CN102265291A - 发射应答器、发射应答器套件、应用发射应答器的方法以及包含发射应答器的产品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于标记木质材料，诸如原木的发射应答器(10)、套件以及方法。该发射应答器包括硬质外壳，其适于通过冲击被插入到所述木质材料中，所述外壳包括楔形的第一边(12)以及与所述第一边相对的第二边(16)，第一边适于借助所述冲击刺入所述木质材料，所述第一边和第二边(12，16)限定所述发射应答器的插入方向，以及被所述外壳覆盖的射频转发装置(20)。根据本发明，所述外壳在沿垂直于所述插入方向的方向上被拉伸。所述发射应答器易于应用到原木中并且可以很好的保持在原木内。

Description

发射应答器、发射应答器套件、应用发射应答器的方法以及包含发射应答器的产品

技术领域

本发明涉及一种特殊设计的射频发射应答器以及一种在木质材料特别是原木中应用该发射应答器的方法。另外，本发明还涉及一种应用套件以及一种包含这种发射应答器的原木。这种发射应答器包括可以插入到木质材料内的外壳，以及被外壳覆盖的射频转发装置。

背景技术

基于射频识别(RFID)的追踪在贸易和工业的很多领域正变得越来越普遍。虽然许多工业部门已经利用追踪系统，其覆盖从原材料的供应到市场上的成品的产品链，但是部分由于复杂的供应链结构，林业和木材部门仍然处于该工艺的初级阶段。采伐作业本身的性质、森林工业的物流、环境因素、原木用户的需求以及木材的所需电磁属性为发射应答器应用工艺和发射应答器本身设定了特殊的要求，这里仅仅提到几个方面。这部分的主要目的就是开发方法和先进技术，通过改革的产业链来改进木材的使用以及优化林业生产，从而最小化对环境的影响(www.indisputablekey.com)。

已知有两种主要类型的RFID发射应答器(标签(tags))可用于标记原木(http://www.indisputablekey.com/transponder_applicator.php)：一种是贴片式发射应答器，可将其插入到机加工到原木中的狭缝或凹槽内，另一种是钉式发射应答器，可将其插入到钻入木材中的孔中，或者将其直接锤入木材中。贴片发射应答器通常具有矩形板的形式。但是，并不需要采取额外的机加工步骤，因为这样会减慢标记过程，增加标记过程的复杂性，并且需要昂贵的特殊工具。另外，例如，发射应答器可能在运输过程中松动并从原木中掉落。另一方面，锤入木材中的钉式发射应答器的缺点在于发射应答器的天线深埋于木质材料中，并且发射应答器的外壳必须由非常坚硬和坚固的材料制造。在实践中已经发现，制造足够坚固从而可以直接钉入木材中的钉式发射应答器是很困难的。在GB2294846的“用于木料管理的发射应答器”(Skip Garrett，美国农业部，林业局，林业管理技术技巧，1997年3月)的文章中描述了钉式发射应答器的一些实例。

发明内容

本发明的目的是克服上述问题并实现一种可以插入到原木和其他木质材料中的新型RFID发射应答器。特别的，目的是实现发射应答器和不需要预处理原木并允许发射应答器容易插入和安全容纳在原木中的发射应答器的应用方法。本发明的另一目的是实现一种用于同样目的的新型发射应答器插入套件。

本发明基于如下想法：将发射应答器形状设计成使得其在平行于木材表面的方向被拉伸，并包括当受到冲击时首先刺入木材的楔形纵向边。插入后，木材的弹性可以将发射应答器牢固地保持在木材中。

根据本发明的发射应答器包括：

-硬质外壳，其适于通过冲击在插入方向插入木质材料中，所述外壳包括楔形的第一边以及与所述第一边相对的第二边，第一边适于借助所述冲击刺入所述木质材料，所述第一边和第二边限定所述插入方向，以及

-被所述外壳覆盖的射频转发装置。

根据本发明，所述外壳，特别是其楔形边，沿垂直于所述插入方向的方向上被拉伸。

通过本发明，可以避免与贴片式发射应答器和钉式发射应答器都相关的问题。首先，不需要对木材进行初步机加工，因为发射应答器的楔形边能够在木材表面附近局部地移位木材并因此刺入木材。第二，由于该发射应答器的刺入深度比钉式发射应答器的刺入深度低得多，因此冲击力可以至少与冲击面积成比例地保持在合理的水平。换言之，与钉式发射应答器相比，在插入过程中能够为该发射应答器提供更好的支撑，从而防止由冲击力导致的对发射应答器的损坏。第三，该发射应答器的几何形状允许发射应答器的(偶极)天线保持在木材表面附近，使其便于发出询问。

