CN102713943B - 用于识别粉尘环境和金属环境中的金属衬底的整体尺寸缩小的装置和用于在相关生产工厂中识别含有核燃料元件的容器的应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于识别存在于强金属环境、也可以是粉尘环境中的金属衬底的装置。根据本发明，所述装置包括：无源无线射频识别(RFID)标签；标签载体，其适合于附接到金属衬底并将所述标签定位在距离所述金属衬底一定距离处；和具有天线的RFID阅读器，呈感应圈的所述天线包括长度大体相等的两个同轴电缆区段，并且每个区段包括金属芯和环绕所述芯的金属褶，所述两个区段通过以下连接在一起：一方面，在其一末端处将一个区段的所述芯连接到另一个区段的所述褶并反过来进行连接，另一方面，在其另一末端处仅将所述褶连接在一起，而所述两个区段的所述芯在所述另一末端处分开。为产生所述标签载体，提供了两个实施方案。

Description

用于识别粉尘环境和金属环境中的金属衬底的整体尺寸缩小的装置和用于在相关生产工厂中识别含有核燃料元件的容器的应用方法
技术领域
本发明涉及一种用于识别存在于粉尘环境和金属环境中的尺寸缩小的金属衬底的装置。
更具体来说，本发明涉及无线射频识别系统(RFID)的调适，所述无线射频识别系统易受到尺寸制约因素和支撑件及所述支撑件所处环境的金属与粉尘制约因素的影响。
本发明所针对的主要应用是容器的识别，如在相关生产工厂中识别含有核燃料元件的屏蔽容器。
这里应指出，在本发明范围内，屏蔽容器运输装有以下粉末的储罐，如：二氧化钚粉末和/或二氧化铀粉末和/或熟料粉末，并且所述屏蔽容器具有以下功能：充当人与人之间的生物防护和充当用于在例如存储区域与生产单元的不同生产工作站之间运输储罐的运载工具。
现有技术
在生产工厂中，在从一个生产单元或存储单元至另一个单元的每次转移期间，必须保证容器的识别以便同时确保：
-依据国家和国际安全局的指示管理和监控核材料，
-可在整个生产过程中对燃料产品进行追踪。
作为用于识别核工业中容器的装置时，通常使用与光阅读器相关的条形码来标记。这一类型装置在由单元的“粉末”工作站中手套箱界定的环境中并不令人完全满意，这是因为所述环境受限定且积满灰尘。精细颗粒沉积在标签和阅读器上。条形码的对比度下降，从而降低其解读能力。所述光阅读器也会变得被灰尘覆盖并且迅速老化。
因为手套箱半透明板之间存在距离和污垢，所以现有技术无法通过将阅读器安装在手套箱外部以使其远离灰尘和辐射来预想可靠的结果。
发明者则首先致力于确定与这一手套箱环境有关的所有制约因素，接着再对这一行业中使用的各种替代技术进行评审。
发明者随后得出统一结论：无线射频识别系统(RFID)实质上最能够适应环境，这是因为其能够具有：
-100%客观阅读成功率，
-安装在手套箱外部的阅读器，
-快速阅读，
-对灰尘不敏感的阅读。
另一方面，发明者得出以下结论：市售的RFID识别装置都不适合小尺寸及高金属的环境，所述环境是在使用或不使用关断装置的情况下由手套箱自身建立，以供手套和待识别容器的通过。
因而，本发明的一个目标在于提出一种通过无线射频(RFID)识别含有核燃料元件的容器的装置，其尺寸已被缩小且在使用或不使用关断装置的情况下由手套箱自身建立来供手套和待识别容器通过的强金属环境中相当可靠。
本发明的一个更一般的目标在于提出一种存在于粉尘和高金属环境中的金属衬底的无线射频识别装置(RFID)，所述装置相当可靠并且尺寸缩小。
发明描述
为了达到所述目标，根据本发明的第一实施方案，提供了一种用于识别存在于强金属环境（也可以是粉尘环境）中的金属衬底的装置，其包含：无源无线射频识别(RFID)标签；包含铁素体元件的标签载体，其适合于附接到金属衬底且将标签定位在距离所述金属衬底一定距离处，所述标签载体包含布置在标签天线的电路回路内的短路回路；和具有天线的RFID阅读器，呈感应圈的所述天线包括长度大体相等的两个同轴电缆区段，并且每个区段同轴电缆包括金属芯和环绕所述芯的金属褶，所述两个区段通过以下连接在一起：一方面，在其一末端处将一个区段的所述芯连接到另一个区段的所述褶并反过来进行连接，另一方面，在其另一末端处仅将所述褶连接在一起，而所述两个区段的所述芯在所述另一末端处分开。
