CN103116802A - 射频识别标签及应用其的尿布、吸收垫及感测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种射频识别标签及应用其的尿布、吸收垫及感测系统，该射频识别标签包括一基板、一平面式天线、一射频芯片、多个信号导体以及多个接地导体。射频芯片由平面式天线馈入一射频信号，以激发射频芯片发出一辨识码。此些信号导体耦接于平面式天线。此些接地导体交错地配置于此些信号导体的相对两侧，并与此些信号导体相邻且共平面地配置在基板上，以形成一共平面波导传输线结构，其包括一阻抗匹配部及一传输部。阻抗匹配部具有一输入端以及一接地平面，输入端耦接此些信号导体，而接地平面耦接此些接地导体。射频芯片配置于输入端与接地平面之间。传输部连接于阻抗匹配部与平面式天线之间。

Description

射频识别标签及应用其的尿布、吸收垫及感测系统

技术领域

本发明涉及一种尿布、吸收垫及尿湿感测系统，且特别是涉及一种具有共平面波导传输线结构(Coplanar waveguide transmission line structure)的射频识别标签及应用其的尿布、吸收垫及感测系统。

背景技术

一般而言，婴儿所使用的纸尿布，或是卧病在床、行动不便的老人或植物人所使用的纸尿布与纸尿垫，必须勤于更换，否则若是尿湿时间过久才更换，很容易造成尿布疹或皮肤病，更容易引发泌尿道感染等风险。尤其，现阶段长期看护中心因受照护者众多、看护人手往往相对不足，难以即时并确切知悉哪些受照护者的尿布需要更换，，导致泌尿道感染风险增加，而若采全面查看的人工方式则缺乏效率。传统的抛弃式纸尿布或纸尿垫，当尿湿时，需要用手触摸，才能知道是否应该更换。虽然也有较进步的纸尿布，其上设计有显色结构，于尿湿时可适时浮现特殊颜色或图案，以便供目视，不需以手触摸，即可知道是否该更换纸尿布。然而，综观现有的纸尿布，即便是具有尿湿显示的结构者，还是需要随时且主动观察纸尿布是否有尿湿显示，对于父母或看护人员来说，无形中增加心理压力与负担。显见，如何能在纸尿布一被尿湿时马上主动发出告知讯息，才是避免得到尿布疹最迫切需要解决的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种射频识别标签及应用其的尿布、吸收垫及感测系统，可依所需长度设计具感湿功能的射频识别标签，且射频识别标签的天线部与感测单元(共平面波导传输线结构的阻抗匹配部)之间相隔一预定距离，可达到稳定读取及符合感湿功能的要求。

为达上述目的，根据本发明的一方面，提出一种具有共平面波导传输线结构的射频识别标签，包括一基板、一平面式天线、一射频芯片、多个信号导体以及多个接地导体。平面式天线配置于基板上。射频芯片由平面式天线馈入一射频信号，以激发射频芯片发出一辨识码。此些信号导体耦接于平面式天线，以传输射频信号。此些接地导体交错地配置于此些信号导体的相对两侧，并与信号导体相邻且共平面地配置在基板上，以形成一共平面波导传输线结构。共平面波导传输线结构包括一阻抗匹配部及一传输部。阻抗匹配部具有一输入端以及一接地平面，输入端耦接此些信号导体，而接地平面耦接此些接地导体。射频芯片配置于输入端与接地平面之间。传输部连接于阻抗匹配部与平面式天线之间。

根据本发明的另一方面，提出一种包括上述的具有共平面波导传输线结构的射频识别标签的尿湿感测尿布。

根据本发明的另一方面，提出一种包括上述的具有共平面波导传输线结构的射频识别标签的湿度感测吸收垫。

根据本发明的另一方面，提出一种包括上述的具有共平面波导传输线结构的射频识别标签的尿湿感测系统。

根据本发明的另一方面，提出一种包括上述的具有共平面波导传输线结构的射频识别标签的湿度感测系统。

为了对本发明的上述及其他方面有更多的了解，下文特举诸实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：