根据一个实施例，所述外壳包括一个或多个沿垂直于所述发射应答器的插入方向从其侧面延伸的肩部或凹部，以有效地防止插入后发射应答器从木质材料中脱离。这是因为在发射应答器的楔形部分的刺入过程中木质材料发生移位后，弹性木质材料因试图恢复原状而扩展，因而将发射应答器牢固锁定至木材。

根据本发明的套件包括上述类型的射频发射应答器和形状设计成与发射应答器外壳的第二边的至少相当大的部分紧密配合的插入工具，以使得发射应答器可以在插入工具的引导下至少部分地进入木质材料中。发射应答器优选的是完全嵌入在木质材料表面水平下。在移除插入工具后，木材的弹性将发射应答器锁定至木材。插入工具优选的是适于靠着包含在发射应答器内的肩部处，以防止在插入过程中损坏肩部，并在工具和发射应答器之间提供更大的接触面积。该结构还防止木材纤维进入工具和发射应答器之间。

插入工具和发射应答器优选地具有大的共同接触面积以防止在插入过程中发射应答器破裂。即，插入工具优选地基本上在发射应答器整个长度上与发射应答器接触。在典型实施例中，插入工具包含凹部或者脊部，发射应答器外壳的第二边被设计为与其紧密匹配。这样可以有助于发射应答器和插入工具的对齐，即使对发射应答器施加压力，从而使得标记工艺更加坚固。

根据本发明的方法包括：

-提供如上所述的发射应答器，

-将所述发射应答器的第二边放置在与所述发射应答器的第二边紧密配合的插入工具内，

-使用所述插入工具将所述发射应答器至少部分地传送(例如，击打)到所述木质材料内，

-移除所述插入工具，以允许所述木质材料的弹性固定所述发射应答器。

所述固定优选地包括部分地回到在发射应答器的插入路径上的该弹性木材的扩展。

所述插入工具可以是类似锤子的击打工具，其随着置于其上的发射应答器直接插入至木材，或者所述插入工具可以是心轴状中间工具，其由单独的冲击构件插入。

根据一个实施例，该发射应答器被应用于原木或其他长切割木材的端部。这个位置是有利的，因为发射应答器通常是在原木成堆摆放或被装载到车辆上时被读取的。已经发现在此所述的发射应答器可以在沿着年轮或跨过年轮而很好的应用。可替代地，发射应答器可应用在原木的侧面。在这个位置，优选的是沿着木材纹理方向定位发射应答器，因为在这个方向木材的机械阻力最小并且木材的弹性最大。这是因为发射应答器在刺入过程中不需要切断木材纤维。但是，并不排除横向或者倾斜的应用。

本发明还涉及包括上述类型的发射应答器埋于其中的原木。

术语“纵向”指的是沿着发射应答器拉伸维度的方向，因此该方向平行于发射应答器被插入的平面。术语“插入方向”指的是垂直于纵向并且平行于当发射应答器被应用到木材时所使用的冲击力的方向。“侧向方向”垂直于插入方向和纵向。

术语“拉伸”应从广义上解释，主要是指发射应答器的尺寸，尤其是其楔形第一边在垂直于插入方向的至少一个方向是发射应答器在插入方向尺寸的至少两倍，通常是至少四倍。因此，本发明通过相对于被应用表面的“水平”方向明显而区别于钉式发射应答器。

本发明的其他实施例和优点将在下文中参照附图进行描述。

附图说明

图1示意了根据本发明的一个实施例的发射应答器的透视图，

图2示出了图1中示意的发射应答器的截面图，

图3示意了图1的发射应答器以及埋在其中的RFID天线和芯片的立体图，

图4A和图4B示出了根据本发明的一个实施例的发射应答器的应用过程的两个主要阶段的截面图，

图4C和图4D示出了发射应答器和应用工具的其他实施例的截面图，

图5A和图5A分别示出了根据本发明的两个实施例的发射应答器在原木中的定位。

图6示出了根据一个实施例的手动发射应答器应用工具。

具体实施方式

图1示出了根据本发明一个实施例的发射应答器10。发射应答器10沿一个方向被拉伸，并且包括在其纵向侧的楔形第一边12，第一边12适于首先刺入木材。拉伸的楔形第一部分14从第一边12延伸，用于在第一边12刺入木材时移位木材。发射应答器还包括第二部分15，它从远离第一边12的楔形第一部分14的最宽点延伸，并形成发射应答器的第二边16。

