CN107392293B - 基于rfid的管线巡检标签 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于RFID的管线巡检标签，属于RFID射频领域，包括：标签壳体，在标签壳体中设有用于容纳射频天线的凹槽，在凹槽中安装有射频天线和标签芯片；标签壳体包括内层壳体和外层壳体，射频天线包括内天线，以及与内天线连接的外天线。通过将射频天线的整体形状与巡检标签的形状进行调整，同时使用由内天线和外天线构成的双天线结构，强化射频天线对于阅读器发射电磁波的信号接收能力，使得巡检标签在地下较深区域依然能够接收到阅读器的信号，提高该巡检标签的灵敏度，令距离不再成为巡检标签的限制因素，拓展了巡检标签的使用场景。
Description
技术领域
本发明属于RFID射频领域，特别涉及一种基于RFID的管线巡检标签。
背景技术
城市地下管网是作为城市的地下传输命脉，在能源、信息传输过程中起到重要作用。地下管网的有效精细管理是目前各行业资产设备管理面临的重大难题。具备长距离识读性能的无源射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)设备在管线巡检管理应用中具有独特的技术优势。巡检标签的识读距离直接影响着RFID的适用性，远距离的无源RFID管线地面巡检标签在电力能源、铁路交通、市政管线、国防通讯、石油化工等存在大量管线资产的行业中有着极其庞大且迫切的市场需求。
由于各RFID应用厂商的技术路线差异，阅读器与RFID标签的射频优化匹配，由于安装在管线上的RFID标签与阅读器之间的传输距离过短，对标签的使用场景造成限制。
发明内容
为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了通过对射频天线形状进行优化，从而提高RFID标签传输距离的基于RFID的管线巡检标签。
为了达到上述技术目的，本发明提供了基于RFID的管线巡检标签，所述巡检标签安装在地板砖或里程桩上，所述巡检标签，包括：
标签壳体，在标签壳体中设有用于容纳射频天线的凹槽，在凹槽中安装有射频天线，以及与射频天线电连接的标签芯片；
其中，所述标签壳体包括与射频天线和标签芯片接触的内层壳体，以及包覆在内层壳体外的外层壳体，所述射频天线包括内天线，以及与内天线连接的外天线。。
可选的，所述内层壳体包括厚度为0.3mm的聚氯乙烯基材，经双面层压构成。
可选的，所述外层壳体包括由聚氨酯构成的密闭壳体。
可选的，所述内天线呈类方形、且有四边，在内天线上相对的两边设有凹陷，在另外相对的两边内侧设有子天线。
可选的，所述外天线包括连接在内天线上的四个相对独立的延展天线，延展天线包括连接在内天线上的头部以及远离内天线的尾部，尾部呈螺旋状收缩，在螺旋收缩部设有将内圈与外圈连接的密集走线。
可选的，所述射频天线由厚度为18μm的铝箔或铜箔制成。
可选的，所述标签芯片为Impinj M4芯片。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
通过将射频天线的整体形状与巡检标签的形状进行调整，同时使用由内天线和外天线构成的双天线结构，强化射频天线对于阅读器发射电磁波的信号接收能力，使得巡检标签在地下较深区域依然能够接收到阅读器的信号，提高该巡检标签的灵敏度，令距离不再成为巡检标签的限制因素，拓展了巡检标签的使用场景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的巡检标签中天线的形状示意图；
图2是本发明提供的巡检标签中天线的增益仿真示意图。
具体实施方式
为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。
实施例一
本发明提供了基于RFID的管线巡检标签，所述巡检标签安装在地板砖或里程桩上，所述巡检标签，包括：
标签壳体，在标签壳体中设有用于容纳射频天线的凹槽，在凹槽中安装有射频天线，以及与射频天线电连接的标签芯片；
其中，所述标签壳体包括与射频天线和标签芯片接触的内层壳体，以及包覆在内层壳体外的外层壳体。所述射频天线1包括内天线2，以及与内天线2连接的外天线3。所述内天线2呈类方形、且有四边，在内天线2上相对的两边设有凹陷21，在另外相对的两边内侧设有子天线22。
所述外天线3包括连接在内天线2上的四个相对独立的延展天线4，延展天线4包括连接在内天线2上的头部41以及远离内天线2的尾部42，尾部42呈螺旋状收缩，在螺旋收缩部设有将内圈与外圈连接的密集走线421。
在实施中，该巡检标签由标签壳体和位于标签壳体内部的标签芯片相连。该标签壳体采用了双层结构设计，内层用于为内部的标签芯片和射频天线提供足够的支撑性，保证标签芯片尤其是射频天线的形状稳定，外层则用于对整个巡检标签提供防水防尘防震的三防特性。从而提高了安装在管线上的巡检标签对于恶劣环境的抵抗能力。
进一步的，巡检标签中的射频天线1使用了内天线2+外天线3的双天线设计，并且在内天线2和外天线3的结构针对巡检标签的形状进行了特定的优化，具体结构如图1所示。
所述射频天线1包括内天线2，以及与内天线2连接的外天线3。所述内天线2呈类方形、且有四边，在内天线2上相对的两边设有凹陷21，在另外相对的两边内侧设有子天线22。
