CN102243715A - 压电陶瓷新型标签和识别系统及识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明目的是提供一种压电陶瓷新型标签和识别系统及识别方法，以满足特殊物品的保护需要。压电陶瓷新型标签，具有压电陶瓷片，并在压电陶瓷片两个平面上涂覆导电层构成，且两个平面上的导电层之间不导通。所述识别系统，包括一个待标签的压电陶瓷新型标签，一个阻抗分析仪和一台计算机，压电陶瓷新型标签的两面导电层通过导线与阻抗分析仪连接，阻抗分析仪连接到计算机上。本发明压电陶瓷(PZT)标签因为其阻抗特征信息与PZT本身材料、胶水、结构物理特征等相关，唯一性强，且识别较为简单，具备作为特种标签使用的能力。

Description

压电陶瓷新型标签和识别系统及识别方法

技术领域

本发明属于需要高性能特殊标签的技术领域。

背景技术

标签是用于对物品进行标记和识别的工具。目前市场上有许多种标签，按存在形式可分为实物标签、电子标签以及特种标签等。实物标签是用于标明物品的品名、重量等信息的简要标牌，如包裹标签、商品包装条码标签等等。实物标签使用方便，成本低廉，但易损毁、改动。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间耦合，在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据交换。电子标签可以识别高速运动物体并可同时识别多个标签，可以通过无线电透过表层识别，操作快捷简便，但也存在一定的被篡改威胁。特种标签一般是根据特殊领域的特殊需求开发出来的，具有一些普通标签所不具备的能力，如本征超声波标签，其原理是利用材料微观结构所形成的超声波特征作为标签的识别特征，具有很强的防伪造、转置的功能，同时也能防表面污染的干扰。但同时由于其受本身材料结构的影响，故当材料发生变化时会影响到标签的判断结果。又如声学标签，利用物体特有的声学共振特性作为标签识别特征，具有检测成本低，对物体无损伤等特点，但一般需涂抹耦合剂接触式测量，且存在一定的识别难度。表面特征标签是利用物体表面的精细结构特征作为标签的识别特征，具有不接触测量的优点，但识别难度较大，抗干扰能力较差。

在特殊物品保护领域存储、运输等活动中存在替换、非法动用等安全隐患，利用标签对存放特殊物品的容器进行唯一标识可确保容器内特殊物品不被替换或非法动用。现有标签技术在此应用方面存在着一些不足，如实物标签，本身就容易被替换，无法标定容器。电子标签中的信息存在着一定的被篡改可能，不适合保护较为贵重的物品。一些特种标签，如本征超声波标签，存在材料发生变化时本征超声波也随之变化的可能，即存在一定的错判率，而声学共振标签因为共振峰振幅的差别，识别具有一定的难度，无法保证准确的识别。

发明内容

本发明目的是提供一种压电陶瓷新型标签和识别系统及识别方法，以满足特殊物品的保护需要。

压电陶瓷新型标签，其特征是具有压电陶瓷片，并在压电陶瓷片两个平面上涂覆导电层构成，且两个平面上的导电层之间不导通。

用于所述压电陶瓷新型标签的识别系统，其特征是包括一个待标签的压电陶瓷新型标签，一个阻抗分析仪和一台计算机，压电陶瓷新型标签的两面导电层通过导线与阻抗分析仪连接，阻抗分析仪连接到计算机上。

所述压电陶瓷新型标签的识别方法，其特征是按照如下步骤实施：

(1)、建立测试结果标准库：把压电陶瓷新型标签贴于被标签的物品上或储存物品的容器上，此时测量一定频率段标签的阻抗值，并将其存入测试结果标准库；

(2)识别：复测时，将复测得到的与步骤(1)相同频率段标签的阻抗值与事先存入标准库的数据进行对比，阻抗信息发生变化则证实被标签物品状态发生改变，否则，认为被标签物品未发生改变，从而通过阻抗信息识别被标签物品。

本发明有益效果：

压电陶瓷(PZT)标签因为其阻抗特征信息与PZT本身材料、胶水、结构物理特征等相关，唯一性强，且识别较为简单，具备作为特种标签使用的能力。

PZT标签具有唯一性好、防篡改能力强，识别较为简单等优点，使用时对于容器表面的一些刮痕、孔洞不敏感，抗干扰能力强，较其他标签更适合一些特殊领域的物品标定和识别。PZT实际上不能存储信息，但是它本身(胶粘或埋入某结构后)具有唯一的阻抗信息，即一定频率段的阻抗值，这种唯一的阻抗值无法复制，当然它具备防干扰性强等优点，从而能作为标签使用