根据本发明的第二实施方案，提供了一种用于识别存在于强金属环境（也可以是粉尘环境）中的金属衬底的装置，其包含：无线射频识别(RFID)标签；由电绝缘材料制成的标签载体，其适合于附接到金属衬底且将标签定位在距离所述金属衬底一定距离处，并且所述标签载体包含适合于完全容纳所述标签的外罩；和RFID阅读器，其天线由长度大体相等的两个同轴电缆区段构成，并且每个区段同轴电缆包括金属芯和环绕所述芯的金属褶，所述两个区段通过以下连接在一起：一方面，在其一末端处将一个区段的所述芯连接到另一个区段的所述褶并反过来进行连接，另一方面，在其另一末端处仅将所述褶连接在一起，而所述两个区段的所述芯在所述另一末端处分开。
在本发明范围内，环境被称为“高金属”，这是因为在所述环境内发现不同的材料，其中大部分材料由不同性质的金属（不锈钢、铝、钢）制成。举例来说，当所述环境由核组件中的手套箱内部界定时，存在很多机械配件：发动机；传送机，其由上方能够运输屏蔽容器的不锈钢滚筒构成；升降机，其用于提升手套箱上部内的屏蔽容器，等等。此外，将金属条带放置在壁上以使手套和滚球处于适合于产生生物防护的位置。
因此，由于标签通过电隔离相对于金属衬底产生了距离，所以避免了标签有效表面的显著缩小，同时维持了限制的尺寸。此外，对于以完全密封形式容纳在外罩内的标签，其功能在粉尘环境中并未改变。
制造RFID阅读器的天线的选择尤其明智：这样能够获得固有谐振频率，换句话说，在环境中安装配置外部，所述谐振频率在维持限制的尺寸的同时与标签的谐振频率大体相等。通常来说，对于13.56MHz的高频率标签，能够使用平均电容大约为97pF的同轴电缆并且形成天线阅读器的两个区段大约为1.2mm的总长度。如下文所阐述，在形成的同轴电缆内产生不连续性的事实能够在维持限制的尺寸的同时获得增加的发射面。
标签载体是由电绝缘材料制成的一部分，所述标签载体包含RFID标签能够在内滑动的滑动外壳。有利地，由电绝缘材料制成的所述部分是基于聚乙烯(HDPE)。这一简单的选择使得其不会改变电感，从而不会修改标签的自谐振频率。
优选地，标签载体的尺寸适合将标签定位在与金属衬底相距至少4mm，优选为12mm的地方。如下文所阐述，发明者已确认：在这一距离，标签具有足够的有效表面尺寸，使得能够通过通常安装在大约为275mm的公称距离处的RFID阅读器的天线来激活和阅读（甚至是在移动的情况下）。此外，发明者已注意到：识别装置在横向移动期间的操作限值为在所述公称距离周围大约70mm（即，大约为345mm的限制距离）。
同轴电缆区段的直径优选地小于或等于1.05mm。因而通过使用具有这些小尺寸的同轴电缆，与天线RFID阅读器附接的外壳的半透明壁的可见性被尽可能小地改变。
有利地，提供连接到与环形天线隔开的芯的电子校正单元，所述单元包含用于调适阻抗和调谐环境中处于安装配置下的环形天线频率的构件。因此，可以根据所述识别装置所存在的高金属环境或低金属环境逐个执行阻抗的调适（通常为50Ω）和天线阅读器频率的调谐（通常在13.56MHz区域中）。
为了产生阅读器环形天线的供应，优选提供能够实现电磁耦合的主回路，将所述主回路连接到适合于阅读来自无源标签的识别数据的阅读器的电子模块。这一解决方案是有利的，这是因为其能够在不损害部分由校正同轴电缆区段构成的RLC谐振器的稳健性的情况下将电力引入所需的射频，并且同时能够实现通常为50Ω的所需阻抗的调适。如下文所阐述，由于能够将主回路安装在由同轴电缆两个区段构成的环形天线内并且尽可能靠近所述环形天线，所以通过与主回路电磁耦合的这一解决方案并不会另外增大电源电路的尺寸。
根据一个有利实施方案，标签经过调试以便在频率为13.56MHz进行发射，阅读器天线的同轴电缆的两个区段的平均电容为97pF/m且所述两个区段的总长度约为1.2mm。在具有这些特征的情况下，获得天线阅读器的固有谐振频率值，换句话说，在所述阅读器安装在强金属环境中时外部的固有谐振频率值大体等于13.56MHz（即，标签的谐振频率值），且尽管天线的相对较小的约为1.2m总长与低尺寸环境相容，也获得该固有谐振频率值。
本发明也涉及一种金属容器，其上附接有上文所述的识别装置的标签载体。
有利地，这种容器构成适合于容纳如二氧化钚粉末和/或二氧化铀粉末和/或熟料粉末的核燃料元件的屏蔽容器。
本发明最终涉及一个外壳，其包含定界受限的强金属环境（也可以是粉尘环境）的壁，其中至少一个壁上附接有上文所述的识别装置的RFID阅读器的天线。