根据图1所示的实施例，楔形第一部分14在侧向方向具有最大的宽度，它比第二部分15的最大宽度还要大。换言之，在楔形第一部分14和第二部分15之间的区域内形成有两个沿着发射应答器的侧向方向延伸的肩部18A，18B。肩部的目的是在发射应答器应用后将它牢固地保持在木材内。肩部18A，18B优选地也是楔形的，以便于插入和增加机械向后阻力。如图2所示，图1中发射应答器的截面是箭头状的，第一部分14基本上是三角形的，第二部分15基本上是矩形的。这就导致了发射应答器外壳刺入木材但仍可以牢固保持的几何形状。

根据优选实施例，楔形部分14的张角为40-75度，特别是50-65度。至少对某些类型的木材来说，大约58度的张角已被认为是很适合的。

发射应答器在纵向的尺寸是发射应答器在插入方向尺寸的至少2倍，优选的是4倍，从而使发射应答器具有一个拉长的形状。例如，标签的纵向尺寸可以为30-150mm，特别是50-100mm。发射应答器的侧向宽度(从肩部18A到肩部18B)通常为3-10mm，特别是4-6mm，发射应答器的高度通常为4-20mm，特别是6-12mm。肩部的宽度优选地为至少0.5mm，以使发射应答器能够坚固地固定到木材中。

上述外壳的几何形状可以有若干变化。特别是，肩部可以由与木材相互作用的其它形式的局部保持装置补充或代替。例如，可以在外壳的侧向侧面和/或纵向端部提供更多的肩部。另外，或者可替代地，可以在外壳的侧面或者端部提供一个或多个凹部，诸如凹槽，弹性木材可以进入到这些凹部中从而将发射应答器保持在木材内。另外，或者可替代地，外壳可以由高摩擦材料制造和/或具有粗糙的区域，该区域局部地增加木材和发射应答器之间的摩擦力。

如图2和图3所示，射频转发电路20，即RFID微芯片24和天线26，被包含在发射应答器10的外壳内，因而可以被很好地保护。根据优选实施例，天线26主要沿发射应答器的纵向延伸(发射应答器的纵向尺寸限定天线26的最大长度)。如图3所示，天线也可以在发射应答器的插入方向上具有较大的尺寸。根据所示的实施例，天线26是由从微芯片24向相反方向延伸的两个三角分支构成的偶极。但是，矩形偶极天线被认为执行得至少相同。正如本领域技术人员所意识到的，天线26的形状以及天线26和微芯片24在发射应答器中的定位可以有很大的差异。

天线26通常是金属或者是含金属的材料制成的。

微芯片24和天线26优选地一体成型，并完全包含在发射应答器外壳中。这就意味着不可能移除微芯片24和天线26而不损坏发射应答器。通常，在外壳注模或压缩成型或者挤压过程中或是通过将两个独立成型的半外壳附接到一起而将微芯片24和天线26埋入外壳材料中。

根据一个实施例，微芯片24和天线26被包含在基底22上以便形成镶嵌物，该镶嵌物在外壳制作过程中被插入到外壳中。根据一个实施例，该镶嵌物被放置在第一半外壳上，可以用粘合剂或者不使用粘合剂将第一半外壳附接至第二半外壳以形成一个完整的外壳。根据可替代实施例，镶嵌物在外壳模制过程中被埋入外壳材料中。

根据可替代实施例，使用传导印刷油墨或类似物将天线26印刷在第一半外壳上。微芯片24可以在天线印刷前或者后被附接至第一半外壳，并与天线26电连接。在应用天线26之后，通过模制或通过将第一半外壳附接至另一半外壳来完成外壳。根据该技术的变型，使用一种胶片转移技术(诸如，芬兰AspactOy的Aspact技术)将天线转移到第一半外壳上，。

