CN102735943B - 无源电子标签谐振频率及q值检测传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无源电子标签谐振频率及Q值检测传感器。现有的发射与接收线圈间，标签与发射和接收线圈间都会互相干扰。本发明包括两个发射线圈和一个接收线圈；所述的接收线圈位于两个发射线圈之间，两个发射线圈紧贴设置。每个发射线圈包括主发射线圈和辅发射线圈。接收线圈包括主接收线圈和辅接收线圈。本发明消除了发射线圈与接收线圈间、标签分别与发射和接收线圈间的互相干扰；解决了传统测试传感器因以上各部分间干扰导致谐振频率测量误差和无法测试电子标签Q值的问题。

Description

无源电子标签谐振频率及Q值检测传感器
技术领域
本发明属于电子信息技术领域，具体为一种检测无源电子标签（EAS）谐振频率及Q值的检测传感器。
背景技术
EAS电子标签目前广泛应用于零售，物流等行业；中国是制造业大国，全球的电子标签大部分由中国生产。但国内生产电子标签的企业普遍存在检测手段落后，精密检测设备缺乏等状况。而国外相关检测设备价格过于昂贵，且存在一定程度的技术障碍；国内设备则普遍存在无法准确检测Q值，精度低，或受标签类型限制通用性差等缺陷，并且普遍缺乏检测有效容积这一指标的功能。因此急需一种新型的国产EAS检测系统，提高精度，完善检测指标，提高检测效率，降低生产成本。
通常对无源电子标签的检测采用双线圈模型，这是一种类似于实际应用中防盗系统的结构。发射线圈持续产生交变磁场，如果防盗标签进入磁场区域且频率为电子标签的谐振频率时（谐振频率由电子标签LC谐振回路电容和电感值决定,                                               
Figure 2012102382105100002DEST_PATH_IMAGE002
）电子标签将产生谐振，特定区域内磁场强度突变，接收线圈感应磁场强度变化，判断谐振频率。但这种结构存在缺陷，因为发射与接收线圈间，标签与发射和接收线圈间都会互相干扰；特别是标签对发射线圈的影响将改变原磁场的强度，而且由于不同标签对发射线圈的影响不同使得数据修正不可能实现；同时，发射线圈对接收线圈的影响叠加于标签产生的磁场上，无法区分。这些都会导致谐振频率产生偏差，对Q值判定误差的影响将更为严重。
发明内容
本发明针对现有检测技术的弊端，开发新型检测传感器，使之能够准确测定电子标签的谐振频率及Q值。
本发明解决技术问题所采取的技术方案为：
无源电子标签谐振频率及Q值检测传感器包括两个发射线圈和一个接收线圈；所述的接收线圈位于两个发射线圈之间，两个发射线圈紧贴设置。
所述的两个发射线圈结构相同，每个发射线圈包括主发射线圈和辅发射线圈，主发射线圈和辅发射线圈的相对处开口，主发射线圈的开口上端处通过第一导线与辅发射线圈的开口上端处连接，主发射线圈的开口下端处通过第二导线与辅发射线圈的开口下端处连接，主发射线圈和辅发射线圈半径相同，呈对称设置。
所述的接收线圈包括主接收线圈和辅接收线圈，主接收线圈和辅接收线圈的相对处开口，主接收线圈的开口上端处通过第三导线与辅接收线圈的开口上端处连接，主接收线圈的开口下端处与第四导线的一端连接，辅接收线圈的开口下端处与第五导线的一端连接；主接收线圈和辅接收线圈半径相同，呈对称设置。
所述的主接收线圈的半径大于待测电子标签的半径，且小于主发射线圈半径的一半。
所述的第一导线接输入信号的正极、第二导线接输入信号的负极；所述的第四导线的另一端为输出信号的正极、第五导线的另一端为输出信号的负极。
所述的主发射线圈和主接收线圈同心设置。
所述的两个发射线圈与输入信号的连接处共点。
本发明消除了发射线圈与接收线圈间、标签分别与发射和接收线圈间的互相干扰；解决了传统测试传感器因以上各部分间干扰导致谐振频率测量误差和无法测试电子标签Q值的问题。
附图说明
图1 为本发明的结构示意图；
图2 为本发明俯视图；
图3 为双线圈检测模型原理图；
图4为本发明原理图；
图5为无标签时干扰值强弱测试；
图6为对4MHz电子标签进行检测的幅频特性曲线；
图7为对8MHz电子标签进行检测的幅频特性曲线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，无源电子标签谐振频率及Q值检测传感器，包括两个发射线圈和一个接收线圈，接收线圈位于两个发射线圈和之间；两个发射线圈重合并紧贴设置。
两个发射线圈结构相同，每个发射线圈包括主发射线圈1-1、2-1和辅发射线圈1-2、2-2，主发射线圈和辅发射线圈的相对处开口，主发射线圈的开口上端处通过第一导线4-1与辅发射线圈的开口上端处连接，主发射线圈的开口下端处通过第二导线4-2与辅发射线圈的开口下端处连接，主发射线圈和辅发射线圈圆半径相同，呈完全对称结构。
接收线圈包括主接收线圈3-1和辅接收线圈3-2，主接收线圈3-1和辅接收线圈3-2的相对处开口，主接收线圈3-1的开口上端处通过第三导线4-3与辅接收线圈3-2的开口上端处连接，主接收线圈3-1的开口下端处与第四导线4-4的一端连接，辅接收线圈3-2的开口下端处与第五导线4-5的一端连接；主接收线圈3-1和辅接收线圈3-2圆半径相同，呈对称设置。
所述的主接收线圈3-1的半径略大于待测电子标签半径，且小于主发射线圈1-1半径的一半；
所述的第一导线4-1中心位置引出导线5-1，接输入信号的正极；第二导线4-2的中心位置引出导线5-2，接输入信号的负极；所述的第四导线4-4的另一端为输出信号正极、第五导线4-5的另一端为输出信号负极。
所述的发射线圈和接收线圈同心设置。
所述的两个发射线圈的输入信号连接处共点；除连接点以外两发射线圈其它紧贴部分绝缘。
双线圈检测模型结构原理图如图3 所示，发射线圈1的阻抗为
Figure 2012102382105100002DEST_PATH_IMAGE004
，电感值为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，等效电阻；所测试电子标签6的阻抗为
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，等效电阻值
Figure DEST_PATH_IMAGE012
,电感值为,电容值为
Figure DEST_PATH_IMAGE016
；接收线圈3阻抗为
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，等效电阻值
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，电感值为
Figure DEST_PATH_IMAGE022
；设发射线圈与标签的互感值为
Figure DEST_PATH_IMAGE024
,标签与接收线圈的互感值为
Figure DEST_PATH_IMAGE026
,发射与接收线圈的互感值为
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，则
Figure DEST_PATH_IMAGE030
Figure DEST_PATH_IMAGE032
Figure DEST_PATH_IMAGE034
为简化分析，采取适当措施 (如下方案中第三点所述) 使接收线圈内电流为零，此时假设发射线圈内电流为
Figure DEST_PATH_IMAGE036
,标签内电流为，根据KVL可得
                      