有利地，在所述外壳的壁为半透明时，将天线的各区段附接到透明板状支撑件的外缘，所述板状支撑件自身附接到外壳的半透明壁中的一个壁。因此，能够在不改变能够或需要穿过外壳壁的视觉的情况下，产生尽可能伸展的环形天线。
优选地，为了不经历太多次变形，将天线各区段附接到板状支撑件的外缘以使得其曲率半径沿外缘都小于4mm。
当外壳在位于外部的个人与个人之间具有生物防护性质时，如当半透明壁中的一个壁包含一块铅玻璃质板和另一块玻璃质而非铅质的板时，优选将天线各区段的板状支撑件插入半透明壁的两块板之间。因而，由同轴电缆两个区段构成的环形天线并不会受到厚度和生物防护材料（铅）的影响。
当所述外壳具有手套箱类型时，换句话说，在一个壁有孔贯穿（每个孔由适合于收纳手套以处理外壳内容器的金属条带环绕）时，天线各区段的板状支撑件的形状有利地包绕至少一个金属条带的形状而并不环绕所述形状。由于这一布置而可确保的是，相关的金属条带通过由流过天线各区段的电流感应出的电流进行横向移动，从而将所述金属条带添加到所述天线各区段。换句话说，金属条带有助于增加由天线各区段产生且为标签供应所必需的电磁场。
再次优选地，天线各区段的板状支撑件的形状包绕至少两个金属条带的形状而并不环绕其任何形状。在手套箱为四个手套机类型时，以下是优选合适的：在不同的高度成对布置，所述对之间相对彼此偏移。
本发明最终涉及将上文所述装置应用到在其生产单元中含有核燃料元件的屏蔽容器的识别。所述屏蔽容器是例如粉末罐并且所述屏蔽容器的识别发生在每个生产工作站处在粉末生产与其生产单位的存储隧道之间。
附图简述
在参照图1至图9阅读所给出的详细描述之后，本发明的其它优点和特点将变得更为清楚，图1至图9分别表示：
-图1示出说明待识别的支撑件对RFID标签有效表面的金属影响的实验曲线，
-图2示意性示出用于在测试状况下测量RFID标签天线内所产生的磁场的磁场测量探针，
-图3示出说明放置在待识别金属衬底与RFID标签之间的间隔装置对根据本发明的第一实施方案的RFID标签的谐振频率影响的实验曲线，
-图4示意性示出用于产生根据本发明第一实施方案的RFID标签的谐振频率的校正电路的蚀刻掩模，
-图5是具有根据第一实施方案的RFID标签的标签载体的分解图，所述标签载体适合于附接到待识别的金属衬底，
-图6和图6A分别是根据本发明的第二实施方案的标签载体的前视图和侧视图，所述标签载体适合于附接到待识别的金属衬底，
-图7是根据本发明的RFID阅读器的环形天线的示意前视图，
-图8是示出产生根据图7的环形天线的示意详图，
-图9表示根据本发明的天线-RFID阅读器的电子校正单元的一个实施方案的电子布线图，
-图10详细示出根据本发明的天线-RFID阅读器与板状支撑件附接的变体，
-图11示出根据本发明通过与主回路进行电磁耦合的天线-阅读器的电力供应实施方案，
-图12示出使用根据图11的校正单元并且能够在强金属环境中的安装配置下对天线-RFID阅读器进行主调整的调整图，
-图13A和图13B示出在定界强金属环境的外壳中根据本发明的天线-RFID阅读器的板状支撑件的安装的两种模式。特定实施方案的详述
根据本发明的识别装置用作以下部件：符合ISO15693标准的无源标签和RFID阅读器。
通常来说，所述标签是频率等于13.56MHz的无源标签。举例来说，所述标签为由RAFSEC公司推向市场的尺寸为45*76mm的标签，并且所述标签并入有商标为“PhilipsIcode2SLI”的芯片。
RFID阅读器就其自身而言使用功率为1.7w、阻抗为50Ohm的模块。举例来说，所使用的阅读器是带有零件号为“RR-IDISC-MR200-A”的阅读器。
本发明涉及适合于附接到金属衬底的标签载体的定义和能够不受任何与强金属环境（另外也可以是粉尘环境）相关的干扰影响的RFID阅读器的环形天线的定义。
虽然参照手套箱类型环境中识别含有核燃料粉末的金属罐的应用进行了描述，但本发明能够同样容易地应用到其它同样高金属和粉尘环境中，所述金属罐用作核燃料元件生产的精确工作站中的传输模块。
在这一精确应用中，其中手套箱包含半透明壁，如 或基于铅玻璃，发明者应首先注意到：这些壁几乎不对调谐频率产生影响，且无源标签的发射能级为13.56MHz。
