CN102213752A

CN102213752A - 一种三维自动化rfid测试装置

Info

Publication number: CN102213752A
Application number: CN2011100505553A
Authority: CN
Inventors: 叶永嘉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2011-10-12

Abstract

本发明涉及一种三维自动化RFID测试装置，属于射频识别技术领域。具体包括上位机、三维移动机构、机械悬臂、连接立柱和夹持机构；其中三维移动机构主要包含X轴向移动机构、Y轴向移动机构和Z轴向移动机构，分别按X轴、Y轴和Z轴方向组装一体；机械悬臂的一端垂直安装于Z轴向移动机构上，另一端垂直安装连接立柱；连接立柱下方安装夹持机构，夹持机构的下表面正对被测RFID阅读器。本发明针对RFID阅读器天线和集成有电子标签的手机终端设计，可以自动化测试阅读器上方任意水平面内的场强分布，直观了解电磁场的空间分布和信号波形，进行阅读器性能的分析和最大测试距离的确定，以及方向灵敏度测试。

Description

一种三维自动化RFID测试装置

技术领域

本发明涉及一种三维自动化RFID测试装置，属于射频识别技术领域。

背景技术

射频识别技术(Radio Frequency Identification，缩写RFID)是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。

从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型(初级与次级之间的能量传递及信号传递)，在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型(雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机)。1948年哈里斯托克曼发表的″利用反射功率的通信″奠定了射频识别技术的理论基础。

为了测试射频识别天线的性能，科研工作者做了很多相关研究。

专利号为200810239330的“一种RFID标签工作电平的基准测试系统及方法”将RFID标签芯片和天线看作整体，用电磁波在自由空间的传播公式，通过参考和收发天线测量RFID标签系统的输入和输出电平，推算能够激活RFID标签工作的最小电平，再对RFID标签的理论读取距离评估。通过对决定RFID标签性能的重要指标之一的RFID标签功耗进行科学、可重复、可比较的非接触测量，解决现有技术指标不明确、测试结果误差大的问题，为使用者根据不同应用需求选择RFID标签产品提供辅助决策依据。

专利号为200910193540的“一种测试RFID阅读器接收灵敏度的方法及设备”中所述的测试方法包括，阅读器发射本振载波信号，同时侦听标签应答信号；阅读器发射的本振载波信号经障碍物反射后输入至第一环形器，第一环形器输送本振载波信号至标签应答信号模拟器；标签应答信号模拟器对本振载波信号进行调制、衰减和功分处理，生成功率相等的第一路标签模拟信号和第二路标签模拟信号，第一路标签模拟信号输入功率计，第二路标签模拟信号输入所述第一环形器，第一环形器输入第二路标签模拟信号至阅读器的接收端。其测试设备包括阅读器、第一环形器、标签应答信号模拟器及功率计。本技术方案能够准确、方便、快捷地测试RFID阅读器的接收灵敏度。

但这些方法和设备都没有给出一种自动化的测试手段。特别是在手机终端中集成了电子标签时，采用上述专利无法进行自动化连续测试。

发明内容

本发明提出了一种三维自动化RFID测试装置，可以准确有效地测试RFID阅读器和被测电子标签之间的电磁场分布；特别是当电子标签集成于手机终端时，利用本发明可以准确有效测试阅读器和手机之间的电磁场分布；系统设计完全自动化，可以大大提高测试效率和精度。

本发明的三维自动化RFID测试装置包括上位机、三维移动机构、机械悬臂、连接立柱和夹持机构；其中三维移动机构主要包含X轴向移动机构、Y轴向移动机构和Z轴向移动机构。

各组成部分的连接关系为：X轴向移动机构、Y轴向移动机构和Z轴向移动机构分别按X轴、Y轴和Z轴方向组装一体；机械悬臂的一端垂直安装于Z轴向移动机构上，另一端垂直安装连接立柱；连接立柱下方安装夹持机构，夹持机构的下表面正对被测RFID阅读器。

所述上位机的作用为根据操作员输入的命令，自动控制步进电机带动三维移动机构运动，提供良好的人机接口。

所述的三维移动机构由结构相同的X轴向移动机构、Y轴向移动机构和Z轴向移动机构构成。

每个轴向移动机构包括丝杠、步进电机和两个限位开关；步进电机安装于丝杠一端，与上位机相连，各个方向上的丝杠均由相应的步进电机控制实现平移运动；两个限位开关分别安装于丝杠两端。通过上位机发送控制脉冲给步进电机，步进电机带动丝杠做该方向上的平移运动；当丝杠上的承载物移动到一端时，该端限位开关给出脉冲信号，提示上位机终止发送控制脉冲，步进电机停止转动。

