Bajo un sistema de antena única de ese tipo, la fuente de interrogación sería incapaz de determinar el orden de los artículos, pero sería capaz de determinar si estaban y que artículos estaban presentes en el área de comprobación.
Como se explica con mayor detalle más adelante con referencia a la figura 10. el controlador enviará una dirección fuera a los circuitos de antena. Solamente una antena concreta será autorizada para leer las etiquetas de RFID, la cual lo efectuará por medio de un relé en la señal de lector. Después de ser leída una antena, el circuito multiplexor incrementará, activando de ese modo un siguiente segmento concreto de la cinta de antenas. Esa antena ayudará al lector de RFID a interrogar las etiquetas de RFID asociadas con ese segmento, y así Sucesivamente. Puede ser conveniente solapar los márgenes de los elementos de antena adyacentes, de modo que la primera sección lea, por ejemplo, los lugares asociados con artículos de 1 a 10, la segunda sección lea los lugares asociados con artículos 9 a 20, la tercera sección lee los lugares asociados con los artículos 19 a 30, y así sucesivamente. Esta disposición se ilustra en la figura 10, y se describe mejor más adelante. La redundancia en la interrogación de los mismos artículos dos veces (artículos 9, 10, 19 y 20, en el ejemplo anterior) puede ser tenida en cuenta por el software, y garantiza que todos los artículos son interrogados correctamente en la unión entre elementos de antena. Sería también posible interrogar segmentos concretos de una cinta de antenas sin un circuito multiplexor, por ejemplo, activando y desactivando manualmente esos segmentos de la cinta de antenas secuencialmente. Esto podría hacerse mediante un simple conmutador.
La direccionabilidad es particularmente útil para determinar el orden real de los artículos interrogados, porque asocia un lugar concreto con artículos concretos. La direccionabilidad también produce potencia incrementada para cada elemento de antena. Si no hubiera conmutadores en los otros elementos, el circuito actuaría como un gran divisor de potencia. Esto originaría que una fracción de potencia fuese enviada a cada elemento, reduciendo por tanto la probabilidad de leer las etiquetas.
La propia cinta puede comprender una cinta continua, o estar subdividida en segmentos predefinidos para ser utilizada en estantes concretos. Un ejemplo de cinta continua tendría puntos de demarcación en los que la banda de antena continua podría ser cortada, siempre que tales cortes no seccionasen un elemento de antena, o interrumpiesen cualquier circuito de direccionamiento. En el punto de demarcación, el circuito para la conexión al lector podría ser añadido mediante una simple conexión mecánica o conectándolo a la cinta (una conexión acoplada capacitivamente). En el otro extremo de la cinta habría una terminación para establecer el número de elementos. La primera vez que se emplea el circuito, un estado de inicialización deberá determinar cuantos elementos de antena están presentes, y se establecerán las direcciones de circuito. Si se emplease una cinta de longitud concreta, el circuito multiplexor y la conexión a la electrónica del lector se establecerían y estarían listas para ser utilizadas.
En otra realización, un amplificador de RF proporciona fuerza de señal adicional para interrogar la etiqueta de RFID. La cinta de antenas suministra energía de RF para activar o excitar las etiquetas y un lector posteriormente lee las etiquetas mediante un dispositivo manual o mediante la propia cinta de antenas por medio de las antenas situadas en la cinta. La cinta añade energía de RF adicional de modo que una unidad de lectura de la cinta de estante o manual puede leer las etiquetas con gran eficacia. Otra realización de la amplificación es un amplificador de RF básico colocado en serie con la línea de las señales de lectura para incrementar la potencia que va a las antenas en la cinta, y el proceso de la señal incrementada o amplificación de la señal de retorno para ayudar a descifrar la señal de retorno.
5. Integración de Sistemas
La cinta de antenas deberá conectar a la electrónica de interrogación y control y, a la vez, al software apropiado. Las antenas usadas con dispositivos de RFID (fuentes de interrogación) podrían ser también reducidas tanto en tamaño como en coste, las cuales deberán superar las dificultades actuales causadas por las antenas de cobre que son relativamente grandes y voluminosas, y de producción cara. Una cinta de antenas continua deberá satisfacer la necesidad de un sistema de antenas que sea económico, de instalación sencilla, y capaz de localizar artículos en estanterías con un grado fino de resolución, por ejemplo, aproximadamente 12 cm o menos para un sistema de 13,56 MHz. Con hardware y software apropiados, el inventario y la situación de artículos en un área dada podría ser completamente automatizado.
En una realización, un sistema de inventario de efectos de RFID funciona a una frecuencia de interrogación de 13,56 MHz, que pertenece a una banda de frecuencias que está reservada para aplicaciones industriales, científicas y médicas. Con un cambio adecuado en el diseño de la antena, está invención puede ser aplicada a un amplio margen de frecuencias y aplicaciones. Se prefiere que la amplitud de la interrogación sea suficientemente baja para que los dispositivos (incluyendo dispositivos de memoria) semiconductores comerciales (no endurecidos) de medios magnéticos, y otros aparatos electrónicos que funcionen fuera de esta banda no sean afectados adversamente. El sistema preferiblemente cumple todas las normas de emisión electromagnética aplicables de la agencia europea y FCC (Comisión de Comunicaciones Federal de EE.UU.).