然后发明者研究了待识别支撑件的金属性质对于13.56MHz无源标签的影响。
图1是示出13.56MHz无源标签天线的有效表面相对于其距离金属板的距离的变化的曲线，所述金属板对通常由不锈钢制成的金属屏蔽容器的外壁进行表征。
可以看出，标签天线的有效表面的缩减已经近似50%时，影响远远小于30mm。距离小于3.5mm时，所述影响仅等于天线的实值的10%，并且当标签与金属衬底直接接触时，所述影响为准零。
同时，发明者已分析出：有必要增加标签天线的有效表面。如果在手套箱尺寸十分受限的环境下，发明者也分析出：保留的解决方案应符合十分严格的尺寸限制。然后发明者考虑以下两种解决方案：
1/将铁素体板插入标签天线与待识别的金属衬底之间，
2/或者将所述标签放置在一定距离处同时与待识别的金属衬底电绝缘。
由于解决方案1/增加了有效表面，所以发明者首先搜索现存的铁素体板。发明者选择制造商Kaschke的由牌号“K40”制成的铁素体板，其渗透性在20℃下为40，这可用于使用高于50MHz的频率的情况。
然后发明者对具有完美定义的尺寸的板进行测试。发明者使用与参照图1描述的测试协议相同的测试协议，但在参考标签(13.56MHz)的天线与金属板之间插入铁素体板。
已经对具有以下尺寸（分别对应于长度、宽度和厚度）的板的不同的铁素体元件进行了测试：
-铁素体元件N°1：并排两块板的总尺寸：200mm*120mm*3.75mm，
-铁素体元件N°2：板尺寸：200mm*120mm*3.75mm，
-铁素体元件N°3：板尺寸：100mm*56mm*3.75mm，
-铁素体元件N°4：纵向堆叠的两块板的总尺寸：100mm*120mm*7.5mm。
已经在图1中分别报导了pl1点、pl2点、pl3点和pl4点处的有效表面。因此，能够确立所使用的铁素体元件与等效空中距离（换句话说，绝缘体）之间的对应关系。
因此，可以注意到：对于相同的厚度(3.75mm)，板表面越大，等效空中距离也就越大。事实上，对于：
-铁素体元件N°1，有效表面为74％，即，等效空中距离为61mm，
-铁素体元件N°2，有效表面为56％，即，等效空中距离为36mm，
-铁素体元件N°3，有效表面为40％，即，等效空中距离为21mm。
同时观察到：对于相同的板规格(100mm*120mm)，有效表面随着铁素体元件厚度的增加而增加，但等效空中距离的增加却随着铁素体厚度的增加而减少。事实上，对于：
-铁素体元件N°2，有效表面为56%，即，等效空中距离为36mm，
-铁素体元件N°4，有效表面为67％，即，等效空中距离为48mm。
在屏蔽容器的托架尺寸适宜的情况下，发明者已选出由尺寸为60mm*100mm*3.75mm单块板构成的铁素体元件，从而使得无源标签天线的视表面大约缩减50%。
然后发明者根据具有铁素体元件的标签相对于金属板的安装来进行实验以测量标签的谐振频率。
由RAFSEC公司推向市场、尺寸为45*76mm、并入有商标为“PhilipsI-CodeSLI”的芯片且销售代码为3000165的标签已被选为参考标签。将所述标签放置在铁素体元件N°3上方，将所述铁素体元件N°3置于平面尺寸为32cm*30cm的金属板上方。
然后将磁场发射回路放置在标签上方距离约25cm处。
八字形磁场探针S8的形状如图2中示意性所示，然后将所述八字形磁场探针S8定位在标签天线的螺旋线上以使得仅占用标签天线内电流流通所产生的磁场。
还将磁场探针并行放置在发射回路的中心以便控制所发射的磁场。
然后从八字形发射探针的形状从用于恒定主场的S8探针所获得的响应来测量谐振频率，所述频率可以进行改变。
测量出的参考标签的固有频率值为14.27MHz。
可以观察到：在将参考标签压在铁素体元件N°3上时，谐振频率值下降到10.0MHz。
因此，RFID天线的螺旋线与铁素体元件之间的距离具有非常重大的影响。
然后使用放置在RFID标签与铁素体元件N°3之间的厚度不一的间隔装置来获得谐振频率读数。图3所示的曲线示出这一谐振频率随间隔装置厚度而变的变化。这一曲线显示出相对于变化趋势的点偏移：事实上，所述点偏移对应于用于间隔装置的不同材料，即，分别为聚四氟乙烯、聚丙烯、玻璃纤维环氧树脂FR4。因此，对于对应于厚度等于1.6mm的点，已使用玻璃纤维环氧树脂RF4的板状间隔装置。因此，这显示出RFID标签的天线在材料包绕所述天线的螺旋线时也对所述材料的电渗透性敏感。由此可以得出以下结论：高渗透性材料能够引起谐振频率的大幅减少。由此还可以得出以下结论：使用2mm厚的间隔装置时，谐振频率可以增加约2Mhz。