附图说明

图1为发明压电陶瓷标签结构示意图。

图2为本发明标签测试识别原理图。

具体实施方式

如图1所示，压电陶瓷新型标签，其具有压电陶瓷片2，并在压电陶瓷片2两个平面上涂覆导电层1构成，且两个平面上的导电层1之间不导通。

如图2所示用于上述压电陶瓷新型标签的识别系统，其包括一个待标签的压电陶瓷新型标签，一个阻抗分析仪和一台计算机，压电陶瓷新型标签的两面导电层通过导线与阻抗分析仪连接，阻抗分析仪连接到计算机上。

如图2所示，将PZT标签通过胶粘等方法贴于待测结构上，计算机控制阻抗分析仪给予标签以扫频驱动信号，同时阻抗分析仪接收PZT响应信号并传送至计算机，通过相应的程序对比本次测量数据与标准库数据，检测数据是否一致，从而识别被标签结构。

一般情况下，将需要保护的物品放置于特定的容器中，采用一定的技术将容器封口。把PZT标签贴于储存物品的容器上(或埋入容器中)，此时测量一定频率段标签的阻抗值，并将其存入测试结果标准库。进行复测时，将复测得到的一定频率段标签的阻抗值与事先存入标准库的数据进行对比，阻抗信息发生变化则证实容器状态发生改变，否则，认为容器未发生改变，从而通过阻抗信息识别被标签物品。

事实上，如允许，可以将标签直接贴于需要标签的物品上或者埋入其中，省去装入容器及封口的环节，直接对物品进行操作。在特殊需要时，还可使用多张PZT标签，进一步增强防篡改能力和防干扰能力。

本发明识别原理：压电陶瓷因其正压电效应、负压电效应在故障诊断及监测领域得以广泛应用。对于一个PZT与结构的耦合系统，不考虑胶粘因素的影响时，存在基本关系式：

$Y=\mathrm{i\ωa}[{\mathrm{\ϵ}}_{33}^T(1-\mathrm{i\δ})-\frac{Z_s\left(\mathrm{\ω}\right)}{Z_s\left(\mathrm{\ω}\right)+Z_a\left(\mathrm{\ω}\right)}{\left(d_{32}\right)}^2{Y}_{22}^E]---\left(1\right)$

式中：Y是导纳(阻抗的倒数)，a为PZT几何常数，

是零压力下的复介电常数，δ是介电损耗因数，Z_s为结构的机械阻抗，Z_a为PZT的机械阻抗，

是零应力状态下的压电耦合常数，

是零电场下的复杨氏模量，ω是频率。

公式(1)等号左边是PZT自由状态下的电容导纳，右边是PZT与结构的机电耦合项。从公式(1)可以看出，利用PZT片与目标结构进行耦合(粘贴标签)，形成了具有标签特征的耦合阻抗特性，既与目标结构、材料的特性有关，又与标签(PZT片)的特性有关，还与胶粘的物理特性相关，因此，PZT的阻抗特性具有较强的唯一性，且抗干扰能力强，这正是PZT阻抗技术用作标签的理论基础。

Claims (3)

1.压电陶瓷新型标签，其特征是具有压电陶瓷片(2)，并在压电陶瓷片(2)两个平面上涂覆导电层(1)构成，且两个平面上的导电层(1)之间不导通。

2.用于权利要求1所述压电陶瓷新型标签的识别系统，其特征是包括一个待标签的压电陶瓷新型标签，一个阻抗分析仪和一台计算机，压电陶瓷新型标签的两面导电层通过导线与阻抗分析仪连接，阻抗分析仪连接到计算机上。

3.如权利要求1所述压电陶瓷新型标签的识别方法，其特征是按照如下步骤实施：

(1)、建立测试结果标准库：把压电陶瓷新型标签贴于被标签的物品上或储存物品的容器上，此时测量一定频率段标签的阻抗值，并将其存入测试结果标准库；

(2)识别：复测时，将复测得到的与步骤(1)相同频率段标签的阻抗值与事先存入标准库的数据进行对比，阻抗信息发生变化则证实被标签物品状态发生改变，否则，认为被标签物品未发生改变，从而通过阻抗信息识别被标签物品。

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