CN101681005A - 光编址的rfid元件 - Google Patents

Abstract

提供了其中包括光编址的RFID功能的连接器、光缆、光缆组件、网络部件以及系统。还提供了一般意义上的光编址的RFID元件。这些RFID元件使用光分接器将通过光纤传播的光信号的一部分引导至换能器。该换能器产生电信号，该电信号可用来向RFID元件的集成电路写入信息、向RFID元件发送RF信号和/或对RFID元件供电。

Description

光编址的RFID元件

技术领域

本发明一般涉及射频识别(RFID)元件。更具体地，本发明涉及光编址的RFID元件以及使用这些RFID元件的光纤连接器、光缆、光缆组件、网络组件以及系统。

背景

众所周知光缆用于连接光学设备和系统。某些光缆携带多根光纤且具有一个或多个连接器。“预先连接”(Pre-connectorized)的光缆具有在制造期间附连的连接器，而其它的光缆在安装时封端并附连连接器。已知的补丁光缆(patch cable)、跳接光缆以及扇出光缆通常较短，且在各个末端具有一个或多个连接器。使用时，各个连接器将被放置在位于设备、接线板、另一连接器、适配器等的端口或插座中。

随着光纤设备和网络变得更加常见和更加复杂，对于安装和维护系统而言，正确的光缆、端口以及连接器的标识变得更加复杂。因此，已经使用诸如标签、说明标签、标记、着色以及加条纹之类的标记来帮助标识特定的光纤、光缆和/或连接器。虽然这样的标记在向安装或维护系统的技术人员提供信息时有用，但还可实现进一步的改进。

因此，可将RFID系统应用于光纤系统以提供有关光纤、连接器、部件以及端口的信息。例如，可将RFID元件(包括起应答器作用的天线和RFID集成电路芯片)附连至连接器和端口用于标识。RFID芯片储存用于RF发射的信息。通常，建议这些RFID元件是无源的，而不是有源的，从而它们响应于RFID元件天线接收到的RF信号的询问发送所存储的信息。RFID读取器包括收发器，该收发器向RFID元件发送RF信号并读取由RFID元件发送的作为响应的RF信号，从而RFID读取器可询问RFID元件以确定所存储的有关光缆、连接器、部件和/或端口的信息。

半无源或有源RFID元件可通过电连接、电池等供电。在复杂的光电系统中难以采用这种RFID元件，其原因在于引入此类需要供电的系统的成本和复杂程度。本质上，必须为各种RFID元件提供独立的电源和连接，而且必须不时地更换电池。在使用单独的、模块化的和/或可重新配置的部件的系统中，使用需要供电的RFID系统是不利的。因此，存在对在此类应用中有利地使用无源RFID元件的方法的需要。

发明概要

根据本发明的某些方面，公开了一种与能传输光信号的光纤一起使用的部件，该部件包括：外壳，该外壳可连接至光纤；附连至该外壳的光分接器，该光分接器将光信号的一部分引导出该光纤；附连至外壳且与光分接器连通的换能器，该换能器响应于光信号的该部分产生电信号；以及附连至外壳的RFID元件，该RFID元件包括与换能器电连接的集成电路。当光纤传输光信号时，光分接器将光信号的一部分引导出光纤，且换能器产生电信号并将该电信号发送至RFID元件的集成电路。替代地，可将RFID元件从光纤部件分离，但仍通过光纤或其它装置连接至光分接器。多种选择和修改都是可能的。

例如，换能器可包括光电检测器和/或换能器电路。光电检测器可包括光电二极管器件或光伏器件。

在需要时，光分接器分离的那部分光信号具有约100nW或更高的光功率，该功率足以为RFID元件产生明晰的信号，而且在必要时可使用电容器或储能器加强此功率。

可配置该换能器以使换能器所产生的电信号至少部分地对RFID元件供电，以便向RFID读取器发送RF信号。而且，可配置该换能器以使换能器所产生的电信号至少部分地对RFID元件供电，以便向集成电路写数据。在需要时，写入的数据可包括与光纤连接路径的识别、光纤的发射状态、日期以及时间中的至少一个有关的信息。替代地，可配置换能器以使其所产生的RF信号被发送至RFID元件以与其通信。