然后发明者得出以下结论：在需要将尺寸保持限制的本发明的上下文中，无法界定足够薄的间隔装置来设法使所述谐振频率返回到原始值。
然后发明者考虑到可以设想两种方法以使所述谐振频率返回到最优值：
-修改标签的天线，但这一操作会强加影响使得所述操作必须诉诸于RFID天线的特定产生或进行集成电路的转移，如将I-code芯片转移到标准天线电路上，
-或者将二次校正电路添加到标准RFID天线，换句话说，可立即出售的天线。
考虑到生产困难和相关成本，然后发明者决定形成RFID天线的二次校正电路。
实验之后，发明者得出以下结论：校正电路仅存在于RFID天线的外部上，换句话说，标签天线的中间螺旋线与铁素体板的边缘之间的区域不可能获得RFID天线的谐振频率的充分校正。
即使布局在标签天线电路内部的短路回路减少了所述标签的有效表面，但这一布局有利地使其能够获得谐振频率的良好校正。
图4示意性示出用于参照RFID标签的校正器的铜电路的掩模M。所述图4中可见：内部电路具有配备有限制的多个支路，切断所述支路能够实现几何调整。
图5中示出标签载体1组件的分解侧视图，所述标签载体1组件包含粘合到校正电路的参照RFID标签和铁素体元件N°3，所述校正电路由布局在参照天线电路回路内部的短路回路构成。
更精确来说，所述组件通过不同材料层的粘合而产生，即：
-铁素体N°3元件1（K40类型，通过Kaschke公司推向市场，尺寸等于60*100*3.75mm），
-间隔装置11，其由电绝缘且非磁性材料制成，所述材料由总厚度约为3mm的三个tufol层110、111、112构成。
-组件12，其由粘合到铜印刷电路、厚度为35μm、形成于以厚度为0.2mm的FR4制成的衬底120上的RFID标签构成，所述标签由厚度为0.35mm的tufol层121保护。
由于解决方案2/增加了有效表面，所以发明者最终保留了由聚乙烯HDPE制成的标签载体，所述标签载体能够与待识别的金属支撑件（容器）的金属物质保持足够远的距离。对于手套箱的应用，发明者保留了标签与屏蔽容器把手的金属部分的顶部之间约为12mm的有利距离。此外，将标签置于屏蔽容器把手上方的这一定位可以将所述标签从屏蔽容器主体移开约40mm。
如图6和图6A中所示，根据本发明的HDPE标签载体1包含标签外壳10，严格来说，所述外壳自身包含滑块100，这就使得所述外壳10能够完全容纳使用中的无源RFID标签，且因此保护所述标签不受环境中可能存在的所有灰尘的影响，如，悬浮中的核燃料粉末。此外，如果需要，滑块100能够实现标签的简便插入和提取。
关于标签载体的附接方法，所述方法提供有利地使标签穿孔，通常孔的数目为二，以用于优选附接到屏蔽容器的把手的螺钉附接。
关于RFID阅读器的天线，发明者已做出假设：将天线视为感应式谐振天线，其目标谐振频率等于标签频率，即，13.56MHz，且因此具有目标阻抗50Ohms。然而，发明者根据其对这一类型天线的知识已经设法最小化所述天线的电方面。电方面用以表示天线电路的不同部分的电势不同，且因此赋予天线变化的电特征。换句话说，天线阅读器无法仅实现与无源标签的电磁耦合。
然而，阅读器的电性方面越显著，强金属环境通过例如人手作用而使其不稳定来影响天线的感应特征的能力越强。
发明者随即寻求可因此产生尽可能最小化电性方面的天线。然而，所述天线可行的已知解决方案，如天线电路的电屏蔽或使用电对称对所述天线电路进行划分，并不适合于目前的状况，这是因为所述解决方案会导致天线阅读器的电路的尺寸更大。
而且，发明者已因此如图7中所示界定了天线的结构：作为感应圈的天线2包括长度大体相等的两区段同轴电缆20、21。同轴电缆20、21每区段各自包含金属芯200、210和环绕所述芯的金属褶201、211。在一方面，通过将一个区段的芯200连接到另一个区段的褶211且反过来连接（芯210连接到褶201）而使所述两个区段20、21在其一末端200A、210A处连接到一起，另一方面，通过仅将所述电缆的褶201、211连接在一起使所述两个区段在其另一末端200B、210B处连接到一起，同轴电缆的芯200、210在所述另一末端处分开。因此，或者说，天线具有未分隔的两个回路。
