CN107314831A - Saw rfid标签的一种新型宽温度范围测温方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种SAW RFID标签的一种新型宽温度范围测温方法，包括：在阅读器发射的查询信号的最大频率间隔内分配频率差，选择出满足构造同余方程进行相位差抗模糊的多个查询信号的频率差；在SAW RFID标签内选取任意位置上的两根反射栅；提取各频率查询信号由两根反射栅反射产生的回波信号的模糊相位，进而得到每根反射栅的各组频率差所对应的模糊相位差；通过多组频差及模糊相位差构造同余方程实现相位差抗模糊；在标准温度下，标定两根反射栅之间的无模糊相位差；将SAW标签所处实际环境温度下两根反射栅间的无模糊相位差与标准温度下两根反射栅间的无模糊相位差比较，进而得到相对标准温度的温度变化量，实现温度测量。

Description

SAW RFID标签的一种新型宽温度范围测温方法
技术领域
本发明涉及测量技术领域，具体地，涉及SAW RFID标签的一种新型宽温度范围测温方法。
背景技术
射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)利用射频信号实现目标识别以及对相关数据的获取，是一种非接触式标签的技术。正是由于它的非接触特性，可以在识别过程中无需人工干预，有利于系统自动化的实现。近年来，RFID技术在物流管理、防伪、畜牧业监控管理、高速公路自动收费、跟踪和定位等领域取得广泛应用。
采用声表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)技术的射频标签是一种纯无源且不带有任何半导体集成电路芯片的射频识别技术。基于SAW技术的RFID系统由阅读器和SAWRFID标签组成。SAW RFID标签由天线、叉指换能器(Inter Digital Transducer,IDT)和反射栅构成。其系统工作原理与雷达系统类似：阅读器发送查询信号至标签天线，标签天线接收到的查询信号经叉指换能器，由压电材料的逆压电效应，查询信号在压电基片上转换为沿压电晶向传播的声表面波。经过一段延时后到达反射栅，一部分能量被放射回IDT，另一部分能量透射继续沿压电晶向传播。被放射回IDT的声表面波由压电材料的正压电效应转换成电磁波，通过标签天线发送至阅读器。经反射栅反射的回波相位会随温度变化，根据这种特性，可实现SAW RFID标签对温度的测量。
目前，在SAW RFID标签中常用的测温方法是在SAW标签中放置区别于编码反射栅，专门用于测温的反射栅。然而这种方法具有严重的不足，如果测温反射栅数量过多，将严重降低SAW标签的编码容量。即使仅放置三根测温反射栅已达到了较高的测温精度，但由于现有方法为解决相位2π模糊性问题，需要特别地在标准温度下构造第二、三根反射栅相位差与第一、二根反射栅相位差足够小的差值，使得SAW标签在应用的温度范围内该差值的变化不超过2π，这一处理方式限制了SAW标签的测温范围。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种SAW RFID标签的一种新型宽温度范围测温方法。
根据本发明提供的SAW RFID标签的一种新型宽温度范围测温方法，包括如下步骤：
步骤1、在阅读器发射的查询信号的最大频率间隔内分配频率差，选择出满足构造同余方程进行相位差抗模糊的多个查询信号的频率差；
步骤2、在SAW RFID标签内选取任意位置上的两根反射栅；
步骤3、提取各频率查询信号由两根反射栅反射产生的回波信号的模糊相位，进而得到每根反射栅的各组频率差所对应的模糊相位差；
步骤4、通过多组频差及模糊相位差构造同余方程实现相位差抗模糊；
步骤5、在标准温度下，通过步骤3及步骤4标定两根反射栅之间的无模糊相位差；
步骤6、将SAW标签所处实际环境温度下两根反射栅间的无模糊相位差与标准温度下两根反射栅间的无模糊相位差比较，进而得到相对标准温度的温度变化量，实现温度测量。
优选的，步骤1包括：
阅读器发射多个不同频点的查询信号，在可实现的信号最大频率间隔内分配多个频率差时，为了满足构造同余方程实现相位差抗模糊的要求，每组频率差应满足
其中c为电磁波传播速度3×108m/s；每组频率差的ξk互为质数；Δd为任意非负整数。
优选的，步骤3包括通过正交解调技术提取各频率查询信号由两根反射栅反射产生的回波信号的模糊相位。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明使SAW标签不再区分测温及编码反射栅，在相同的信息空间和频带宽度下，大大提升编码容量。同时，SAW标签的测温范围将大大提升，且该范围仅受制作SAW标签的材料可承受的最大温度范围决定。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明SAW RFID标签的一种新型宽温度范围测温方法的系统示意图；
图2为本发明具体实施例所使用的SAW RFID标签示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1和图2所示，本发明提供的一种SAW RFID标签的一种新型宽温度范围测温方法，包括如下步骤：
步骤1、在阅读器发射的查询信号的最大频率间隔内分配频率差，选择出满足构造同余方程进行相位差抗模糊的多个查询信号的频率差。
阅读器发射多个不同频点的查询信号，在可实现的信号最大频率间隔内分配多个频率差时，为了满足构造同余方程实现相位差抗模糊的要求，每组频率差应满足
其中c为电磁波传播速度3×108m/s；每组频率差的ξk互为质数；Δd为任意非负整数。
假设阅读器1发射的查询信号的最大频率间隔为Δfmax＝10MHz，选择三个频点构造频率差实现SAW RFID标签的一种新型宽温度范围测温方法。根据式(1)，选取Δd＝5，可计算出ξ1＝8、ξ2＝25，则有Δf12＝7.5MHz、Δf23＝2.4MHz。因此，在超高频(UHF)频段中选取发射的查询信号频点为f1＝917.5MHz、f2=925MHz、f3=927.4MHz。
步骤2、如图2所示，在SAW RFID标签内选取任意位置上的两根反射栅，在本实施例中选取反射栅202A及反射栅202B。
步骤3、通过正交解调技术提取各频率查询信号由两根反射栅反射产生的回波信号的模糊相位，进而得到Δf12与Δf23所对应的反射栅202A反射回波的模糊相位差为及以及反射栅202B反射回波信号的模糊相位差为及由于相位存在2π模糊性，则Δf12与Δf23所对应的反射栅202A回波信号的无模糊相位差为及以及反射栅202B回波信号的无模糊相位差为及
步骤4、假设发射信号均为视距传播，则不存在障碍物遮挡，发射信号经过SAWRFID标签内的反射栅反射后被阅读器1接收。反射回波信号y(t)可表示为：
其中fi是发射信号的频率；为发射信号的初相位；τ1＝2R/c为发射信号在自由空间中由阅读器到SAW标签2传播的双程延时，其中R为阅读器与SAW标签间的真实距离；τ2,k＝2dk/v为发射信号在SAW标签101内由换能器201到第k根反射栅传播的双程延时，其中dk为换能器201到第k根反射栅间的距离，v为声表面波在基片上的传播速度。
在该反射回波信号模型下，反射栅202A的回波信号可构造式(3)所示的同余方程进行相位差抗模糊：
其中d1为换能器201到反射栅202A间的距离301。
根据中国余数定理解出如(3)所述的同余方程中的未知数m1与m2，则得到Δf12与Δf23所对应的反射栅202A回波信号的无模糊相位差及
同理，反射栅202B的回波信号可构造式(4)所示的同余方程进行相位差抗模糊：
其中d2为换能器201到反射栅202B间的距离，该距离为距离301与距离302之和。
根据中国余数定理解出如(4)所述的同余方程中的未知数m3与m4，则得到Δf12与Δf23所对应的反射栅202B回波信号的无模糊相位差及
步骤5、在标准温度下，通过步骤3及步骤4，标定反射栅202A及反射栅202B间的无模糊相位差为
步骤6、根据式(5)，将标签所处实际环境温度下反射栅202A及反射栅202B之间的无模糊相位差与标准温度下两根反射栅间的无模糊相位差比较，进而得到相对标准温度T0的温度变化量，则测量出的温度为T0+ΔT。
其中，Φij为第i根反射栅与第j根反射栅在标签所处环境温度下的相位差；Φij,0为第i根反射栅与第j根反射栅在标准温度下的相位差；TCD为延时温度系数。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (3)