附图说明

图1A及图1B分别为本发明一实施例的共平面波导传输线结构的示意图；

图2A及图2B分别为本发明一实施例的共平面波导传输线结构的示意图；

图3A～图3C分别为不同实施例的射频识别标签的示意图；

图3D为一实施例的传输线的局部示意图；

图4A～图4B分别为本发明一应用例的尿湿感测尿布的示意图；

图5A～图5B分别为本发明另一应用例的湿度感测吸收垫的示意图；

图6A～图6B分别为本发明另一应用例的射频识别标签与吸收体的配置示意图；

图7为本发明一应用例的尿湿感测系统的主机示意图。

主要元件符号说明

10、20、30：共平面波导传输线结构

100、200、300：阻抗匹配部

110、210、310、310’：传输部

11、21、31：射频芯片

11a、21a：第一端

11b、21b：第二端

102、202：接地平面

104、204：第一短路传输线

106、206、318：射频信号传输线

108、208：第二短路传输线

106a、106b、206a、206b：信号馈入端

111、211、311、311’：第一接地导体

112、212：第一信号导体

113、213：第二接地导体

114、214、314、314’：第二信号导体

115、215：第三接地导体

116、216：第三信号导体

117、217、317、317’：第四接地导体

3a～3c：射频辨识标签

31：射频芯片

32：基板

33：平面式天线

34：跳线

35：接地导体

320、420、520：感测区

330：读取区

331：第一辐射带

332：第二辐射带

333：辐射带

4a～4b：尿湿感测尿布

5a～5b：湿度感测吸收垫

40、50、60：射频识别标签

41、51：本体

42、52：阻抗匹配部

43、53：平面式天线

401、501：内层

402、502：外层

403、503：吸收体

404：扣带

420、520：尿湿感测区

430、530：稳度读取区

600：共平面波导传输线结构

601、603：接地导体

602：信号导体

610：吸收体

611：外层

700：主机

710：发射器

720：标签信号读取器

730：功率判断模块

D：距离

具体实施方式

本实施例的射频识别标签及应用其的尿布、吸收垫及感测系统，是利用具有共平面波导传输线结构的射频信号传输线与二接地传输线来设计射频识别标签，使其具有尿湿感测功能或湿度感测功能，且射频识别标签不需外加电力，故可减少管理上的疏失。共平面波导传输线结构包括一阻抗匹配部以及一传输部，而射频芯片配置于阻抗匹配部中，且传输部连接于平面式天线与阻抗匹配部之间。本实施例的射频识别标签与一般的射频识别标签不同之处在于：一般的射频识别标签是利用介电常数影响天线共振波长的方式达到感测效果以天线部做为感测单元，若配置在尿布或吸收垫的尿湿感测区中，因尿湿位置的射频识别信号易受人体遮蔽，使一般射频识别标签无法同时达到稳定读取与感测的功能需求；本实施例的射频识别标签是以阻抗匹配部做为感测单元，可配置于尿布或吸收垫的尿湿感测区中，并包含一传输部的设计，可达到阻抗匹配部位于感测区(例如尿湿感测区)中而平面式天线位于读取区中的目标。而一般的射频识别标签受限于操作频率的共振波长较短，天线本体的长度仅有10～15公分，无法视需求延长，故无法兼顾稳定读取及符合尿湿感测的要求。

以下提出各种实施例及应用例进行详细说明，实施例及应用例仅用以作为范例说明，并非用以限缩本发明欲保护的范围。

第一实施例

请参照图1A及图1B，其分别绘示依照本发明一实施例的共平面波导传输线结构的示意图。共平面波导传输线结构10包括一阻抗匹配部100以及一传输部110。阻抗匹配部100具有一输入端101以及一接地平面102，此输入端101的阻抗与传输部110的输入阻抗相互匹配。阻抗匹配部100内部至少包含三条相邻的传输线，由左而右依序为第一短路传输线104、射频信号传输线106及第二短路传输线108，此三条相邻的传输线分别由数个相邻的金属导体所组成，由左而右依序为第一接地导体111、第一信号导体112、第二接地导体113、第二信号导体114、第三接地导体115、第三信号导体116及第四接地导体117，且第一接地导体111、第二接地导体113、第三接地导体115及第四接地导体117一端分别与接地平面102耦接，形成共同接地平面。