Figure DEST_PATH_IMAGE040
                      （1.1）
                       
Figure DEST_PATH_IMAGE042
                        （1.2）
接收线圈感应电动势为：
                           
Figure DEST_PATH_IMAGE044
                （1.3）
由式1.1，1.2，1.3可得
             
Figure DEST_PATH_IMAGE046
                   （1.4）
1.4式可以清晰地反映发射和线圈及电子标签互相干扰之后的输出电压信号，干扰与标签特性相关，干扰值无法确定更无法消除。
本发明的特点是消除各部分之间的互相干扰，使测试结果准确反映电子标签的特性。主要内容有三点：
第一点解决发射线圈对接收线圈的干扰，即令式1.3中的互感值，结合附图1进行理论分析，当信号输入至发射线圈时，主发射线圈与辅发射线圈产生磁场强度相同方向相反，那么主辅接收线圈形成的闭合区域内磁通量为零，此时发射线圈与辅发射线圈之间的磁场则同向叠加。则接受线圈的感应电动势将完全取决于电子标签。
                                               （1.5）
第二点解决标签与发射线圈间的干扰，结合附图1 进行理论分析，当标签置于主接收线圈3-1的中心区域，无论标签磁场方向如何，对于发射线圈1-1、2-1或1-2、2-2分别组成的闭合区域而言，磁通量为零，这将就达到了发射线圈磁场作用于标签但标签谐振磁场不会反作用于发射线圈的效果。但是对于接收线圈而言，因为是单层的。且标签的谐振磁场区域主要集中于主接收线圈3-1中心附近区域内，辅接收线圈则因距离关系受标签影响极为微弱，主接收线圈的磁通变化可以认为完全由标签谐振决定。反映于式子1.1，1.2可得
                        