1.一种SAW RFID标签的一种新型宽温度范围测温方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、在阅读器发射的查询信号的最大频率间隔内分配频率差，选择出满足构造同余方程进行相位差抗模糊的多个查询信号的频率差；
步骤2、在SAW RFID标签内选取任意位置上的两根反射栅；
步骤3、提取各频率查询信号由两根反射栅反射产生的回波信号的模糊相位，进而得到每根反射栅的各组频率差所对应的模糊相位差；
步骤4、通过多组频差及模糊相位差构造同余方程实现相位差抗模糊；
步骤5、在标准温度下，通过步骤3及步骤4标定两根反射栅之间的无模糊相位差；
步骤6、将SAW标签所处实际环境温度下两根反射栅间的无模糊相位差与标准温度下两根反射栅间的无模糊相位差比较，进而得到相对标准温度的温度变化量，实现温度测量。
2.根据权利要求1所述的SAW RFID标签的一种新型宽温度范围测温方法，其特征在于，步骤1包括：
阅读器发射多个不同频点的查询信号，在可实现的信号最大频率间隔内分配多个频率差时，为了满足构造同余方程实现相位差抗模糊的要求，每组频率差应满足
<mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;f</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>c</mi> <mrow> <msub> <mi>&amp;xi;</mi> <mi>k</mi> </msub> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>d</mi> </mrow> </mfrac> <mo>,</mo> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>2</mn> <mo>...</mo> </mrow>
其中c为电磁波传播速度3×108m/s；每组频率差的ξk互为质数；Δd为任意非负整数。
3.根据权利要求1所述的SAW RFID标签的一种新型宽温度范围测温方法，其特征在于，步骤3包括通过正交解调技术提取各频率查询信号由两根反射栅反射产生的回波信号的模糊相位。
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