第一信号导体112耦接于输入端101与接地平面102之间，并与其两侧相邻的第一接地导体111与第二接地导体113组成第一短路传输线104。第二信号导体114耦接于输入端101与接地平面102间，并与其两侧相邻的第二接地导体113与第三接地导体115组成射频信号传输线106，且射频信号传输线106上具有信号馈入端106a与106b，分别用以耦接射频芯片11的第一端11a与第二端11b。第三信号导体116耦接于输入端101与接地平面102之间，并与其两侧相邻的第三接地导体115与第四接地导体117组成第二短路传输线108。

射频芯片11配置于输入端101与接地平面102之间的射频信号传输线106上，且射频芯片11可经由射频信号传输线106馈入一射频信号而激发，以发出一辨识码。射频信号传输线106的信号馈入端106a及106b具有一输入阻抗，此输入阻抗为射频识别标签的输入阻抗(R+jX)，与射频芯片11的多个特性阻抗(R-jX)共轭匹配。

再者，请参照图1B的一实施例，可经由调整射频芯片11’于射频信号传输线106的位置来调整操作时射频芯片与射频识别标签的匹配频宽，进而调整射频识别标签的感测灵敏度。

第二实施例

请参照图2A及图2B，其分别绘示依照本发明一实施例的共平面波导传输线结构20的示意图。共平面波导传输线结构20包括一阻抗匹配部200以及一传输部210。本实施例的阻抗匹配部200与第一实施例100不同之处在于：本实施例中第一信号导体212与第三信号导体216并非是长条形，而是呈S形延伸，接地平面202延伸于第二信号导体214相对两侧并分别与第一接地导体211、第二接地导体213、第三接地导体215、第四接地导体217耦接形成共同接地平面，第一信号导体212耦接于输入端201与第一接地导体211之间，并与其两侧的第一接地导体211与第二接地导体213以及接地平面202组成第一短路传输线204。第二信号导体214耦接于输入端201与接地平面202间，并与其两侧相邻的第二接地导体213与第三接地导体215以及接地平面202组成射频信号传输线206。第三信号导体216耦接于输入端201与第四接地导体217之间，并与其两侧的第三接地导体215与第四接地导体217以及接地平面202组成第二短路传输线208。相对于第一实施例，由于第二接地导体213与第三接地导体215长度明显较第一实施例短，可使共地平面电位较第一实施例均匀，当串联其他传输线以扩大匹配部结构(增加感测面积)时，可维持阻抗匹配部200的阻抗特性。

本实施例中，射频芯片21配置于射频信号传输线206上，且射频芯片21可经由射频信号传输线206馈入一射频信号而激发，以发出一辨识码。射频芯片21具有第一端21a以及第二端21b，此二端分别与射频信号传输线206上的信号馈入端206a及206b相连。射频信号传输线206的信号馈入端206a及206b具有一输入阻抗，此输入阻抗为射频识别标签的输入阻抗(R+jX)，与射频芯片21的多个特性阻抗(R-jX)共轭匹配。

接着，请参照图3A～图3C，其分别绘示依照不同实施例的射频识别标签的示意图。各个实施例可应用上述图1A及图1B与图2A及图2B中任一种共平面波导传输线结构10或20的传输线来设计射频识别标签，故以下省略有关阻抗匹配部300(相当于阻抗匹配部100或200)的细部描述，仅描述基板32、平面式天线33及共平面波导传输线结构30的传输部310的配置关系，兹说明如下。

平面式天线33配置于基板32上，而第一接地导体311与第四接地导体317于传输部310中分别配置于第二信号导体314的相对两侧，以组成一射频信号传输线318。射频信号传输线318耦接于平面式天线33与阻抗匹配部300之间，以传输射频信号。在本实施例中，共平面波导传输线结构30的传输部310一体化连接于阻抗匹配部300与平面式天线33之间。阻抗匹配部300位于感测区320(例如为尿湿感测区)中，当阻抗匹配部300的特性阻抗因尿液量增加而改变时，即造成匹配特性的漂移，影响射频信号传输至射频芯片31的能量大小，当能量小到无法激发射频芯片31，即可达到感测的效果。也由于共平面波导传输线结构30的特性阻抗对于介质(例如水、基板)的厚度及介电常数的变化非常敏感，因此以阻抗匹配部300做为尿湿感测单元，可增加射频识别标签3a～3c的感测灵敏度。当然，本实施例的射频识别标签3a～3c不限定用于尿湿感测方面，也可作为其他湿度的相关感测。

