CN101140612A

CN101140612A - 声波识别(swid)技术

Info

Publication number: CN101140612A
Application number: CNA2006100374679A
Authority: CN
Inventors: 刘礼白
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-09-05
Filing date: 2006-09-05
Publication date: 2008-03-12

Abstract

本发明提供了一种新的系统技术和实现方法。定名为声波识别技术。英语为Sound Wave Identification，其缩写SWID，以下即简称本发明声波识别技术为SWID。本发明声波识别技术，属于自动识别领域。是以物件为对象的标志信息标示，传送和识别的一种技术。本发明声波识别(SWID)技术有别于射频识别(以下简称RFID)的根本点在于：RFID是以射频无线电波为空中接口的传输载体；本发明SWID技术是以声波为空间接口的传输载体。RFID只适于在空气或真空环境下传播。在水(海水)，地层环境下传播就很困难。在金属表面，密集摆放的金属箱体之间应用也会有技术障碍。我们称由RFID的读写器，经真空或空气介质，到RFID电子标签之间，所构成的这个系统整体，为空中接口。SWID以声波为传输载体，SWID可以适应任何气体，液体和固体任何介质环境下传播，空气，水(海水)，地层都是适合传播的环境。SWID在金属表面，密集摆放的金属箱体之间应用也不会有技术障碍。包括SWID读写器，SWID电子标签，和中间的空气，水(海水)或地层任何种类的介质，所构成的不限于空中接口，而适合用更具普遍意义的名词空间接口。本发明所说的声波是广义的声波概念，既包括人类可听到的声波，也包括某些动物可听到或不能听到的次声波，超声波，全部广义的声波频段。除真空环境声波不能传播之外，本发明适合于空气，水下，地下，和一切传播介质环境下实现对以物件对象的标致信息的标示，传送和识别。本发明声波识别(SWID)技术提供了系统构成的非调制方案和载波调制方案。与相似技术射频识别方案相比，实现更简化，成本更低。本发明声波识别(SWID)技术提供了系统应用的四种典型案例，具体说明了本发明应用范围的广泛性，普遍性。实际上可能的应用方式并不局限于所述的典型案例。

Description

声波识别(SWID)技术

背景技术

1948年哈里·斯托曼发表“利用反射功率的通信”奠定RFID理论基础，；1980年代：RFID开始商业应用；1990年代：开始建立标准；2000年代：开始推动广泛应用。技术上经过了从低频段系统到高频段系统的过程。应用领域从静态到动态，从简单到复杂，从卡，锁类应用，到生产流程控制，从低速运动对象到高速运动对象应用的发展过程.RFID技术被认为是21世纪全球十大重要技术之一，其市场是手机的十倍以上。但是，RFID的进一步推广正在遇到种种困惑。首先遇到了金属箱体对射频天线辐射特性的影响所造成的麻烦，在密集摆放的金属箱体环境下难于正常识别的困惑。更大的难点还在于无线电波难于在水下和地下传播，对于水下和地下应用一点办法都没有。而成本问题至今仍然是大规模广泛应用的制约因素。

本发明的领域

本发明属于自动识别技术领域。当今自动识别技术可分为两大类：第一类，对自然对象固有特征的解析和识别。如语音识别，指纹识别，虹膜识别，测井声波回波识别等。第二类，对人为(含人工智能)赋予对象的标志信息的标示，传送和识别。有条形码技术，射频识别(RFID)技术。本发明所述声波识别(SWID)是继条形码技术，射频识别(RFID)技术之后，同属于第二类自动识别技术的一项新的自动识别技术。本发明SWID技术与RFID技术的根本差别在于：RFID以射频无线电波为空间接口的传输载体，实现对以物件为对象的标志信息标示，传送和识别。本发明SWID技术以声波为空间接口的传输载体。实现对物件为对象的标志信息标示，传送和识别。已有的可能被混淆的技术如：表面声波射频识别技术，其在设备设计中采用了表面声波器件，而空中接口依然是以射频无线电波作为传输载体，当然属于RFID。另外，语音识别技术，是对语音进行解析与合成的技术。再有石油钻井探测中应用到井下回波识别技术，是声波在探测领域中的应用。这后面两个例子同属于对自然对象固有特征的解析性的识别。均与本发明无关。除以上可能在名称上有相近之处而本质完全不同的情况外，在国内外论著，报道中从未有过与本发明有相关的论述。也未见到研究院所，高等院校有过相似的研究专题。

本发明所述声波识别(SWID)技术的价值，首先是对第二类识别技术的重要补充。填补了RFID在水下和地下应用的盲点，改善了RFID在金属件和金属箱体应用上的不足。再者在实现成本上也具有潜在优势，对RFID形成冲击。因此，有巨大的市场和产业价值。

发明内容

本发明所述的SWID空间接口组成。共包括SWID电子标签(或简称SWID标签)，SWID读写器和传输介质三个部分。SWID读写器和SWID电子标签通过传输介质构成下行信道和上行信道。