所使用电缆的每区段均来自于超小型同轴电缆，其通过AXON公司推向市场(在商业参照名SM50下)，直径大体等于1.05mm，具有约97pF/m的线电容。
通常来说，因而产生的同轴环（芯与褶之间存在间断）的总长度约为1.2mm，即，总电容为120pF，且因此导致固有谐振频率约为14MHz。
此外，如下文所阐述，直径较小的区段使得能够不改变穿过可能附接有天线阅读器的外壳的半透明壁时的视觉。
图8详细示出芯200、210与褶201、211之间间断的有利产生。区段20的芯200通过焊接S1焊接到另一区段21的褶211，且反过来：区段21的芯210通过焊接S2焊接到区段20的褶201。同样如图所示，每区段包含套管203、对应套管213，其将芯200、对应芯210与褶201、对应褶211隔离开来。绝缘套管202、对应套管212也被提供在褶201、对应褶211的外部。最终，热缩套管22完全隔离了整个间断。
如图9所示，彼此分离的天线阅读器芯的两端可以连接到电子校正单元3的点TP4和TP5。所述校正单元3包含输入处的变化电容CV1，其将两个芯200、210连接起来以用于调谐频率的调整，和电位计P，一旦天线2处于强金属环境中的安装配置时，所述电位计通常就将阻抗调适到50Ohms。
此外，如图所示，两条线路30、31通过电位计连接到一起，并且每条线路包含分别与R2、C2并联的组件R1、C1。
通常来说，所述值如下：
C1=C2=4.7pF
R1=R2=12kOhm
CV1可从1.8变化至10pH
P可从0变化至200k。
对于具有基于铅玻璃的半透明壁的手套箱环境，发明者已选择使用由透明材料制成的板状支撑件4。更精确来说，如图6详细所示，使用板状支撑件4外缘上的粘合剂5将同轴电缆20、21区段插入且粘合在凹槽40中。无论所述区段处于板状支撑件4外缘的哪一点，所述区段的曲率半径均小于4mm，以使得所述区段位置处不产生过多的机械变形。此外，凹槽40适合于将如图4所示的芯/褶交叉引起的额外厚度考虑在内。
因此，能够界定板状支撑件的厚度以使得所述板状支撑件能够插入在铅基壁与其它半透明壁之间。因此，避免了铅基壁的任何金属影响。此外，由于板状支撑件由半透明材料制成，所以其并未改变穿过手套箱时的可见性。
为给天线阅读器2供应电力，发明者考虑使用与主回路电磁耦合的解决方案，从而可能在具有上文所示的替代部分而不降级天线间断级别强度下的稳健性情况下为谐振器供应无线射频功率。此外，这还可能保留将阻抗调适为50Ohm的可能性。图11示意性示出部分地沿同轴电缆区段20、21的部分添加的主回路6：回路6和电缆区段20、21尽可能靠近彼此布局，通常来说间距小于0.5mm。在将电缆区段插入板状支撑件4外缘的凹槽40中的实施方案变体中，也将主回路6一起插入。仅主回路的一部分60未追随同轴电缆区段，所述部分也被优选插入到板状支撑件4中。通常来说，所述回路由直径为0.2至0.3mm的漆包铜线组成，如那些以参照名“RadiosparesRS357-716”推向市场的漆包铜线。此处也选择了曲率角以便不产生太多的变形：所述角通常约为3mm。此外，从所述图11中可见，将容纳电子校正单元3的盒子50安装在靠近板状支撑件4的芯200、210的间断处，在所述盒子的末端处具有连接器7：板状支撑件4、天线RFID阅读器2、主供电回路6、电子校正单元组件从而形成自主模块。
图12中示出基于铅玻璃的壁与由Plexiglas制成的半透明壁之间的手套箱处于安装配置时实现天线-RFID阅读器主调整的不同方法的示意图。更精确来说，所述图示出实现与其校正单元3及其通过电磁耦合形成的主供电回路6一起描述的天线RFID阅读器2以下内容的不同方法：通常来说将频率调整到13.56MHz和将阻抗调适为50Ohm。
所述方法在于使用RFID天线的电子阅读器模块25与示波器9之间的定向耦合器8。所述示波器使得可能将表示返回到耦合器8上的电磁波的13.56MHz信号可视化。为了获得调谐以及在电位计P上为了获得天线RLC电路的减幅，所述信号的振幅因而通过对校正单元3的变化电容CV1的连续动作得以最小化。这一方法是有利的，这是因为所述方法能够使用最少的构件（定向耦合器8、示波器9）考虑到实际的强金属环境而实现原位调整。