Como se describe mejor más adelante con referencia a la figura 10, el lector de RFID, el circuito de control y otros componentes del sistema pueden estar asociados con un segmento concreto de la cinta de antenas, o pueden estar asociados con un dispositivo manual u otro de RFID que pueda ser fijado a, y desprendido de, la cinta de antenas. En realizaciones en las que se use una cinta de antenas única para todas las áreas de interés no puede ser requerido desprendimiento alguno. En realizaciones en las que se usen múltiples cintas de antenas, un lector portátil puede ser conectado a un primer segmento de la cinta de antenas y activado, y luego, ser desconectado y conectado a sucesivos segmentos de la cinta de antenas. En una aplicación grande, completamente automatizada en la que se use un gran número de cintas de antena, un lector puede estar asignado a un área concreta para que lea todas las cintas en esa área, es decir un lector por estante. Un ordenador central podría entonces controlar todos los lectores y el sistema completo. En otra realización de la invención, un dispositivo de RFID podría estar acoplado al sistema de cintas de antenas para interrogar el sistema sin una conexión física. Este sistema sin contactos debería incluir un dispositivo de RFID manual que se acoplaría inductivamente con una o más estaciones de acoplamiento dispuestas a través de la totalidad del área de interés. El efecto sería el mismo que con el acoplamiento físico real, pero proporcionaría beneficios adicionales incluyendo menos desgaste y roturas en el sistema, y una velocidad incrementada en el acoplamiento con múltiples antenas.
Una realización de un sistema de cinta de antenas e interrogación global se ilustra en la figura 10. Ciertos artículos de interés, 1 a 26, están dispuestos en un estante 300, y cada uno incluye un elemento de RFID asociado con ese artículo. La cinta 310 de antenas está asegurada al estante 300, e incluye elementos 312, 314, 316 de antena direccionables individualmente, y así sucesivamente. Para aplicaciones en las que la cinta de antenas haya de ser desprendida y asegurada al resto del sistema, puede ser proporcionada un puerto (tal como el puerto 320). Ha de tenerse en cuenta que las porciones del sistema indicadas como que pueden ser desprendidas de la cinta de antenas, incluyendo el lector 330 y el circuito 340 de control, pueden estar aguas arriba o aguas abajo de un puerto, según se desee. El lector 330 interroga los elementos 312, 314 y 316 de antena preferiblemente de modo secuencial, a medida que esas secciones son activadas por el circuito 340 de control. El circuito 340 de control incluye preferiblemente un circuito multiplexor. En la realización ilustrada, como se ha descrito anteriormente con referencia a elementos de antena direccionables, un primer elemento 312 de antena puede interrogar el lugar asociado con los artículos de 1 a 10, un segundo elemento 314 de antena puede interrogar el lugar asociado con los artículos 9 a 20, y así sucesivamente.
La información obtenida por el lector 330 puede ser transferida mediante medios adecuados, que incluyen una conexión sin hilos o cableada a un ordenador 350 que incluye software y una base 360 de datos. El software puede ser software de LAV u otro software, y preferiblemente interacciona con la base de datos para obtener información acerca de artículos 1 a 20 o para transmitir información sobre esos artículos a la base de datos. Los resultados pueden ser mostrados a un usuario en la presentación visual 370.
Un método para diseñar y poner en práctica un sistema de cinta de estante de antenas según la presente invención se describe de la manera siguiente. En primer lugar, producir prototipos de cinta de antenas flexibles que contenga un número deseado de elementos de antena individuales direccionables. Estas unidades se colocarán alineadas a lo largo de la cinta, y salvarán cualquier distancia requerida. Más elementos de antena proporcionan mayor resolución (una mayor capacidad para asociar artículos concretos con lugares concretos); menos elementos proporcionan menor resolución. Dos parámetros importantes que han de ser gestionados son los de obtener y mantener una impedancia correcta conjugada con la de la primera antena hasta la última antena a lo largo de la cinta, y mantener igual potencia para todas las antenas para conseguir una distancia igual de lectura. Estos parámetros son gestionados fácilmente por un experto ordinario en la técnica.
En segundo lugar, desarrollar una interfaz electrónica de interrogación, un diseño de la interfaz de las antenas y un método que permita el direccionamiento de las antenas individuales en la cinta. En tercer lugar, software de ordenador escrito que permita la adquisición de datos desde la cinta de antenas, como se requiera. En cuarto lugar, mostrar y evaluar el comportamiento del diseño de prototipo en el medio ambiental deseado mediante, por ejemplo: a) representando el modelo de radiación de una antena individual; b) determinando la distancia de lectura máxima de una antena individual; c) calculando la interferencia entre antenas adyacentes; d) evaluando la influencia de la colocación en los estantes de libros, etc., adyacentes a la cinta lectora, en el comportamiento de la detección; e) evaluando la eficiencia de la transmisión de la potencia de interrogación a lo largo de la cinta; y f) usando los resultados de estas investigaciones para determinar la geometría y el espaciamiento óptimo de las antenas.