根据本发明的其它方面，公开了一种具有检测能力的光纤光缆，该光缆包括用于传输光信号的光纤和检测结构。该检测结构包括：沿光纤设置的光分接器，用于将光信号的一部分引导出该光纤，并允许光信号的大部分通过；换能器，其与光分接器连通，该换能器响应于光分接器引导出光纤的那部分光信号产生电信号；以及RFID元件，其包括与换能器电连接的集成电路。当光纤传输光信号时，光分接器将那部分光信号引导出光纤，且换能器产生电信号并将该电信号发送至RFID元件的集成电路。如上所述，多种选择和修改都是可能的。

而且，该光缆可包括沿该光纤以分开的间距设置的多个检测结构。这些检测结构可向它们相应的集成电路产生电信号，以指示光纤分开的间距处的传输状态。

根据本发明的某些其它方面，公开了一种与能传输光信号的光纤一起使用的光编址的RFID元件。该RFID元件包括可沿光纤设置的光分接器，用于将光信号的一部分引导出光纤，并允许光信号的大部分通过。该RFID元件还可包括换能器，其与光分接器连通，且响应于由光分接器引导出光纤的那部分光信号产生电信号。该RFID元件还包括集成电路，该集成电路针对RFID功能被配置，且与换能器电连接。该RFID元件还包括与集成电路电连接的天线。当光纤传输光信号时，光分接器将那部分光信号引导出光纤，且换能器产生电信号并将该电信号发送至该集成电路。如上所述，多种选择和修改都是可能的。

根据本发明的再一些其它方面，公开了一种通信系统，其包括多个互连的通信部件和多根光纤、多个RFID元件，这些RFID元件附连至靠近光纤的多个互连的通信部件中的一个或多个，这些RFID元件是光编址的RFID元件。这些RFID元件包括：光分接器，其可沿光纤中的一根设置，用于将光信号的一部分引导出光纤，并允许光信号的大部分通过；换能器，其与光分接器连通，该换能器响应于由光分接器引导出光纤的那部分光信号产生电信号；集成电路，其针对RFID功能被配置，且与换能器电连接；以及天线，其与集成电路电连接，藉此当光纤传输光信号时，光分接器将那部分光信号引导出光纤，且换能器产生电信号并将该电信号发送至集成电路，然后该集成电路与RF接收器通信以从天线接收RF信号。如上所述，多种选择和修改都是可能的。

在需要时，可配置换能器以使换能器所产生的电信号至少部分地对相应的集成电路和天线供电，以便向RF接收器发送RF信号。可配置换能器以使换能器所产生的电信号至少部分地保证将数据写入相应的集成电路。所写入的数据可包括与光纤连接路径的识别、光纤的传输状态、日期以及时间中的至少一个有关的信息。还可将换能器配置成向RFID元件提供RF信号以通过已知的RFID命令与其通信。RF接收器可包括收发器，其向相应的集成电路和天线提供功率，以将包括数据的相应的RF信号发送给RF接收器。

应当理解的是，上述一般描述和以下详细描述给出本发明的不同方面的实施例，而且旨在提供用于理解如声明要求保护的本发明诸方面的本质和特性的概览或框架。所包括的附图是为了提供对本发明的不同方面的进一步理解，而且被包括到本说明书中且构成此说明书的一部分。