本发明所述的SWID标签由标签激励单元和SWID电子标签换能器组成。SWID电子标签激励单元是在次声波，可听声波，超声波频段内占有某一子频带或若干子频带，用来为SWID电子标签换能器提供激励信号的单元。同一标签上的SWID电子标签换能器与SWID电子标签激励单元工作于相同的声波(包括次声波，可听声波，超声波)频段内的同一或相同的多个子载波频带。SWID电子标签换能器用来实现电信号能量与声波能量的相互转换。当SWID电子标签处于接收状态时，SWID电子标签换能器功能是将来自SWID读写器，并经介质空间到达的声波能量转换为电信号能量；当SWID电子标签处于发送状态时SWID标签换能器的功能是将来自SWID电子标签激励单元的电信号能量转换为声波能量，并经由介质空间传送到SWID读写器。

本发明所述的SWID电子标签激励单元由激励频率源(或时钟源)，编解码器，控制，电源等部分，以及相关的通信协议和控制软件组成。SWID标签可以自带电源，也可以由接收来自SWID读写器的信号中提取能量作为标签电源。

本发明所述的SWID标签激励单元，有两种不同的设计方案：

其一。无调制设计方案如图1。本发明所述的SWID电子标签激励单元无调制设计方案中基带信号经由控制电路与SWID电子标签换能器相接。无需提供载波信号；激励频率源只有时钟源。

其二。有调制设计方案如图2。本发明所述的SWID电子标签激励单元有调制设计方案中基带信号要通过对射频载波进行调制后与SWID电子标签换能器相接。例如载波激励源进行调制。需要说明的是这里虽然出现了载波，但调制后的已调信号仍然是经换能器，并以声波为传输载体，进行信息传送。所以还是属于SWID范畴。

本发明所述的SWID有调制设计方案与RFID的另一个区别在于以无线电波为传输载体的RFID的波长远长于以声波为传输载体的SWID的波长。所以SWID的有调制设计方案的载波频率比RFID要低很多。

本发明所述的SWID读写器由读写器激励单元和读写器换能器组成。

本发明的SWID读写器激励单元将主要由SWID读写器发送部分，SWID读写器接收部分和SWID基带部分，相关的通信协议和控制软件，以及电源等部分组成。与本发明的本发明所述的SWID读写器激励单元与SWID标签激励单元一样有两种类型。

其一：无调制设计方案。无调制设计方案的SWID读写器激励单元的发送部分是将SWID基带部分形成的基带信号经放大后，送SWID读写器的换能器，将电信号转变为声波发射到介质空间，经过介质空间到达SWID标签实现对SWID电子标签的询问。来自SWID电子标签的返回信号经直接放大送SWID读写器基带部分。在无调制设计方案中，来自SWID电子标签的应答声波信号，经SWID读写器换能器将接收到的声波信号转变为电信号送到SWID读写器激励单元接收部分进行处理。

其二：有调制设计方案。有调制设计方案的SWID读写器激励单元的发送部分是将SWID基带信号作为控制(或调制)信号，对载波实施调制(或控制)后，送SWID读写器的换能器以声波型式发送到介质空间，然后到达SWID电子标签换能器，实施对SWID电子标签的询问。

有调制设计方案的SWID读写器激励单元的接收部分，通过SWID读写器换能器接收来自SWID电子标签的返回信号经放大，除去载波后，送SWID读写器基带部分。尽管这些设备中使用了载波，但其传播载体不是无线电波，而是声波。所以属于本发明所述的SWID，而不属于RFID。

本发明所述的SWID读写器激励单元的基带部分承担实现信号编解码，通信控制，和通信协议等功能。

本发明所述的SWID所使用的传输介质可以是任何气态，液态或固态介质。唯独不包括真空环境。

本发明的有益效果：

1)本发明所述的声波识别(SWID)技术的无调制方案，充分发挥了声波传输载体的技术优势。与同功能的RFID相比，省去了射频，省去了调制解调等单元，会有效地降低电子标签和读写器的成本。

2)本发明所述的声波识别(SWID)技术的有调制方案，由于使用声波作为传输载体，与同功能的RFID相比，为获得相当的传输效果，可以大大降低载波频率，也将会有效地降低电子标签和读写器的成本。

3)本发明所述的声波识别(SWID)技术由于使用声波作为传输载体，扩大了自动识别技术的应用领域。RFID的射频信号难于在水(包括海水)下，地下传播。本发明所述的声波识别(SWID)技术不但能适合于RFID应用的空气环境，而且可应用于RFID不能应用的水(包括海水)下和地下环境，，包括任何气态，液态或固态介质环境。

4)本发明所述的声波识别(SWID)技术完全不用担心RFID应用中遇到的金属件和金属箱体对标签辐射产生镜像效应，给RFID使用带来的麻烦。声波识别(SWID)技术可以在金属件和金属箱体表面使用，而且有良好的应用效果。见图4。

5)本发明所述的声波识别(SWID)技术完全不用担心RFID应用中遇到的金属箱体对安装于箱体内壁的RFID电子标签辐射产生屏蔽效应，为使用带来的麻烦。声波识别(SWID)技术可以在金金属箱体内表面使用，而且有良好的应用效果。