所述机械悬臂作用为固定和移动夹持机构，采用刚性材料制成，不易形变。机械悬臂垂直于Z轴向移动机构。

所述的连接立柱采用塑料材质制作，用于连接机械悬臂和夹持机构。

所述的夹持机构包括测试探头、塑料盒体和滑动片。塑料盒体可用于放置电子标签或集成了电子标签的手机，采用塑料材料大大降低其对电磁场的影响；盒体的大小可容纳一部手机，滑动片置于盒体一端，可将置于盒体里的电子标签或手机卡住；塑料盒体下端开口，可使安装在盒体内的测试探头或放置于其内的手机的感应区域裸露在空间中；测试探头通过同轴电缆与上位机相连，将场强数据信息采集后传送到上位机，用以分析RFID辐射的电磁场分布。

采用本发明的三维自动化RFID测试装置进行RFID阅读器测试的工作步骤如下：

步骤1，通过上位机控制程序使X轴向移动机构、Y轴向移动机构和Z轴向移动机构的限位归零；

步骤2，将被测RFID阅读器水平放置于夹持机构的盒体正下方，将电子标签或集成有电子标签的手机终端置于夹持机构内，测试探头通过同轴电缆与上位机相连；

步骤3，设定测试高度：上位机向Z轴向移动机构的步进电机发控制命令，自动操作Z轴向移动机构按照一定的精度移动，使得机械悬臂带动夹持机构内的测试探头移动到RFID阅读器上方一定距离处；

步骤4，设定水平测试区域：上位机向X轴向移动机构，Y轴向移动机构上的步进电机发控制命令，自动操作X轴向移动机构和Y轴向移动机构按照一定的精度在一个水平面内移动，使机械悬臂带动夹持机构内的测试探头采集RFID阅读器上方的电磁场分布，并将数据文件存储到上位机硬盘；

步骤5，根据测试要求，调整机械悬臂的上下测试距离，重复步骤3和步骤4，从而完成多个距离平面内的数据采集，根据数据进行RFID阅读器工作状态下的性能的分析和最大测试距离的确定，以及方向灵敏度测试。

当需要测试RFID阅读器在自由空间中的性能时，可不放置电子标签或集成有电子标签的手机终端，直接将测试探头正对阅读器进行测试，方法步骤不变。

有益效果

本发明针对RFID阅读器天线和集成有电子标签的手机终端设计，可以自动化测试阅读器上方任意水平面内的场强分布，直观了解电磁场的空间分布和信号波形，进行阅读器性能的分析和最大测试距离的确定，以及方向灵敏度测试，并可进行任意一点的场强分布分析和时域频域分析。利用该自动化测试装置在三个轴向上测试精度均可达到0.01毫米，测试效率提高，可在2分钟内完成一个平面的测试。

本发明的装置可以广泛应用于RFID测试领域中。

附图说明

图1为本发明的测试装置系统连接示意图；

图2为具体实施方式中的三维自动化RFID测试装置结构主视图；

图3为具体实施方式中的三维自动化RFID测试装置结构侧视图；

图4为具体实施方式中的三维自动化RFID测试装置结构俯视图；

图5为具体实施方式中的三维自动化RFID测试装置结构立体图；

图6为具体实施方式中的夹持机构结构示意图；

图7为具体实施方式中的机械悬臂与连接立柱的结构示意图；

图8为具体实施方式后的测试数据结果图。

标号说明：

1-三维移动机构，2-X轴向步进电机，3-X轴向第一限位开关，4-X轴向第二限位开关，5-X轴向丝杠，6-Y轴向丝杠，7-Z轴向丝杠，8-X轴向移动机构，9-Y轴向移动机构，10-Z轴向移动机构，11-机械悬臂，12-塑料盒体，13-滑动片，14-测试探头，15-连接立柱。

具体实施方式

为了更好地说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：

本发明的三维自动化RFID测试装置包括上位机、连接立柱15、夹持机构(包括塑料盒体12，滑动片13，测试探头14)、机械悬臂11和三维移动机构1；其中三维移动机构1包括X轴向移动机构8、Y轴向移动机构9和Z轴向移动机构10。如图5、图6和图7所示。

每一个方向上的移动机构结构相同，包括丝杠、步进电机和两个限位开关，如图4所示。对于X轴向移动机构，X轴向步进电机2安装于X轴向丝杠5一端；X轴向第一限位开关3和X轴向第二限位开关4分别安装于X轴向丝杠5两端。

