CN104616050B - 金属标签及检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种金属标签及检测系统，该金属标签包括在金属物品表面制作的、记录物品信息的金属符号，所述金属物品表面还设有电磁感应激励线圈，金属标签利用金属符号在金属物品表面的位置参量和金属符号参量进行编码，记录物品信息；所述电磁感应激励线圈包括螺线管线圈、以及与所述螺丝管线圈相连的交流信号发生器，所述电磁感应激励线圈设置于所述金属物品表面上方，所述交流信号发生器发出交流频率信号激励螺线管线圈，使金属表面感应出交流电流。本发明的有益效果是：本发明使用的技术方案具有信息量更大、不易受污染以及能够自动识别的优点，金属标签信息记录和检测系统是对现有金属物品信息记录方式的一个补充，可广泛应用于物联网系统中物品信息的感知。

Description

金属标签及检测系统

技术领域

本发明涉及交流磁场测量、电磁检测技术、信息记录、金属表面检测和识别等领域，尤其涉及金属标签及检测系统。

背景技术

物品信息的感知与采集是物联网体系的重要组成部分，目前几种主要的物品识别技术(条码、RFID、磁条)存在着容易损毁、相对价格较高等问题。而且这些信息记录技术仅适用于物品生产、存储和流通等短期使用场合，不能在露天、地下以及野外等潮湿、温差大、污染等环境下长期使用。

现有的长期使用的物品信息记录，如电动机、发动机铭牌、气体液体存储罐标签等物品信息记录，采用文字或字母在物品的金属表面刻制，信息量小，不能自动识别。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种金属标签。

本发明提供了一种金属标签，包括在金属物品表面制作的、记录物品信息的金属符号，所述金属物品表面还设有电磁感应激励线圈，金属标签利用金属符号在金属物品表面的位置参量和金属符号参量进行编码，记录物品信息；所述电磁感应激励线圈包括螺线管线圈、以及与所述螺丝管线圈相连的交流信号发生器，所述电磁感应激励线圈设置于所述金属物品表面上方，所述交流信号发生器发出交流频率信号激励螺线管线圈，使金属表面感应出交流电流。

作为本发明的进一步改进，所述螺线管线圈由磁芯、及缠绕所述磁芯的检测线圈构成，所述交流信号发生器与所述检测线圈相连。

作为本发明的进一步改进，金属标签的材料是任何金属材料或导电材料，金属符号由几种不同的几何图案作为基本信息符号，几何图案采用圆形、矩形或其它几何形状。

作为本发明的进一步改进，金属标签采用二进制或多进制进行信息编码，记录物品信息；当使用二进制编码时，使用两种不同的金属符号表示信息，以一种符号代表数字0，另一种符号代表数字1，没有金属符号的区域看作是一种设定的符号。

作为本发明的进一步改进，金属符号的几何图案的深度大于其趋肤深度的2倍以上，趋肤深度根据公式计算，δ为趋肤深度，ω为信号角频率，μ为金属导体的磁导率，σ为金属导体的电导率。

作为本发明的进一步改进，所述金属符号呈线性排列，金属标签的导体平面通过两个绕制方向相同的螺线管线圈产生的磁场激励，两个交流信号发生器发出的交流激励信号频率相同、相位相反。

本发明还提供了一种对金属标签进行检测的环形交流磁场传感器，该环形交流磁场传感器包括探头，所述探头包括圆弧状非晶材料部件、前置放大器、圆弧状高磁导率铁氧体材料制成的空心磁管，所述圆弧状非晶材料部件从所述空心磁管轴心穿过，并与所述前置放大器输入端相连。

作为本发明的进一步改进，所述圆弧状非晶材料部件为Co基或Fe基具有巨磁阻抗效应的非晶态合金材料；或者，所述圆弧状非晶材料部件为非晶丝或非晶带。

作为本发明的进一步改进，该环形交流磁场传感器还包括频率可调多通道信号发生器、以及依次相连的滤波器、放大器、处理器，所述频率可调多通道信号发生器分别与所述滤波器和所述圆弧状非晶材料部件相连，所述前置放大器输出端与所述滤波器相连。

作为本发明的进一步改进，在所述频率可调多通道信号发生器与所述圆弧状非晶材料部件之间连接一电阻。

本发明的有益效果是：与现有的条码、磁卡以及RFID物品信息记录技术相比，本系统提供了一种不易损毁、能够在室外恶劣环境中长期有效保存物品信息记录的技术手段。与现有气液体储藏罐、电动机、水泵、汽车发动机等金属物品信息记录方法相比，本系统使用的技术方法具有信息量更大、不易受污染以及能够自动识别的优点。金属标签信息记录和检测系统是对现有金属物品信息记录方式的一个补充，可广泛应用于物联网系统中物品信息的感知。