Figure DEST_PATH_IMAGE052
                           （1.6）
                         
Figure DEST_PATH_IMAGE042A
                    （1.7）
第三点解决的是接收线圈对发射线圈1、2和标签3的影响，结合附图4进行理论分析，接收线圈输出的电压信号接运放输入端，运放的高输入阻抗相当于大负载，此时接收线圈内部电流几乎为零，所以接收线圈内无磁场产生，达到了标签作用于接收线圈但是接收线圈不会反作用于标签的效果；同时，可以利用运放对接收信号进行适当放大以满足后级信号处理的要求。
综合式1.5 1.6 1.7 可得改进后测的电子标签输出电压信号
                    
Figure DEST_PATH_IMAGE054
                        （1.8）
从式1.8可以清晰地看到
Figure DEST_PATH_IMAGE056
与频率严格对应，仅随频率变化，不受外界环境影响，换言之对所有标签比例关系确定；因此输出电压信号随比例变化将完全取决于标签的阻抗特性，即其幅频特性曲线。
本发明消除发射线圈与接收线圈间、标签分别与发射和接收线圈间的互相干扰；解决传统测试传感器因以上各部分间干扰导致谐振频率测量误差和无法测试电子标签Q值的问题。对干扰消除的作用体现于图5，不放置标签时，输出电压信号即发射线圈对接收线圈影响非常微弱，包含电路其他方面的噪声，总体干扰大约为1.5-2mv,小于标签测试值的1%。
利用扫频硬件电路和相关软件对本传感器进行实际测试验证，结果如附图6，7所示。理论分析中，
Figure DEST_PATH_IMAGE058
会对输出电压信号强弱产生影响，应适当修正，但是对大部分高频无源电子标签而言，测定Q值所需要的带宽很窄，即变化范围非常小，所以不针对频率变化进行误差修正对测定结果影响不大。附图5，6显示了无误差修正时对标签进行检测的幅频特性曲线，纵轴表示测试标签时输出电压幅度，横轴表示频率。观察图形可以查看出与理想的标签幅频特性曲线基本吻合。

Claims (1)

1. 无源电子标签谐振频率及Q值检测传感器，其特征在于：包括两个发射线圈和一个接收线圈；所述的接收线圈位于两个发射线圈之间，两个发射线圈紧贴设置；
所述的两个发射线圈结构相同，每个发射线圈包括主发射线圈和辅发射线圈，主发射线圈和辅发射线圈的相对处开口，主发射线圈的开口上端处通过第一导线与辅发射线圈的开口上端处连接，主发射线圈的开口下端处通过第二导线与辅发射线圈的开口下端处连接，主发射线圈和辅发射线圈半径相同，呈对称设置；
所述的接收线圈包括主接收线圈和辅接收线圈，主接收线圈和辅接收线圈的相对处开口，主接收线圈的开口上端处通过第三导线与辅接收线圈的开口上端处连接，主接收线圈的开口下端处与第四导线的一端连接，辅接收线圈的开口下端处与第五导线的一端连接；主接收线圈和辅接收线圈半径相同，呈对称设置；
所述的主接收线圈的半径大于待测电子标签的半径，且小于主发射线圈半径的一半；
所述的第一导线接输入信号的正极、第二导线接输入信号的负极；所述的第四导线的另一端为输出信号的正极、第五导线的另一端为输出信号的负极；
所述的主发射线圈和主接收线圈同心设置；
所述的两个发射线圈与输入信号的连接处共点。
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