在手套箱G环境中，这通常包含适合于收纳处理手套机的金属条带C。然后发明者进行慎重考虑以界定天线电路阅读器的形状，以便通过所述金属条带放大所述阅读器的电磁信号。图11和图12中已示出了这一形状。
实际上，受天线阅读器2电磁场影响的条带逐渐产生电磁力，之后二次电流在所述条带中流动。接着所述短路条带成为电磁场的二次发射源。因此，通过调适天线区段的形状以使得其包绕所述天线区段的至少一个金属条带的形状而并不环绕所述形状，可以将条带的电磁场添加到天线阅读器2的电磁场。
图13A和图13B中示出在包含根据本发明的天线RFID阅读器2及其外缘附接的板状支撑件的模块的同一手套箱G上的两种有利安装模式：
-在图13A中可见，在手套箱的一个面F1上，天线区段20、21的板状支撑件4的形状包绕处理手套机的两个金属条带C1、C2的形状而并不环绕其任何形状，
-在图13B中可见，在手套箱的另一个面F2上，天线区段20、21的板状支撑件4的形状包绕处理手套机的三个金属条带C1、C2、C3的形状而并不环绕其任何形状。
根据本发明的解决方法能够实现持续移动穿过手套箱的金属屏蔽容器的可靠阅读，并且在屏蔽容器和手套箱没有实质修改的情况下，所述解决方案确实做到了可靠阅读，这是因为在不需要扩大现有屏蔽容器和手套箱的尺寸或者对其进行完整的重新界定的情况下，可以简易地安装所提出的无线射频识别装置。

Claims (31)

1.一种用于识别存在于强金属环境或存在于粉尘的强金属环境中的金属衬底的识别装置，所述识别装置包含：无源无线射频识别(RFID)标签；由电绝缘材料制成的标签载体，其适合于附接到所述金属衬底并且将所述标签定位在距离所述金属衬底一定距离处，并且所述标签载体包含外罩，其适合于完全容纳所述标签；和，具有天线的RFID阅读器，呈感应圈的所述天线包括长度大体相等的两个同轴电缆区段，并且每个区段都包括金属芯和环绕所述芯的金属褶，所述两个区段通过以下连接在一起：一方面，在其一末端处将一个区段的所述芯连接到另一个区段的所述褶并反过来进行连接，另一方面，在其另一末端处仅将所述褶连接在一起，而所述两个区段的所述芯在所述另一末端处分开。
2.根据权利要求1所述的识别装置，其中所述标签载体由电绝缘材料制成的一部分构成，所述标签载体包含所述RFID标签能够在内滑动的滑动外壳。
3.根据权利要求2所述的识别装置，其中由电绝缘材料制成的所述部分是基于高密度聚乙烯(HDPE)。
4.根据权利要求1所述的识别装置，其中所述标签载体的尺寸经过调试以便将所述标签定位在距离所述金属衬底至少4mm的距离处。
5.根据权利要求1所述的识别装置，其中所述同轴电缆区段的直径小于或等于1.05mm。
6.根据权利要求1所述的识别装置，其包含连接到与呈感应圈的所述天线分开的所述芯的电子校正单元，所述单元包含用于调适所述环境中处于安装配置下的所述感应圈的阻抗和用于调谐所述感应圈频率的构件(P、CV1)。
7.根据权利要求1所述的识别装置，其包含通过电磁耦合来供应电力给呈感应圈的所述天线的主回路，所述主回路连接到适合于阅读来自所述无源标签的识别数据的所述阅读器的电子模块。
8.根据权利要求1所述的识别装置，其中所述标签适合于在13.56MHz的频率下进行发射，并且其中所述阅读器的所述天线的所述两个同轴电缆区段具有97pF/m的平均电容和1.2m的总长度。
9.一种系统，包含：
根据权利要求1所述的识别装置，和
金属容器，其上附接有根据权利要求1所述的识别装置的标签载体。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述金属容器构成适合于容纳核燃料元件的屏蔽容器。
11.一种包含界定受限强金属环境或受限粉尘的强金属环境的壁的外壳(G)，其中至少一个壁上附接有根据权利要求1所述的识别装置的RFID阅读器的天线。
12.根据权利要求11所述的外壳(G)，其中所述壁(F1、F2)是半透明的，并且其中所述天线区段附接到透明板状支撑件的外缘，所述板状支撑件自身附接到所述外壳的所述半透明壁中的一个壁。
13.根据权利要求11所述的外壳(G)，其中所述天线区段附接到板状支撑件的外缘，以使得其曲率半径沿所述整个外缘小于4mm。
14.根据权利要求12所述的外壳(G)，其中至少一个所述半透明壁包含一块铅玻璃质板和另一块玻璃质而非铅质的板，所述天线区段的所述板状支撑件插入所述半透明壁包含的所述铅玻璃质板和所述另一块玻璃质而非铅质的板之间。