此外，传输部310的长度为可调的设计，其长度可介于1公分～30公分之间，以达到阻抗匹配部300位于尿湿感测区320中而平面式天线33位于读取区330中的分离化设计，使得平面式天线33的效能不会受到尿液、湿度或其他环境变数的影响。因此，本实施例的射频识别标签3a～3c可兼顾稳定读取及符合尿湿感测的要求。

在图3A中，平面式天线33为耦极天线，其包括一第一辐射带331以及一第二辐射带332，第一辐射带331连接第二信号导体314，第二辐射带332连接第四接地导体317，且第一接地导体311与第四接地导体317之间例如以一跳线34跨接。此外，在图3B中，第一接地导体311与第二信号导体314之间例如以一1/4波长接地导体35连接，以取代以跳线34跨接的方式，可保持第一接地导体311与第四接地导体317的电流均匀分布，降低射频信号传输线318的特性阻抗变异。另外，在图3C中，平面式天线33’为单极天线，其包括一辐射带333，此辐射带333连接第二信号导体314。

再者，在图3A～图3C中，位于传输部310的第二信号导体314、第一接地导体311及第四接地导体317，可依阻抗的需求改变相对的宽度，请参照图3D，其绘示依照一实施例的传输部310’的局部示意图。第二信号导体314’的宽度可沿着其线性方向呈阶梯状由大变小，线宽越大，阻抗越小，以得到阶梯式阻抗。同样，位于第二信号导体314’两侧的第一接地导体311’与第四接地导体317’的宽度也可呈阶梯状分布。因此，本实施例可通过调整射频信号传输线的信号导体的宽度或调整信号导体与接地导体间的间距，使输入端的阻抗与传输部310’的输入阻抗相匹配。

应用例

请参照图4A～图4B及图5A～图5B，其中图4A及图4B分别绘示依照本发明一应用例的尿湿感测尿布的示意图，图5A～图5B分别绘示依照本发明另一应用例的湿度感测吸收垫的示意图。各个应用例可应用上述图3A～图3C中任一种射频辨识标签3a～3c来设计尿湿感测尿布4a～4b或湿度感测吸收垫5a～5b，一并简介如下，其中，括弧外的标号为一范例，而括弧内的标号为另一范例，尿湿感测尿布4a～4b的本体41及湿度感测吸收垫5a～5b的本体51分别包括：一具液渗透性的内层401(501)，以使其表面干爽舒适；一不具液渗透性的外层402(502)，例如是防漏PE膜，具有阻绝水分外露的特性；以及一吸收体403(503)，介于内层401(501)与外层402(502)之间，以吸收尿液或水分。两者的差异例如在于尿湿感测尿布4a～4b还可具有穿戴固定用的扣带404，可固定在人体的腰间，以方便行走或更换尿布。

在此二应用例中，射频识别标签40(50)位于尿湿感测尿布4a～4b(或湿度感测吸收垫5a～5b)之中，且配置于内层401(501)与外层402(502)之间。当尿液(或水分)经由内层401(501)渗透至吸收体403(503)，随着尿液量的增加，位于尿湿感测区420(520)中的阻抗匹配部42(52)的特性阻抗发生改变，而达到感测的效果。

请参照图6A，射频识别标签60配置于吸收体610的一侧，因射频识别标签中射频电磁波于共平面波导传输线结构600的信号导体602与两侧的接地导体601、603间传播，当信号导体602与接地导体601、603间的介电物质改变时，将影响电磁波分布造成共平面波导传输线结构600的特性阻抗改变，共平面波导传输线结构600能感测介电物质变化的距离为1mm，当距离D大于1mm时，共平面波导传输线结构600的阻抗将不受吸收体610的状态影响。

图6B为射频识别标签60与吸收体610无直接接触的感测应用。射频识别标签60与吸收体610间隔一不具液渗透性的外层611，不具液渗透性的外层611厚度例如小于或等于1mm(即距离D小于或等于1mm)，亦即射频识别标签60与吸收体610之间的间距小于或等于1mm，则射频识别标签60无需直接接触吸收体610即可感测吸收体610的湿度状态。