La cinta de estantería de RFID puede ser usada también para ser aplicada en otros mercados. Por ejemplo, el sistema podría ser destinado a localizar artículos etiquetados de RF en una colección de cintas de vídeo, cintas de audio, discos o cintas de ordenador, o cartuchos de datos colocados en estanterías como se pueden encontrar en un centro de datos gubernamental o comercial. Otras aplicaciones potenciales incluyen la gestión de inventarios, seguimiento de artículos, la logística y la clasificación de efectos. Los expertos en la técnica comprenderán inmediatamente que variaciones en la invención concreta, descrita en esta memoria, están también dentro del alcance de la presente invención.

Claims (22)

1. Un sistema de antenas destinado a ser utilizado con artículos que incluyan cada uno un elemento de RFID, en el que el sistema de antenas comprende múltiples antenas, al menos una de las cuales puede ser seleccionada para facilitar la interrogación de los elementos de RFID adyacentes a la antena o antenas seleccionadas por el dispositivo de RFID, caracterizado porque
el sistema de antenas se proporciona en la forma de una cinta que se extiende longitudinalmente.
2. El sistema de antenas de la reivindicación 1, en el que el sistema comprende una fuente de potencia independiente de la potencia suministrada por una fuente de interrogación de RFID.
3. El sistema de antenas de la reivindicación 1, en el que el sistema de antenas comprende además:
un circuito multiplexor para activar selectivamente una o más antenas para interrogación.
4. El sistema de antenas de la reivindicación 1, en el que las antenas se solapan a lo largo de la longitud de la cinta.
5. El sistema de antenas de la reivindicación 1, en el que el sistema comprende al menos una antena seleccionada del grupo compuesto de antenas helicoidales, antenas dipolo, y antenas de parche de microtira de bobina.
6. El sistema de antenas de la reivindicación 1, en el que la cinta permite que el sistema de RFID determine el orden de los artículos.
7. El sistema de antenas de la reivindicación 1, en el que los elementos de RFID son interrogados sustancialmente de modo simultáneo por una fuente central de interrogación.
8. El sistema de antenas de la reivindicación 1, en el que la cinta es alimentada y activada por una unidad manual.
9. El sistema de antenas de la reivindicación 1, en el que la cinta de antenas puede ser fijada a un estante por medio de un sujetador mecánico.
10. El sistema de antenas de la reivindicación 9, en el que la cinta de antenas puede ser fijada magnéticamente a un estante de metal.
11. El sistema de antenas de la reivindicación 9, en el que la cinta de antenas tiene una capa adhesiva para ser fijada a un estante.
12. El sistema de antenas de la reivindicación 9, en el que el sistema incluye un amplificador de RF para aumentar la potencia de la señal producida por la cinta.
13. Un sistema de inventario que comprende el sistema de antenas de las reivindicaciones 1 a 12, en combinación con una fuente de interrogación y un software para procesar la información obtenida de los artículos.
14. El sistema de antenas de la reivindicación 13, en el que los artículos son materiales de biblioteca.
15. El sistema de las reivindicaciones 13 ó 14, en el que el software incluye un algoritmo para determinar si los artículos interrogados están en un orden predeterminado.
16. Un método para interrogar ciertos artículos que incluyen cada uno un elemento de RFID, que comprende las operaciones de:
(a) proporcionar un sistema de antenas alimentado de potencia que se proporciona en la forma de una cinta que se extiende longitudinalmente que tiene múltiples antenas, una o más de las cuales pueden ser seleccionadas para que proporcionen información de los artículos adyacentes a la(s) antena o antenas seleccionadas.
(b) seleccionar una primera antena;
(c) interrogar los elementos de RFID asociados con los artículos adyacentes a la primera antena; y
(d) obtener información de aquellos elementos de RFID situados cerca de los artículos adyacentes a la primera antena.
17. El método de la reivindicación 16, en el que el método comprende además las operaciones de:
(e) usar la información obtenida en la operación (d) para actualizar una base de datos que tiene información acerca de los artículos.
18. El método de la reivindicación 16, en el que el método comprende además, a continuación de las operaciones (a) a (c), las operaciones de:
(e) seleccionar una segunda antena;
(f) interrogar los elementos de RFID asociados con los artículos adyacentes a la segunda antena; y
(g) obtener información de aquellos elementos de RFID sobre los artículos adyacentes a la segunda antena.
19. El método de la reivindicación 18, en el que al menos un artículo es interrogado por ambas, la primera antena y la segunda antena.
20. El método de la reivindicación 16, en el que el método incluye además la operación de:
(e) determinar si el artículo está colocado en el lugar adyacente a la primera antena.
21. El método de la reivindicación 18, en el que el método se ejecuta de modo continuo para que proporcione información en tiempo real referente a los artículos asociados con los lugares de las antenas primera y segunda.
22. El método de la reivindicación 18, en el que el método se realiza de modo intermitente para que proporcione información referente a los artículos asociados con los lugares de las antenas primera y segunda a intervalos de tiempo deseados.
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