15.根据权利要求11所述的外壳(G)，其中一个壁有孔贯穿，每个孔由适合于收纳用于在所述外壳内操纵容器的手套的金属条带(C1、C2、C3、C4)环绕，并且其中所述天线区段的板状支撑件的形状包绕至少一个金属条带的形状而并不环绕所述至少一个金属条带的形状。
16.根据权利要求15所述的外壳，其中所述天线区段的所述板状支撑件的所述形状包绕至少两个金属条带(C1、C2、C3)的形状而并不环绕所述至少两个金属条带的形状。
17.一种根据权利要求1所述的识别装置的应用方法，其用以在生产单元中识别含有核燃料元件的屏蔽容器。
18.一种用于识别存在于强金属环境或存在于粉尘的强金属环境中的金属衬底的识别装置，所述识别装置包含：无源无线射频识别(RFID)标签；包含铁素体元件的标签载体，其适合于附接到所述金属衬底并且将所述标签定位在距离所述金属衬底一定距离处，且所述标签载体包含布置在标签天线的电路回路内的短路回路；和，具有天线的阅读器(RFID)，呈感应圈的所述天线包括长度大体相等的两个同轴电缆区段，并且每个区段都包括金属芯和环绕所述芯的金属褶，所述两个区段通过以下连接在一起：一方面，在其一末端处将一个区段的所述芯连接到另一个区段的所述褶并反过来进行连接，另一方面，在其另一末端处仅将所述褶连接在一起，而所述两个区段的所述芯在所述另一末端处分开。
19.根据权利要求18所述的识别装置，其中所述同轴电缆区段的直径小于或等于1.05mm。
20.根据权利要求18所述的识别装置，其包含连接到与呈感应圈的所述天线分开的所述芯的电子校正单元，所述单元包含用于调适所述环境中处于安装配置下的所述感应圈的阻抗和用于调谐所述感应圈频率的构件(P、CV1)。
21.根据权利要求18所述的识别装置，其包含通过电磁耦合来供应电力给呈感应圈的所述天线的主回路，所述主回路连接到适合于阅读来自所述无源标签的识别数据的所述阅读器的电子模块。
22.根据权利要求18所述的识别装置，其中所述标签适合于在13.56MHz的频率下进行发射，并且其中所述阅读器的所述天线的所述两个同轴电缆区段具有97pF/m的平均电容和1.2m的总长度。
23.一种系统，包含：
根据权利要求18所述的识别装置，和
金属容器，其上附接有根据权利要求18所述的识别装置的标签载体。
24.根据权利要求23所述的系统，其中所述金属容器构成适合于容纳核燃料元件的屏蔽容器。
25.一种包含界定受限强金属环境或受限粉尘的强金属环境的壁的外壳(G)，其中至少一个壁上附接有根据权利要求18所述的识别装置的RFID阅读器的天线，呈感应圈的所述天线包括长度大体相等的两个同轴电缆区段，并且每个区段都包括金属芯和环绕所述芯的金属褶，所述两个区段通过以下连接在一起：一方面，在其一末端处将一个区段的所述芯连接到另一个区段的所述褶并反过来进行连接，另一方面，在其另一末端处仅将所述褶连接在一起，而所述两个区段的所述芯在所述另一末端处分开。
26.根据权利要求25所述的外壳(G)，其中所述壁(F1、F2)是半透明的，并且其中所述天线区段附接到透明板状支撑件的外缘，所述板状支撑件自身附接到所述外壳的所述半透明壁中的一个壁。
27.根据权利要求25所述的外壳(G)，其中所述天线区段附接到板状支撑件的外缘，以使得其曲率半径沿所述整个外缘小于4mm。
28.根据权利要求26所述的外壳(G)，其中至少一个所述半透明壁包含一块铅玻璃质板和另一块玻璃质而非铅质的板，所述天线区段的所述板状支撑件插入所述半透明壁包含的所述铅玻璃质板和所述另一块玻璃质而非铅质的板之间。
29.根据权利要求25所述的外壳(G)，其中一个壁有孔贯穿，每个孔由适合于收纳用于在所述外壳内操纵容器的手套的金属条带(C1、C2、C3、C4)环绕，并且其中所述天线区段的板状支撑件的形状包绕至少一个金属条带的形状而并不环绕所述至少一个金属条带的形状。
30.根据权利要求25所述的外壳，其中所述天线区段的板状支撑件的形状包绕至少两个金属条带(C1、C2、C3)的形状而并不环绕所述至少两个金属条带的形状。
31.一种根据权利要求18所述的识别装置的应用方法，其用以在生产单元中识别含有核燃料元件的屏蔽容器。
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