附图简述

图1是根据本发明的第一实施方式的与网络部件一起使用的光编址的RFID元件以及外部RF信号源的示意图。

图2是根据本发明的某些方面且包括如图1所示的光编址的RFID元件的光纤部件以及外部RF信号源的示意图。

图3是根据本发明的某些方面且包括如图1所示的光编址的RFID元件的光纤光缆以及外部RF信号源的示意图。

图4是根据本发明的某些方面且包括多个光编址的RFID元件的系统以及多个外部RF信号源的示意图。

优选实施例的详细描述

现在将具体参考本发明的优选实施方式，其实施例在附图中示出。在可能时，将在所有附图中使用相同或类似的附图标记来指示相同或类似的部件。图1-4示出光编址的RFID元件和使用了这种RFID元件的连接器、光缆、光缆组件、通信部件以及系统的实施例。这些示例性实施方式采用光编址的RFID技术以便简单地、可靠地和/或不明显地对RFID元件供电和/或向RFID元件发送RF信号和/或向RFID元件集成电路写入数据。应当理解的是，本文中公开的实施方式仅仅是实施例，各个实施例分别包括本发明的特定方面和好处。在本发明的范围内可对以下实施例作出多种修改和变更，而且不同实施例的各方面可按照多种方式混合以获得更多实施例。因此，鉴于但不限于以下实施例，本发明的真实范围应根据本发明的全部内容来理解。

图1示出根据本发明的某些方面的光编址的RFID元件10的第一实施例。如本文中所使用地，术语“光编址”应当包括但不限于RFID元件10使用光信号将数据写入RFID元件、使用光信号将RF信号发送至RFID元件和/或使用光信号至少部分地对RFID元件供电的能力。如图所示，RFID元件10包括天线12、集成电路14、示意性表示的光分接器16以及换能器18。可提供基座20来支承元件12-18。还示出了与RFID元件10一起使用的诸如读取器、收发器之类的外部RF信号24的源22。示出RFID元件10被设置成附连至毗邻光纤26的网络部件N。网络部件N可包括任何一台传输光信号的通信设备和/或光纤。

RFID元件10在需要时可按照像常规RFID元件一样的方式工作，即经由天线12接收来自读取器、收发器等等的外部RF信号24。经由电连接27与天线12电连接的集成电路14可处理接收到的信号并按照多种方式中的任一种来作出响应。例如，集成电路14可将电信号发送至天线12，使返回的RF信号发送至RFID读取器。在返回RF信号范围内，源22和/或任何其它RF读取设备可接收并处理该返回RF信号。例如在多种应用中需要的，可使用这些功能来识别RFID元件10或多个此类元件的存在、位置或状态。在需要时，可将外部信号24传达的信息存储在RFID元件10的集成电路或其它结构中，例如向RFID元件指派识别号码，或向集成电路14的存储器写入数据。

可将RFID元件10附连至提供光输入的任何一种设备，诸如光纤26，或附连至任何一个设备零件或位置，这仅受限于RFID元件的大小和形状以及该应用。一般而言，RFID元件接收到的信号功率将随RF源24与RFID元件10之间的距离的平方成反变化。源22和RFID元件10的可用信号强度、RF信号衰减、干扰和噪声以及周围的使用环境等也可能影响RFID元件10的使用并影响其性能和读取范围。

RFID元件10的换能器18经由电连接28电连接至集成电路14。在换能器18与集成电路14之间可包括换能器电路30，用于处理换能器所产生的电信号。

光分接器16被设置成毗邻光纤26，以使通过光纤的一部分光信号变向。换能器18被设置成充分靠近光分接器16，从而它可接收至少一些由光分接器引导出光纤26的那部分光。换能器18基于它接收到的光响应地产生电信号。该电信号信号经由电连接28和可能存在的换能器电路30被发送至集成电路14。如图所示，换能器18可包括光电二极管或光伏器件，但可采用任何光电换能器和必要的处理结构和/或电路系统。

为清楚起见，在这些附图中示意性地示出光分接器16。光分接器用于分离沿光纤26传播的光信号的一部分，而不妨碍光纤执行其通信任务的能力。应当理解的是，如此处所使用地，多种结构和配置可包括光分接器16。例如，光分接器16可包括对光纤26施加微光纤弯曲。替代地，可将光纤波导定位在分接波导附近，使得光功率从光纤波导耦合至分接波导。此外，可使光纤26的芯热膨胀，和/或可在芯上刻写光栅。因此光分接器16将光从纤芯分离出来而进入它的包层中，然后向外到光电检测器等等。为改善从包层提取光，可采用折射率匹配的流体。此外，还可采用向包层提供表面粗糙度或通过抛光提供刻痕或减薄以增强从光纤提取光。因此，在需要时可使用多种技术来辅助从光纤的光提取。如此处所使用地，所有这些结构可认为是光分接器的一部分。