外壳优选的由适于注模或压缩成型或挤压的可模制材料制造。材料优选的是可生物降解的。材料可以是聚合物。根据优选实施例，外壳是由制浆兼容的材料制成的，诸如人造木材或者“液态木材”。此类材料通常包含自然聚合物，诸如木质素和自然纤维。Tecnaro GmbH的Arboform

就是此类材料的实例。这就允许被标记的木材进入制浆过程而不需要移除发射应答器，只要转发装置，即微芯片和天线，也同样由制浆兼容材料制成，或者仅有少量的不需要的部件。当例如本文所描述的薄层技术被用于制造天线时通常就是这种情况。

制浆兼容材料可以少量与其他原材料一起添加进机械、化学机械或化学制浆过程中。制浆兼容材料在制浆过程中分裂或溶解，不会留下对该过程有害的成分。特别的，这些材料不会对从由这种材料制成的发射应答器所标记的原木中制造的纸张的质量产生副作用。此类材料通常基本上由自然成分和，可选地，其他添加物组成，这些添加物固有地出现在制浆中和/或在标准制浆过程中被恢复。

参照图5，重新(resent)专门设计的楔形发射应答器10可被应用在原木40的端部或者侧面。这两个应用位置和其各自的优选发射应答器取向分别在图5A和图5B中示出。图1至图3示意的发射应答器形状对于两个位置都适合。当沿木材的纹理方向插入时，发射应答器能够最佳地刺入原木。在应用之后，楔子的肩部以及木材的弹性一起确保发射应答器可以很好的停留在木材中，并且，根据我们的试验，发射应答器很难移除。当插入原木后，发射应答器还可以在例如原木处理过程中免受任何能够损坏或移除发射应答器的外部张力。

优选的使用专用工具将楔形发射应答器插入到原木中。应用工具包括优选地金属凹部，诸如用于发射应答器的凹槽形碗状物。碗状物的形状与发射应答器的非楔形第二部分的形状相对应。工具还可以包括轴和/或手把或者其他类型的机械装置，以将带有发射应答器的碗状物击打进原木内。应用过程中的最恶劣的机械应力是由单独使用的发射应答器而不是应用工具来承受的。

图4A和图4B示出了该应用的原理。在第一阶段，使用应用工具30将发射应答器10打击进木材40，在第二阶段，移除应用工具30以便木材40的弹性将发射应答器10锁定在木材40中。如图所示，应用工具30包括凹部，该凹部由围绕凹部的材料的狭窄区域32所限定。这些区域的厚度优选地小于或等于发射应答器肩部的宽度(如果出现的话)。凹部形状设计成使得发射应答器的非楔形第二部分与应用工具30紧密配合。还可以将凹部设计成具有紧密配合，使得发射应答器10在应用之前很好的停留在应用工具30内。

图4C和图4D示意了发射应答器和对应的应用工具的可替代形状。根据图4C示意的实施例，发射应答器包括类似于参照图1至图3的前述实施例的楔形部分44和穿透木材的边42。但是，与应用工具30’接触的发射应答器的第二部分45的表面46是圆形的，尤其是半圆形的。考虑到应用过程中发射应答器所承受的机械应力，这种形式被认为是有利的。发射应答器还设置有保持肩部。必须理解的是第二部分还可以具有关于应用工具提供合适的侧向支撑的任何其他形状，使得发射应答器易于插入。例如，上述类型中的突出中心第二部分的优点在于将有更多的空间用于发射应答器的天线。

在图4D所示的实施例中，发射应答器仍然包括楔形部分44’和穿透木材的边42’。在该实施例中，设计第二部分45’的形状以便具有沿拉伸方向的中心凹槽，专门设计的应用工具30”可以装配进该凹槽中，使得其与发射应答器的上表面46’相一致。图4D所示的发射应答器没有肩部，但是它可以被应用在木材表面水平面之下，如图所示，使得木材的膨胀将发射应答器锁定在适当位置。因此，发射应答器的向上拉伸角部形成了锁定肩部。即使没有应用到那种深度，发射应答器也可以通过木材的弹性以及木材和发射应答器之间的摩擦相对好地保持在木材内。