附图说明

图1是本发明的原理框图。

图2是本发明的探头原理框图。

图3是本发明的线圈激励感应原理示意图。

图4是本发明的金属符号和感应电流原理图。

具体实施方式

如图1-4所示，本发明公开了一种金属标签12，包括在金属物品14表面制作的、记录物品信息的金属符号13，所述金属物品14表面还设有电磁感应激励线圈，金属标签12利用金属符号13在金属物品14表面的位置参量和金属符号参量进行编码，记录物品信息；所述电磁感应激励线圈包括螺线管线圈15、以及与所述螺线管线圈15相连的交流信号发生器16，所述电磁感应激励线圈设置于所述金属物品14表面上方，所述交流信号发生器16发出交流频率信号激励螺线管线圈15，使金属表面感应出交流电流。

所述螺线管线圈15由磁芯17、及缠绕所述磁芯17的检测线圈18构成，所述交流信号发生器16与所述检测线圈18相连。

金属标签12的材料是任何金属材料或导电材料，金属符号13由几种不同的几何图案作为基本信息符号，几何图案采用圆形、矩形或其它几何形状。

金属符号13可以在金属物品14表面通过刻制、铸造、冲压、刻蚀以及打制等方法制作。

金属标签12采用二进制或多进制进行信息编码，记录物品信息；当使用二进制编码时，使用两种不同的金属符号13表示信息，以一种符号代表数字0，另一种符号代表数字1，没有金属符号13的区域看作是一种设定的符号。

金属符号13的几何图案的深度大于其趋肤深度的2倍以上，趋肤深度根据公式计算，δ为趋肤深度，ω为信号角频率，μ为金属导体的磁导率，σ为金属导体的电导率。

所述金属符号13呈线性排列，可以采用等间距或者不等间距排列。

金属标签12的导体平面通过两个绕制方向相同的螺线管线圈15产生的磁场激励，两个交流信号发生器16发出的交流激励信号频率相同、相位相反。两个螺线管线圈15产生的感应电流叠加后，在两个螺线管线圈15之间的金属板表面上产生近似均匀的感应电流。

当金属标签12的导体平面上感应电流流经金属符号13时，感应电流方向会发生偏转，引起符号上方空间磁场的变化，检测相应的磁场通过可以判断该位置是否存在金属符号13。

金属标签12的读入采用电磁感应方法，系统将螺线管线圈15置于金属标签12上方，采用交流频率信号激励螺线管线圈15，使金属表面感应出交流电流，当感应电流流经金属符号13图案时，由于趋肤效应，电流运动方向会发生偏转，引起金属符号13上方空间磁场分布的变化，利用金属符号13上方的环形交流磁场传感器检测空间磁场变化，可以测量流过金属符号13电流的变化，实现对相应金属符号13的检测。环形交流磁场传感器在金属符号13上方沿符号排列方向滑动扫描，可采用一个环形交流磁场传感器完成多个符号组成的金属标签信息的自动识别。

本发明还公开了一种检测系统，该检测系统包括对金属标签12进行检测的环形交流磁场传感器，即，该检测系统使用环形交流磁场传感器检测金属标签导12体平面上线性区域流过感应电流产生的磁场。

该环形交流磁场传感器包括探头10，所述探头10包括圆弧状非晶材料部件2、前置放大器3、圆弧状高磁导率铁氧体材料制成的空心磁管9，所述圆弧状非晶材料部件2从所述空心磁管9轴心穿过，并与所述前置放大器3输入端相连。

所述圆弧状非晶材料部件2为Co基或Fe基具有巨磁阻抗(GMI，Giant magneto-impedance)效应的非晶态合金材料；或者，所述圆弧状非晶材料部件2为非晶丝或非晶带。

因为该圆弧状非晶材料部件2采用圆弧形状，只有半径和圆心位置与非晶材料圆弧相同的磁力线才能完整通过非晶材料轴心，从而获得最大的磁场检测灵敏度。

空心磁管9用于屏蔽其它方向的磁力线，圆弧状非晶材料部件2从空心磁管9的轴心穿过，只有半径接近于磁管内径，且圆心位置与磁管圆心相同的环形分布磁力线能够通过磁管空心部分，其它方向的磁力线会沿着高磁导率空心磁管管壁传播。

该环形交流磁场传感器还包括频率可调多通道信号发生器1、以及依次相连的滤波器4、放大器5、处理器6，所述频率可调多通道信号发生器1分别与所述滤波器4和所述圆弧状非晶材料部件2相连，所述前置放大器3输出端与所述滤波器4相连。

在所述频率可调多通道信号发生器1与所述圆弧状非晶材料部件2之间连接一电阻。

在高频激励频率信号的作用下，所述环形交流磁场传感器中圆弧状非晶材料部件2两端的复阻抗随着通过其轴向分量的被检测交流磁场信号的变化而变化，在电路中所述圆弧状非晶材料部件2两端产生反映被检测交流磁场信号幅度变化的交流电压信号。

环形交流磁场传感器中使用滤波器4对信号滤波。

环形交流磁场传感器中使用放大器5对信号进行放大。

检测系统由处理器6对环形交流信号传感器输出信号处理实现对金属符号13记录信息的识别。

当金属标签12的导体平面上感应电流流经金属符号13时，感应电流方向会发生偏转，引起符号上方空间磁场的变化，检测相应的磁场，通过反演技术可以判断金属符号13的类型。