可将换能器18产生的电信号发送至集成电路14用于一种或多种目的。例如，可使用该电信号向集成电路14写入数据，该数据包括有关光纤26中是否有光功率传输(即它是活动的)的数据、活动时间或与光信号有关的其它参数。因此，当RFID元件10接收外部RF信号24时，RFID元件可经由RF信号响应地发送已经写入的数据。也可在刚接收到RF信号24时进行这些数据写入。替代地，可使用换能器18产生的电信号本身而不是外部RF信号24来对RFID元件10发送的RF信号供电。在这些情况下，RFID元件不需要外部RF信号或外部电源来发送信号。在需要时，来自换能器18的电信号和外部RF信号24均可对RFID元件10供电以实现与RFID读取器的通信。

光分接器16可被设计成为RFID元件10提供预定的、期望的功率级。例如，如果光纤26传输的光信号具有约1mW(0dB)的标称强度，则该信号的1％分接可提供具有约10μW范围的功率的电信号。这样的功率级处于对RFID元件的集成电路供电和使其工作所必需的量级；然而，本发明的其它实施方式可包括任何信号/功率量(或百分比)的分接。在本发明的某些实施方式中，集成电路的工作包括但不限于将数据写入集成电路中，发送RF信号；多个RFID元件之间的通信；对传感器、执行器等等的监视和/或控制；等等。较高的光信号级可允许较小的分接百分比。在期望或需要时，如果光分接器和/或光信号强度不足以使RFID集成电路工作，则可使用诸如电容器或涓流补电池之类的无源储能器一次性或在整个占空比上储能和释放能量。对于其中使用RFID元件10来检测在光纤中传输的光功率或换能器向RFID元件10写入数据的许多光缆应用，向换能器提供约100nW或更高光功率的分接器将提供合适的电功率以执行与RFID元件有关的功能，而不会使光信号损耗至不期望的水平。不过，可选择上述元件的各种特性以满足各种不同的工作参数。

此外，本发明的其它实施方式包括诸如电容器或电池之类的储能器来提供储能器的两个非限制性示例，以使换能器能在RFID元件未由外部RF信号或外部电源供电的时候检测在光纤中传输的光功率。换能器的检测可以是恒定的、周期性的、按需或按任何时间间隔或选择性指令进行，以提供关于光信号的存在、功率级或其它参数的信息。在本发明的某些实施方式中，换能器包括灵敏度约为-40dBm的一个或多个光电二极管，它们用于在约100毫秒到约500毫秒的时间周期内测量光纤中的光信号，这些测量以预定或选择的时间间隔进行，诸如作为非限制性实施例的一分钟一次。本发明的其它实施方式包括替代的换能器和/或替代的储能器，以在RFID元件未由外部RF信号或外部电源供电时检测光纤中传播的光功率。

此外，本发明的某些实施方式利用光信号向通信系统中的一个或多个RFID元件发送RF信号数据。在这些实施方式中，该光信号包括可写入RFID元件的集成电路中和/或通过RFID元件的天线直接发送的经编码的RF调制数据。本发明的再一些其它实施方式包括用于经由光信号向RFID元件提供数据的替代方法。

因为在通信系统组装时不一定知道通过光纤传输的光信号的方向(诸如以沿光纤的第一方向和/或沿一般与第一方向相反的第二方向)，所以本发明的某些实施方式包括光分接器装置，该光分接器装置适合于引导沿第一方向和第二方向传输的光信号的一部分。更具体地，这些实施方式中的某些包括光分接器，该光分接器包括适合于引导沿第一方向传输的光信号的一部分的第一光分接器和适合于引导沿第二方向传输的光信号的一部分的第二光分接器。此外，这些实施方式中的其它实施方式包括光定向耦合器，该光定向耦合器适合于将沿第一方向和第二方向传输的光信号的一部分引导至与RFID集成电路14电连接的单个换能器18。本发明的再一些其它实施方式包括替代的光分接器，该光分接器使换能器能与沿光纤的两个方向传输的光信号光连接。