必须理解的是，除了本发明中详述的形状以外，发射应答器的其他形状也是可行的。例如，除了三角形，即线性扩大，楔形部分可以从刺穿木材的边朝发射应答器的第二端非线性扩大。另外，除了只沿垂直于插入方向的一个方向拉伸，还可以有一个或多个分支或者部分可以在另一这样的方向延伸。因此，除了最优选的I形，发射应答器可以是例如X形、Z形、L形、T形、V形或者甚至是O形。应用工具被相应地成形。

图6示出了根据本发明的一个实施例的手动应用工具，即施放器。该施放器类似斧头，包括头部64和附接至头部64的轴66。不同于锋利的刃片，该头部64包括具有薄围绕壁的凹槽62。可替代地，该施放器可以是自动装置，包括凹陷的施放器头以及用于对施放器头部施加足够力来将发射应答器埋入木材中的装置。这种装置还可以包括用于在埋入前自动地将发射应答器供送至施放器头部的装置。

Claims (15)

1.一种用于标记木质材料，诸如原木的射频发射应答器(10)，包括：

-硬质外壳，其适于通过冲击被插入到所述木质材料中，所述外壳包括楔形的第一边(12)以及与所述第一边相对的第二边(16)，第一边适于借助所述冲击刺入所述木质材料，所述第一边和第二边(12，16)限定所述发射应答器(10)的插入方向，以及

-被所述外壳覆盖的射频转发装置(20)，

其特征在于所述外壳在沿垂直于所述插入方向的方向上被拉伸。

2.根据权利要求1所述的发射应答器，其特征在于所述外壳包括一个或多个沿垂直于所述插入方向延伸的肩部(18A，18B)或凹部。

3.根据权利要求1或2所述的发射应答器，其特征在于所述外壳包括

-锲形的第一部分(14)，其从所述第一边(12)向所述第二边(16)延伸，并具有垂直于所述插入方向和垂直于所述拉伸方向的第一最大宽度，

-第二部分(15)，其具有小于所述第一最大宽度的第二最大宽度。

4.根据权利要求3所述的发射应答器，其特征在于所述第二部分(15)为矩形或弧形，特别是在垂直于所述拉伸方向的平面中横截面为半椭圆形或半圆形。

5.根据前述任何一个权利要求所述的发射应答器，其特征在于其在垂直于所述拉伸方向的平面中的横截面为箭头形。

6.根据前述任何一个权利要求所述的发射应答器，其特征在于在所述拉伸方向上所述发射应答器的尺寸是在所述插入方向上所述发射应答器的尺寸的至少2倍，优选为至少4倍。

7.根据前述任何一个权利要求所述的发射应答器，其特征在于所述外壳的所述第一边(12)限定40-75度的角，尤其是50-65度。

8.根据前述任何一个权利要求所述的发射应答器，其特征在于所述射频转发装置(20)包括

-微芯片(24)，特别是RFID微芯片，以及

-电连接到所述微芯片(24)的天线(26)，该天线在所述外壳内部沿所述拉伸方向延伸。

9.根据前述任何一个权利要求所述的发射应答器，其特征在于例如，在所述外壳的注模或压缩成型或挤压过程中，所述射频转发装置(20)一体成型到所述外壳内。

10.根据前述任何一个权利要求所述的发射应答器，其特征在于所述射频转发装置位于基底(22)上，所述基底被放置在所述外壳内。

11.一种用于标记木质材料，诸如原木的套件，包括：

-根据前述任何一个权利要求所述的射频发射应答器(10)，以及

-插入工具(30)，其形状设计成与所述发射应答器外壳的第二边紧密配合，使得所述发射应答器能够在所述插入工具的引导下进入所述木质材料中。

12.根据权利要求11所述的套件，其特征在于所述插入工具包括所述外壳的所述第二边可插入的凹部或突出部。

13.一种用于标记木质材料，尤其是原木的方法，其特征在于：

-提供根据权利要求1-10中任何一个所述的发射应答器(10)，

-将所述发射应答器(10)的第二边(16)放置到插入工具(30)内，所述插入工具与所述发射应答器(10)的所述第二边(16)紧密配合，

-使用所述插入工具(30)将所述发射应答器(10)至少部分地传送进所述木质材料(40)中，

-移除所述插入工具(30)，以允许所述木质材料(40，42)的弹性来固定所述发射应答器。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于所述发射应答器沿所述木质材料的纹理方向被插入，或被插入到长切割木料的端部。

15.一种原木，其包括埋于其中的根据权利要求1-10中任何一个所述的发射应答器。

Images