交流磁场传感在金属符号13上方沿着排列方向滑动扫描，可使用一个交流传感器对多个金属符号13进行检测。

假定检测系统采用二进制记录方法，使用矩形符号代表代表数字‘1’，没有金属符号的区域代表‘0’，交流磁场传感器在金属符号13上方滑动扫描时，如果下方存在金属符号13，由于趋肤效应，感应电流流经方向发生改变，会从金属符号13的旁边和底部流过，传感器检测该电流产生的磁场会比符号‘0’产生的磁场小，通过滤波处理和智能检测可以实现对符号的识别。

本发明提供了一种的金属标签及检测系统具有如下有益效果：

1.永久性：条码通常工作在物品的生产、存储和运输的环节，在消费或使用的过程中条码会逐渐损坏。金属标签12在物品的整个生命周期内保持其标签的可读性，在某些情况下，即使标识的物品损坏，金属标签12仍具有可读性，这对于事故分析和责任追踪具有重要意义。

2.与物品一体化：条码、RFID和磁条均需要安装在物品上，无论采用什么样的安置方式都不可能实现与物品完美的结合，同时需要安装过程及安装成本，并且易于破损及脱落。金属物品或金属标签材料本身具有天然的牢固性，可以直接在物体表面制作标签，与物品完全结合在一起，坚固耐磨。

3.低成本：RFID的价格劣势限制了其应用，只能应用在附加值较高的物品上。金属自动识别标签制作容易，可直接在金属标签表面或物品金属表面通过铸造、冲压、刻蚀等多种工艺形成标签，价格远低于磁卡、存储卡、RFID等标签系统。

4.恶劣条件下应用：在潮湿、高温、污染等环境下，各类标签都可能受到磨损、污染、腐蚀、器件失效的影响，导致系统无法正常工作。金属识别标签系统在金属表面或内部浅层进行标记，其金属的特性决定了金属识别标签的可靠性，可工作在露天、水下、地下及太空环境下，具有极高的稳定性。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种金属标签，其特征在于：包括在金属物品表面制作的、记录物品信息的金属符号，所述金属物品表面还设有电磁感应激励线圈，金属标签利用金属符号在金属物品表面的位置参量和金属符号参量进行编码，记录物品信息；所述电磁感应激励线圈包括螺线管线圈、以及与所述螺线管线圈相连的交流信号发生器，所述电磁感应激励线圈设置于所述金属物品表面上方，所述交流信号发生器发出交流频率信号激励螺线管线圈，使金属表面感应出交流电流。

2.根据权利要求1所述的金属标签，其特征在于：所述螺线管线圈由磁芯、及缠绕所述磁芯的检测线圈构成，所述交流信号发生器与所述检测线圈相连。

3.根据权利要求1所述的金属标签，其特征在于：金属标签的材料是任何金属材料或导电材料，金属符号由几种不同的几何图案作为基本信息符号，几何图案采用圆形、矩形或其它几何形状。

4.根据权利要求1所述的金属标签，其特征在于：金属标签采用二进制或多进制进行信息编码，记录物品信息；当使用二进制编码时，使用两种不同的金属符号表示信息，以一种符号代表数字0，另一种符号代表数字1，没有金属符号的区域看作是一种设定的符号。

5.根据权利要求3所述的金属标签，其特征在于：金属符号的几何图案的深度大于其趋肤深度的2倍以上，趋肤深度根据公式计算，δ为趋肤深度，ω为信号角频率，μ为金属导体的磁导率，σ为金属导体的电导率。

6.根据权利要求1所述的金属标签，其特征在于：所述金属符号呈线性排列，金属标签的导体平面通过两个绕制方向相同的螺线管线圈产生的磁场激励，两个交流信号发生器发出的交流激励信号频率相同、相位相反。

7.一种对权利要求1至6任一项所述金属标签进行检测的环形交流磁场传感器：其特征在于，该环形交流磁场传感器包括探头，所述探头包括圆弧状非晶材料部件、前置放大器、圆弧状高磁导率铁氧体材料制成的空心磁管，所述圆弧状非晶材料部件从所述空心磁管轴心穿过，并与所述前置放大器输入端相连。

8.根据权利要求7所述的环形交流磁场传感器，其特征在于：所述圆弧状非晶材料部件为Co基或Fe基具有巨磁阻抗效应的非晶态合金材料；或者，所述圆弧状非晶材料部件为非晶丝或非晶带。

9.根据权利要求7所述的环形交流磁场传感器，其特征在于：该环形交流磁场传感器还包括频率可调多通道信号发生器、以及依次相连的滤波器、放大器、处理器，所述频率可调多通道信号发生器分别与所述滤波器和所述圆弧状非晶材料部件相连，所述前置放大器输出端与所述滤波器相连。

10.根据权利要求9所述的环形交流磁场传感器，其特征在于：在所述频率可调多通道信号发生器与所述圆弧状非晶材料部件之间连接一电阻。