本实施方式中的三维移动机构1的总体长度为658厘米，宽度为558厘米，高度为712厘米；夹持机构采用塑料材质，盒体长度12厘米，宽度6厘米。

本实施例以嵌入了电子标签的手机为例，说明本装置的具体工作过程。

步骤1，通过上位机控制程序使X轴向移动机构8、Y轴向移动机构9和Z轴向移动机构10的限位归零；

步骤2，将被测阅读器水平放置于夹持机构的塑料盒体12正下方，集成电子标签的手机置于夹持机构内，测试探头14通过同轴电缆与上位机相连；

步骤3，设定距离阅读器上表面的测试高度为1厘米，上位机向Z轴向移动机构10上的步进电机发控制命令，自动操作Z轴向移动机构按照1毫米的精度移动，带动机械悬臂11下的夹持机构内的测试探头14移动到阅读器上方，距离阅读器1厘米；

步骤4，设定水平测试区域长10厘米，宽8厘米，上位机向X轴向移动机构8，Y轴向移动机构9上的电机发控制命令，自动操作X轴向移动机构8，Y轴向移动机构9按照1毫米的精度移动，带动机械悬臂11下的夹持机构内的测试探头14采集阅读器上方10×8厘米平面内的电磁场分布，并将数据文件存储到硬盘；

步骤5，根据测试要求，调整距离阅读器上表面的测试高度为2厘米，上位机向Z轴向移动机构10上的电机发控制命令，自动操作Z轴向移动机构10按照1毫米的精度移动，带动机械悬臂11下的夹持机构内的测试探头14移动到阅读器上方2厘米处；

步骤6，设定水平测试区域长10厘米，宽8厘米，上位机向X轴向移动机构8，Y轴向移动机构9上的电机发控制命令，自动操作X轴向移动机构8，Y轴向移动机构9按照1毫米的精度移动，带动机械悬臂11下的夹持机构内的测试探头14采集阅读器上方的电场分布，并将数据文件存储到硬盘。

根据存储的数据文件画图，距离阅读器1cm的水平面内的电场强度的分布如图8所示，从该结果可以得出：阅读器上方中心位置场强最大，使用效果最好，越偏离中心，场强越弱。

Claims

1.一种三维自动化RFID测试装置，其特征在于：包括上位机、三维移动机构、机械悬臂、连接立柱和夹持机构；其中三维移动机构主要包含X轴向移动机构、Y轴向移动机构和Z轴向移动机构；

各组成部分的连接关系为：X轴向移动机构、Y轴向移动机构和Z轴向移动机构分别按X轴、Y轴和Z轴方向组装一体；机械悬臂的一端垂直安装于Z轴向移动机构上，另一端垂直安装连接立柱；连接立柱下方安装夹持机构，夹持机构的下表面正对被测RFID阅读器；

所述X轴向移动机构、Y轴向移动机构和Z轴向移动机构的结构相同；每个轴向移动机构包括丝杠、步进电机和两个限位开关；步进电机安装于丝杠一端，与上位机相连，各个方向上的丝杠均由相应的步进电机控制实现平移运动；两个限位开关分别安装于丝杠两端；通过上位机发送控制脉冲给步进电机，步进电机带动丝杠做该方向上的平移运动；当丝杠上的承载物移动到一端时，该端限位开关给出脉冲信号，提示上位机终止发送控制脉冲，步进电机停止转动。

2.根据权利要求1所述的一种三维自动化RFID测试装置，其特征在于：所述上位机的作用为根据操作员输入的命令，自动控制步进电机带动三维移动机构运动，提供良好的人机接口。

3.根据权利要求1所述的一种三维自动化RFID测试装置，其特征在于：所述机械悬臂作用为固定和移动夹持机构，采用刚性材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种三维自动化RFID测试装置，其特征在于：所述的连接立柱采用塑料材质制作，用于连接机械悬臂和夹持机构。

5.根据权利要求1所述的一种三维自动化RFID测试装置，其特征在于：所述的夹持机构包括测试探头、塑料盒体和滑动片；塑料盒体可用于放置电子标签或集成了电子标签的手机，其大小可容纳一部手机；滑动片置于盒体一端，将置于盒体里的电子标签或手机卡住；塑料盒体下端开口，使安装在盒体内的测试探头或放置于其内的手机的感应区域裸露在空间中；测试探头通过同轴电缆与上位机相连，将场强数据信息采集后传送到上位机。

6.根据权利要求1所述的一种三维自动化RFID测试装置，其特征在于：当测试RFID阅读器在自由空间中的性能时，不放置电子标签或集成有电子标签的手机终端，直接将测试探头正对阅读器进行测试。