图2示出光纤部件140，其包括类似于上述元件10的光编址的RFID元件110。RFID元件110的工作类似于上述元件。光分接器116将通过光纤126的光信号的一部分引导至换能器118以产生电信号，该电信号通过电连接128被发送至集成电路114。该电信号可使天线112发送RF信号，或仅仅向集成电路114写入信息，或可提供足够功率使集成电路114工作，从而实现RFID元件110与RFID读取器之间的较长距离通信。可使用以上讨论的与连接器有关的所有选项和修改。

部件140可以是任何类型的光纤设备，诸如光纤连接器、发射器、接收器、或WDM多路复用器、或光缆组件、或用作光纤系统一部分的任何其它设备。仅为了说明起见，如图所示，部件140包括连接至光纤126末端144的外壳142。部件140还可包括端接金属箍148。无论是对于单光缆或多光缆，部件140均可包括任何合适类型的部件设计，且不会对部件的类型或构造加以限制。

集成电路114可包括所存储的信息，诸如序列号、部件类型、光缆类型、制造商、制造日期、安装日期、位置、批号、性能参数(诸如在安装时测得的衰减)、光纤另一端是什么的标识等。这样的信息可在制造时或在安装时经由源122预先装载在集成电路114上。任一此信息或其它信息可当作由RF源和/或读取器分配或轮询的部件140的识别标记。此外，可使用集成电路114和/或换能器电路130确定各种类型的信息，并将其写入集成电路114，这些信息诸如线路状态、传输时间或传输停止、或可从该光信号辨别的任何参数。因此，可使用本文中公开的结构确定、写入、存储和/或传输的信息类型仅受限于其中使用这些结构的应用。

图3示出一实施方式，其中光编址的RFID元件210在离开光缆任一端的位置处被附连至光缆250。如图所示，使用了分开一定间距的多个光编址的RFID元件210(类似于上述元件10，以相似的附图标记表示)。光编址的RFID元件210可如上所述地工作。同样，使用沿给定光缆250以一定间距定位的多个此类RFID元件210可提供沿跨越长距离的光缆跟踪光信号或检测光缆中断裂252的附加好处。同样，通过识别哪些RFID元件指示有功率正在传输而哪些RFID元件指示无功率正在传输，可检测和定位光缆或网络部件之间的断路。此信息确定多个RFID元件可沿信号路径多远检测到光信号。

如图所示，统一由元件254表示的光缆250的一部分可能需要被光编址的RFID元件210替换。光缆250被示为具有暴露在光分接器216附近的单光纤226。在需要时，可将单光分接结构配置成引导来自光缆中一根以上光纤的光信号。同样，可在沿多光纤光缆的给定位置使用多个光编址的RFID元件210，每根光纤使用一个RFID元件。光缆250在需要时还可具有附连至一端或两端的如图2所示的连接器。因此，图3的结构应被认为仅仅是说明性的。

图4示出代表性的系统300，其具有起信令器件作用的多个光编址的RFID元件310。系统300包括客户所在地302、LEC中央办公室304、远程中央办公室306以及多个外部RF信号源322a、322b、322c，它们可包括用于发送和接收信号324的读取器。源322和322c固定在适当位置，而源322b是活动的，例如手持的。

各个光编址的RFID元件310可分接相关联的光纤信号以在需要时将光信号提供给各个RFID元件。例如，各个RFID元件310可连续或周期性地被邻近的RFID读取器读取，从而确认相关联的光纤是否活动和/或提供有关光信号携带的信息。相应的集成电路和天线可经由光分接器供电。替代地，光分接器只用于将数据写入集成电路，以便通过外部RF信号324的接收和相应的发射来读取。应当理解的是，可在此类系统中或与上述系统中的任一器件一起使用光编址的RFID元件和非光编址的RFID元件的组合。