一般而言，尿湿的位置位于人体的胯下，一般的射频识别标签的天线部配置于人体的胯下，无法延伸其长度至胯下之外，因而天线部所接收的信号容易被人体遮蔽，而造成误动作的情形。本实施例的射频识别标签40(50)通过调整传输部(参见图3A～图3C)的长度，使平面式天线43(53)位于尿湿感测区420(520)之外。在一实例中，平面式天线43(53)可位于胯下后方的臀部区，此区为稳定读取射频信号的较佳区域430(530)，可避免平面式天线43(53)所接收的射频信号容易被人体遮蔽的情形。在此实施例中，传输部的长度为可调的设计，其长度可介于3公分～15公分之间，以达到阻抗匹配部位于尿湿感测区中而平面式天线位于读取区中的分离化设计。

接着，请参照图7，其绘示依照本发明一应用例的尿湿感测系统的主机700示意图，其可配合图4A～图4B及图5A～图5B中任一种尿湿感测尿布4a～4b或湿度感测吸收垫5a～5b来进行侦测。测试系统的主机700包括一发射器710、一标签信号读取器720。发射器710用以发出一射频信号，以激发射频芯片发出一辨识码。标签信号读取器720用以读取射频芯片所发出的辨识码。然而，当射频能量低于一设定值时，表示射频芯片未被激发，使得标签信号读取器720无法读取到射频芯片所传输的信号。此时，感测系统的主机700可得知射频识别标签40(50)感测的结果，并根据此结果发出通报。举例来说，当感测到的尿湿量、湿度所代表的信号符合警示的条件时，即可主动发出警示信号，以通知父母或看护人员更换尿布或吸收垫。在一实施例中，感测系统的主机700更可包含一功率判断模块730，用以读取射频芯片所发出的射频能量，以进一步判断能量是否达到警示的程度。举例来说，当感测到的尿湿量、湿度或其他环境变数所代表的信号未达警示的程度时，感测系统的主机600暂时不用发出警示信号。

本发明上述范例所揭露的射频识别标签及应用其的尿布、吸收垫及感测系统，利用可依所需长度设计具感湿功能的射频识别标签，且射频识别标签的天线部与感测单元(共平面波导传输线结构的阻抗匹配部)之间相隔一预定距离，因此可达到稳定读取及符合感湿性能的要求。此外，射频识别标签采共平面波导传输线结构的设计，容易制作及实现，并可增加感测的灵敏度，达到宽频的效果。

综上所述，虽然结合以上各个范例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (19)

1.一种具有共平面波导传输线结构的射频识别标签，包括：

基板；

平面式天线，配置于该基板上；

射频芯片，由该平面式天线馈入一射频信号，以激发该射频芯片发出一辨识码；

多个信号导体，耦接于该平面式天线，以传输该射频信号；以及

多个接地导体，交错地配置于该些信号导体的相对两侧，并与该些信号导体相邻且共平面地配置在该基板上，以形成一共平面波导传输线结构，该共平面波导传输线结构包括：

阻抗匹配部，具有输入端以及接地平面，该输入端耦接该些信号导体，而该接地平面耦接该些接地导体，该射频芯片配置于该输入端与该接地平面之间；及

传输部，连接于该阻抗匹配部与该平面式天线之间。

2.如权利要求1所述的射频识别标签，其中该些信号导体包括第一信号导体、第二信号导体以及第三信号导体，该些接地导体包括第一接地导体、第二接地导体、第三接地导体以及第四接地导体，其中

该第一信号导体位于该第一接地导体与该第二接地导体之间，且该第一信号导体耦接于该输入端与该接地平面之间，以使该第一信号导体、该第一接地导体以及该第二接地导体组成一第一短路传输线；

该第二信号导体位于该第二接地导体与该第三接地导体之间，且该第二信号导体耦接于该输入端与该接地平面之间，且该射频芯片耦接该第二信号导体，以使该第二信号导体、该第二接地导体以及该第三接地导体组成一射频信号传输线；且