本发明的典型应用

1.本发明所述的声波识别(SWID)技术的典型应用之一是声波识别(SWID)电子标签装于非金属件，金属件或金属箱体表面。此时，SWID电子标签将基带信号或由基带对载波进行过调制的信号以声波(包括次声波，可听声波，超声波频段中的一个或若干子频带)为载体通过空间介质与SWID读写器构成SWID系统空间接口。

2.本发明所述的声波识别(SWID)技术的典型应用之二是声波识别(SWID)电子标签装于非金属体内部。此时，SWID电子标签将基带信号或由基带对载波进行过调制的信号以声波(包括次声波，可听声波，超声波频段中的一个或若干子频带)为载体，以此非金属体为空间介质与SWID读写器构成SWID系统空间接口。见图6。

3.本发明所述的声波识别(SWID)技术的典型应用之三是声波识别(SWID)电子标签安装于金属箱体的内侧面，SWID电子标签内仅存储常规的制造，运输过程中写入的物件对象标志信息，不带有敏感元件，无自动检测功能。为区别后面将要谈到的带有敏感元件，有自动检测功能SWID智能电子标签，称以上所述的SWID电子标签为非智能电子标签。由标签激励单元和标签换能器组成的SWID电子标签将基带信号或由基带对载波进行过调制的已调信号以声波(包括次声波，可听声波，和超声波频段中的一个或若干子频带)为载体，以箱体为空间介质与SWID读写器构成SWID系统空间接口见图5。

4.本发明所述的声波识别(SWID)技术的典型之四是SWID电子标签安装于金属箱体的内侧面，SWID电子标签内不仅存储常规的制造，运输过程中写入的对象标志信息，而且SWID电子标签还按用户需要与若干敏感元件相联接，获得并存入箱体内即时的现场探测信息，供读写器读取，称这类带有敏感元件，有自动检测功能的SWID电子标签为SWID智能电子标签。由标签激励单元和标签换能器组成的SWID智能电子标签将基带信号或由基带对载波进行过调制的信号以声波(包括次声波，可听声波，超声波频段中的一个或若干子频带)为载体，以箱体为空间介质与SWID读写器构成SWID系统空间接口。SWID智能电子标签如图3。

5.本发明所述的声波识别(SWID)技术中所用的SWID非智能电子标签和SWID智能电子标签的读写方法有接触式，近距离和远距离三种方式。

6.本发明所述的可安装于金属箱体壁内侧的SWID电子标签及其系统技术中所用的非SWID智能电子标签和SWID智能电子标签可采用自备电源或由接收信号提取电源的设计。

Claims

1.本发明提出的声波识别，和取自英文Sound Wave Identification的缩写SWID，是对人为(含人工智能)赋予以物件为对象的标志信息标示，传送和识别的技术。及由此延伸产生的声波识别(或SWID)电子标签(或简称作SWID标签)，声波识别(或SWID)读写器，声波识别系统等概念，实现原理和实施方法，均在权利保护范围之内。

2.本发明所提出的声波识别(SWID)技术所应用的声波频率范围包含次声波，声波(或称可听声波)，超声波。

3.本发明提出的声波识别(SWID)所应用的介质环境范围包括各种气体，液体和固体介质。

4.本发明提出的非调制声波识别(SWID)方案。即不经载波调制的SWID读写器基带信号进入SWID读写器换能器转变为声波能量，通过传播介质发往SWID电子标签换能器的下行信道设计，和不经载波调制的SWID电子标签基带信号进入SWID电子标签换能器转变为声波能量通过传播介质返回SWID读写器换能器的上行信道设计。

5.本发明提出的有调制声波识别(SWID)方案。即经载波调制的SWID读写器已调信号进入SWID读写器换能器转变为声波能量，通过传播介质发往SWID电子标签换能器的下行信道设计，和经载波调制的SWID电子标签已调信号进入SWID电子标签换能器转变为声波能量，通过传播介质返回SWID读写器换能器的上行信道设计。

6.本发明提出应用声波识别(SWID)系统在非金属体表面或内部装设SWID电子标签，以该非金属体与读写器之间的介质(包括以该非金属体本身)为空间介质，实现该SWID电子标签的标志信息的标示，传送和识别。

7.本发明提出应用声波识别(SWID)系统在金属件或金属箱体表面装设SWID电子标签，以该金属体与读写器之间的介质为空间介质，实现该SWID电子标签的标志信息的标示，传送和识别。

8.本发明提出应用声波识别(SWID)系统在金属箱体内壁装设SWID非

智能电子标签，以该金属壁本身为空间介质，实现该SWID电子标签的标示信息的传送和识别。

9.本发明提出应用声波识别(SWID)系统在金属箱体内壁装设SWID智能电子标签，以该金属壁本身为空间介质，实现该SWID电子标签的标示信息的传送和识别。

10.本发明提出应用声波识别(SWID)系统在金属箱体内壁装设SWID非智能电子标签，以该金属壁本身为第一层空间介质和以金属箱体与读写器之间的介质为第二层介质的复合空间介质，实现该SWID电子标签的标示信息的传送和识别。