因此，可将多个识别标记分配给多个网络部件以便供RF系统使用。这样的识别标记可被编程到RFID元件中的集成电路芯片中，和或它可在安装时被分配或修改并存储在集成电路芯片中。因此技术人员可识别在某个日期制造的、或某种类型的、某个日期安装的、完全连接的、携带信号的等等所有连接器。对集成电路的其它输入也是可能的，诸如温度传感器、湿度传感器等，它们也可用作识别标记。在光网络中使用光编址的RFID元件的其它目的和应用也是可用的。

因此对本领域的技术人员显而易见的是，可对本发明作出各种修改和变化而不背离本发明的精神和范围。因而，本发明旨在涵盖本发明的所有这些修改和变化，只要它们落在所附权利要求书及其等价技术方案的范围中即可。

Claims (10)

1.一种与能传输光信号的光纤一起使用的部件，所述部件包括：

光分接器，所述光分接器将所述光信号的一部分引导出所述光纤；

与所述光分接器连通的换能器，所述换能器响应于所述光信号的所述部分产生电信号；以及

附连至外壳的RFID元件，所述RFID元件包括与所述换能器电连接的集成电路，藉此当所述光纤传输所述光信号时，所述光分接器将所述光信号的所述部分引导出所述光纤，且所述换能器产生所述电信号并将所述电信号发送至所述RFID元件的集成电路。

2.一种通信系统，如权利要求1所述的部件是所述系统的一部分，所述系统包括：

多个互连的通信部件和多根光纤；

多个RFID元件，所述RFID元件附连至所述多个贴近所述光纤互连的通信部件中的一个或多个，所述RFID元件是光编址的RFID元件，且包括：

可沿所述光纤中的一根设置的光分接器，用于将所述光信号的一部分引导出所述光纤且允许所述光信号的大部分通过，

与所述光分接器连通的换能器，所述换能器响应于所述光信号被所述光分接器引导出所述光纤的所述部分产生电信号，

集成电路，其针对RFID功能被配置且与所述换能器电连接，藉此当所述光纤传输所述光信号时，所述光分接器将所述光信号的所述部分引导出所述光纤，且所述换能器产生所述电信号并将所述电信号发送至所述集成电路；

与所述集成电路电连接的天线，以及

RF接收器，用于从所述天线接收RF信号。

3.如权利要求2所述的部件，其特征在于，所述换能器被配置成使所述换能器所产生的所述电信号对所述相应的集成电路至少部分地供电，以向所述RF接收器传送RF信号。

4.如权利要求2所述的部件，其特征在于，所述换能器被配置成使所述换能器所产生的电信号至少部分地保证将数据写入所述相应的集成电路。

5.如权利要求1-4所述的部件，其特征在于，所述换能器包括从光电二极管器件、换能器电路以及光伏器件的组中选择的一个或多个元件。

6.如权利要求1-5所述的部件，其特征在于，还包括与所述换能器电连接的储能器。

7.如权利要求1-6所述的部件，其特征在于，所述换能器被配置成使所述换能器所产生的所述电信号对所述RFID元件至少部分地供电。

8.如权利要求1-7所述的部件，其特征在于，所述换能器被配置成使所述换能器所产生的电信号将数据写入所述集成电路。

9.一种与能传输光信号的光纤一起使用的光编址的RFID元件，所述RFID元件包括：

可沿所述光纤设置的光分接器，用于将所述光信号的一部分引导出所述光纤且允许所述光信号的大部分通过；

与所述光分接器连通的换能器，所述换能器响应于所述光信号被所述光分接器引导出所述光纤的所述部分产生电信号；

集成电路，其针对RFID功能被配置且与所述换能器电连接；藉此当所述光纤传输所述光信号时，所述光分接器将所述光信号的所述部分引导出所述光纤，且所述换能器产生所述电信号并将所述电信号发送至所述集成电路；以及

与所述集成电路电连接的天线，用于与RFID读取器通信。

10.如权利要求9所述的光编址的RFID元件，其特征在于，所述换能器被配置成使所述换能器所产生的所述电信号将数据写入所述集成电路。

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