所述外天线3包括连接在内天线2上的四个相对独立的延展天线4，延展天线4包括连接在内天线2上的头部41以及远离内天线2的尾部42，尾部42呈螺旋状收缩，在螺旋收缩部设有将内圈与外圈连接的密集走线421。
从图1中可以很清楚的看出，射频天线1的整体形状与巡检标签的形状类似呈长方形，为了使得射频天线1在长方形的空间域中具有较好的信号增益表现，在中央区域使用形状类似方形的内天线，并且在长方形短边的方向上设有凹陷21以缩短射频天线在该方向上的信号接收特性，而在长方形长边的方向上设有相对的两个子天线22以扩大射频天线在该方向上的信号接收特性。
处于同样的考虑，为了进一步增强射频天线在长方形长边上的信号接收能力，还设有与内天线2连接的外天线3，外天线3则包括沿长方形四个角落呈放射状设置的延展天线4，每个延展天线4则在长方形四个角落对应的区域中呈螺旋状设置，从而进一步增强在角落方向上的信号接收能力。
更进一步的，在延展天线4远离内天线2方向上的尾部42区域还设有连接螺旋状内圈与外圈的密集走线421，借助于密集走线421可以将尾部42的信号接收能力进一步提升，从而最终强化射频天线1对于阅读器发射电磁波的信号接收能力，使得巡检标签在地下较深区域依然能够接收到阅读器的信号，提高该巡检标签的灵敏度，令距离不再成为巡检标签的限制因素，拓展了巡检标签的使用场景。
可选的，所述内层壳体包括厚度为0.3mm的聚氯乙烯基材，经双面层压构成。所述外层壳体包括由聚氨酯构成的密闭壳体。
在实施中，标签壳体中的内层壳体典型的可以使用厚度为0.3mm的聚氯乙烯基材，并且分别设置在射频天线1两侧的内层壳体经双面层压的工艺制成，能够对射频天线1以及标签芯片起到足够的保护作用，防止因外界碰撞导致标签壳体变形引起标签芯片、射频天线的损坏。
外层壳体为使用聚氨酯构成的密闭壳体，对整个巡检标签提供防水防尘防震的三防特性。
可选的，所述射频天线由厚度为18μm的铝箔或铜箔制成。
在实施中，基于上述设置的天线，天线输入阻抗约为20+j148.6欧姆，天线最佳阻抗为：实部11Ω，虚部143Ω。实际阻抗为实部20Ω，虚部148.6Ω。匹配效率88.677496％，匹配损耗0.5218657dB。考虑到匹配损耗，实际增益约为0.8dBi。理论上，用EIRP为36dBm的读头，915MHz清点距离大概在12m左右。
该射频天线的增益分析曲线如图2所示，由曲线可知，在射频天线所述的平面内，在90°、-90°、以及180°的方向上，射频天线的增益最好。
可选的，所述标签芯片为Impinj M4芯片。
在实施中，Impinj M4芯片相对于前一代M3芯片，读灵敏度降低4.8dB，读距离增加了74％，写灵敏度降低6.1dB，写距离增加了100％。更加适合远距离、复杂环境下的应用。
基于上述结构的采用Impinj M4芯片的RFID管线巡检标签，天线基于地板砖通用规格进行设计。RFID天线的实际增益优于0.8dBi。理论上，用36dBm EIRP的读头，915MHz清点距离大概在12米左右。
在实际使用过程中，当标签贴在地板砖、里程桩上时，由于地面的影响，清点距离会比上述范围远一些。安装于里程桩表面的标签，由以往经验知道雨水(不含电解质)、雪、冰对标签性能无明显影响。
本发明提供了基于RFID的管线巡检标签，包括：标签壳体，在标签壳体中设有用于容纳射频天线的凹槽，在凹槽中安装有射频天线和标签芯片；标签壳体包括内层壳体和外层壳体，射频天线包括内天线，以及与内天线连接的外天线。通过将射频天线的整体形状与巡检标签的形状进行调整，同时使用由内天线和外天线构成的双天线结构，强化射频天线对于阅读器发射电磁波的信号接收能力，使得巡检标签在地下较深区域依然能够接收到阅读器的信号，提高该巡检标签的灵敏度，令距离不再成为巡检标签的限制因素，拓展了巡检标签的使用场景。
上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.基于RFID的管线巡检标签，所述巡检标签安装在地板砖或里程桩上，其特征在于，所述巡检标签，包括：
标签壳体，在标签壳体中设有用于容纳射频天线的凹槽，在凹槽中安装有射频天线，以及与射频天线电连接的标签芯片；
其中，所述标签壳体包括与射频天线和标签芯片接触的内层壳体，以及包覆在内层壳体外的外层壳体，所述射频天线包括内天线，以及与内天线连接的外天线；所述内天线呈类方形、且有四边，在内天线上相对的两边设有凹陷，在另外相对的两边内侧设有子天线；所述外天线包括连接在内天线上的四个相对独立的延展天线，延展天线包括连接在内天线上的头部以及远离内天线的尾部，尾部呈螺旋状收缩，在螺旋收缩部设有将内圈与外圈连接的密集走线；所述内层壳体包括厚度为0.3mm的聚氯乙烯基材，经双面层压构成。
2.根据权利要求1所述的基于RFID的管线巡检标签，其特征在于，所述外层壳体包括由聚氨酯构成的密闭壳体。
3.根据权利要求1所述的基于RFID的管线巡检标签，其特征在于，所述射频天线由厚度为18μm的铝箔或铜箔制成。
4.根据权利要求1至3任一项所述的基于RFID的管线巡检标签，其特征在于，所述标签芯片为ImpinjM4芯片。
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