该第三信号导体位于该第三接地导体与该第四接地导体之间，且该第三信号导体耦接于该输入端与该接地平面之间，以使该第三信号导体、该第三接地导体以及该第四接地导体组成一第二短路传输线。

3.如权利要求1所述的射频识别标签，其中该些信号导体包括第一信号导体、第二信号导体以及第三信号导体，该些接地导体包括第一接地导体、第二接地导体、第三接地导体以及第四接地导体，其中

该第一信号导体位于该第一接地导体与该第二接地导体之间，且该第一信号导体耦接于该输入端与该第一接地导体之间，以使该第一信号导体、该第一接地导体、该第二接地导体以及该接地平面组成一第一短路传输线；

该第二信号导体位于该第二接地导体与该第三接地导体之间，且该第二信号导体耦接于该输入端与该接地平面之间，且该射频芯片耦接该第二信号导体，以使该第二信号导体、该第二接地导体、该第三接地导体以及该接地平面组成一射频信号传输线；且

该第三信号导体位于该第三接地导体与该第四接地导体之间，且该第三信号导体耦接于该输入端与该第四接地导体之间，以使该第三信号导体、该第三接地导体、该第四接地导体以及该接地平面组成一第二短路传输线。

4.如权利要求3所述的射频识别标签，其中该第一信号导体与该第三信号导体呈S型延伸。

5.如权利要求2或3所述的射频识别标签，其中该平面式天线为耦极天线，其包括第一辐射带以及第二辐射带，该第一辐射带连接该第二信号导体，该第二辐射带连接该第四接地导体。

6.如权利要求5所述的射频识别标签，还包括跳线，跨接于该第一接地导体与该第四接地导体之间。

7.如权利要求5所述的射频识别标签，还包括接地导体，连接于该第一辐射带与该第一接地导体之间。

8.如权利要求2或3所述的射频识别标签，其中该平面式天线为单极天线，其包括辐射带，该辐射带连接该第二信号导体。

9.如权利要求2或3所述的射频识别标签，其中该第一接地导体、该第二信号导体以及该第四接地导体于该传输部的宽度呈条状或阶梯状分布。

10.一种尿湿感测尿布，包括：

具液渗透性的内层；

不具液渗透性的外层；

吸收体，介于该内层与该外层之间；以及

如权利要求1所述的一具有共平面波导传输线结构的射频识别标签，其配置于该吸收体的一侧。

11.如权利要求10所述的湿度感测吸收垫，其中该射频识别标签与该吸收体之间的间距小于或等于1mm。

12.如权利要求10所述的湿度感测吸收垫，其中该不具液渗透性的外层位于该射频识别标签与该吸收体之间，该不具液渗透性的外层的厚度小于或等于1mm。

13.一种湿度感测吸收垫，包括：

具液渗透性的内层；

不具液渗透性的外层；

吸收体，介于该内层与该外层之间；以及

如权利要求1所述的一具有共平面波导传输线结构的射频识别标签，其配置于该吸收体的一侧。

14.如权利要求13所述的湿度感测吸收垫，其中该射频识别标签与该吸收体之间的间距小于或等于1mm。

15.如权利要求13所述的湿度感测吸收垫，其中该不具液渗透性的外层位于该射频识别标签与该吸收体之间，该不具液渗透性的外层的厚度小于或等于1mm。

16.一种尿湿感测系统，包括：

发射器，用以产生一射频信号；

如权利要求10所述的一尿湿感测尿布，具有一射频芯片，该射频芯片用以接收该射频信号，以激发该射频芯片发出一辨识码；以及

射频信号读取器，用以读取该射频芯片所发出的该辨识码。

17.如权利要求16所述的尿湿感测系统，还包括：

功率判断模块，用以判断该射频芯片所发出的射频能量是否达到警示的程度。

18.一种湿度感测系统，包括：

发射器，用以产生一射频信号；

如权利要求11所述的一湿度感测吸收垫，具有一射频芯片，该射频芯片用以接收该射频信号，以激发该射频芯片发出一辨识码；以及

标签信号读取器，用以读取该射频芯片所发出的该辨识码。

19.如权利要求18所述的尿湿感测系统，还包括：

功率判断模块，用以判断该射频芯片所发出的射频能量是否达到警示的程度。

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