CN107655585A - 一种无源植入式温度检测装置、系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无源植入式温度检测装置、系统及方法，所述装置被植入待检测物体内，包括：温度传感单元、RFID芯片和射频天线，温度传感单元、RFID芯片和射频天线均固定在电路板上，电路板封装在非金属外壳中，其中：射频天线，用于确认待检测物体进入射频信号辐射区域；温度传感单元，用于当待检测物体进入射频信号辐射区域时，采集待检测物体的温度信息，将温度信息传输至RFID芯片；RFID芯片，用于将待检测物体的标识信息和接收到的温度信息通过射频天线发送至任一外部设备。本发明提供的一种无源植入式温度检测装置、系统及方法，无需携带额外的电源，体积小且读取距离远，能够实现对多个待检测物体的温度进行实时监测和管理。
Description
技术领域
本发明涉及温度检测技术领域，更具体地，涉及一种无源植入式温度检测装置、系统及方法。
背景技术
温度是反应生命体健康状况和物体当前环境状况的一个重要指标，现实中往往需要对物体的温度进行检测，且当涉及到多个物体的温度信息时，还需要对多个物体分别进行标识。例如，在动植物养殖中，需要对动物或植物的温度进行实时监控，与此同时，还需同时对动物或植物个体进行标识。
传统温度检测手段主要包括水银温度计和红外温度计，应用过程中存在易破损、水银有毒、红外检测不准确和操作复杂等问题。个体标识主要采用RFID标签，但是外置式RFID标签具有易磨损和易丢失等问题，且目前射频识别技术主要集中在低频和高频两个工作频段，可以实现对物体的近距离和稳定状态下的标识，对远距离、移动状态和多标签读取存在不足，限制了其应用场景。
目前市面上出现了将射频识别和温度传感器结合的产品，但此类产品具有体积大、外置式、有源或半有源和读取距离近等缺陷。有鉴于此，亟待提供一种能够实现远距离读取，且能够同时实现个体标识和温度检测的微型无源可植入式装置。
发明内容
本发明为了克服现有技术中实现个体识别和温度检测的产品具有体积大、外置式、有源或半有源和读取距离近等缺陷，提供一种无源植入式温度检测装置、系统及方法。
一方面，本发明提供一种无源植入式温度检测装置，所述装置被植入待检测物体内，包括：温度传感单元、RFID芯片和射频天线，所述温度传感单元、RFID芯片和射频天线均固定在电路板上，所述电路板封装在非金属外壳中，其中：
所述射频天线，用于确认所述待检测物体进入射频信号辐射区域；
所述温度传感单元，用于当所述待检测物体进入射频信号辐射区域时，采集所述待检测物体的温度信息，将所述温度信息传输至所述RFID芯片；
所述RFID芯片，用于将所述待检测物体的标识信息和接收到的所述温度信息通过所述射频天线发送至任一外部设备。
优选地，所述RFID芯片的工作频段为超高频段。
优选地，所述射频天线为线圈状，且与所述外壳内表面相接触。
优选地，所述射频天线由高介电常数材料构成。
优选地，所述外壳外表面覆盖有生物质涂层。
一方面，本发明提供一种包含所述装置的无源植入式温度检测系统，还包括：读取装置和服务器，所述读取装置用于读取所述射频天线发送的温度信息和标识信息，并将所述温度信息和所述标识信息发送至所述服务器。
优选地，所述读取装置能够同时读取至少两个所述待检测物体的温度信息和标识信息。
优选地，所述读取装置为移动式或固定式。
一方面，本发明提供一种基于所述装置的无源植入式温度检测方法，包括：
S1，利用所述射频天线确认所述待检测物体进入射频信号辐射区域；
S2，当所述待检测物体进入射频信号辐射区域时，利用所述温度传感单元采集所述待检测物体的温度信息，将所述温度信息传输至所述RFID芯片；
S3，利用所述RFID芯片，将所述待检测物体的标识信息和接收到的所述温度信息通过所述射频天线发送至任一外部设备。
优选地，所述步骤S1之前还包括：
S0，将所述无源植入式温度检测装置植入所述待检测物体的内部。
本发明提供的一种无源植入式温度检测装置、系统及方法，通过将检测装置本体植入待检测物体的内部，有效避免了外置所带来的易破损和易丢失的问题；且通过设置温度传感单元、RFID芯片和射频天线，当待检测物体进入射频信号辐射区域时，由射频天线利用电磁反向散射耦合原理获取能量，为检测装置提供工作电压，无需携带额外的电源，一定程度上减小了整体体积；且RFID芯片的工作频段设置为超高频段，有利于实现检测装置的远距离高效读取；同时通过温度传感单元采集待检测物体的实时温度信息并传输至RFID芯片，最终由RFID芯片将待检测物体的温度信息和标识信息通过射频天线发送至待检测物体的外部进行处理，有效实现了对待检测物体的温度进行实时检测，并能够将待检测物体的温度信息和标识信息进行绑定，确保了温度信息的准确性，有利于实现对多个待检测物体的温度进行实时监测和管理。
附图说明
图1为本发明实施例的一种无源植入式温度检测装置的整体结构示意图；
图2为本发明实施例的一种无源植入式温度检测方法的整体流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1为本发明实施例的一种无源植入式温度检测装置的整体结构示意图，如图1所示，本发明提供一种无源植入式温度检测装置，所述装置被植入待检测物体内，包括：温度传感单元1、RFID芯片2和射频天线3，所述温度传感单元1、RFID芯片2和射频天线3均固定在电路板4上，所述电路板4封装在非金属外壳5中，其中：
所述射频天线3，用于确认所述待检测物体进入射频信号辐射区域；
所述温度传感单元1，用于当所述待检测物体进入射频信号辐射区域时，采集所述待检测物体的温度信息，将所述温度信息传输至所述RFID芯片2；
所述RFID芯片2，用于将所述待检测物体的标识信息和接收到的所述温度信息通过所述射频天线3发送至任一外部设备。
具体地，在实际应用中，本发明提供的一种无源植入式温度检测装置是被植入在待检测物体的内部的，待检测物体包括动物、植物和其他未被金属外壳包裹的物体，可以根据实际需求进行设置，此处不做具体限定。例如，当需检测动物温度时，可以将检测装置植入动物脖子左右侧皮下或肩胛之间皮下；当需检测植物温度时，可以将检测装置植入植物任意部位的表皮下方。
进一步地，本实施例的一种无源植入式温度检测装置包括：温度传感单元1、RFID芯片2和射频天线3，所述温度传感单元1、RFID芯片2和射频天线3均固定在电路板4上，电路板4上布置了用于传输电信号的电线路，电路板4封装在非金属外壳5中，本实施例中非金属外壳5的形状为圆柱形，在其他实施例中非金属外壳5也可以根据实际需求设置为其他形状，此处不做具体限定。本实施例中，非金属外壳5由氧化铟锡(ITO,Indium tin oxide)材料制作而成，ITO是一种N型氧化物半导体-氧化铟锡，ITO薄膜即铟锡氧化物半导体透明导电膜，通常有两个性能指标：电阻率和透光率。此外，非金属外壳5也可以由其他非金属材料制作而成，此处不做具体限定。
进一步地，在实际应用中，当待检测物体进入射频信号辐射区域时，射频天线3能够感应到射频信号，故而可以通过射频天线3确认待检测物体进入射频信号辐射区域，同时射频天线3能够利用电磁反向散射耦合原理获取能量，为检测装置提供稳定的工作电压，故而检测装置无需携带额外的电源。其中，雷达技术为RFID的电磁反向散射耦合方式提供了理论和应用基础，当电磁波遇到空间目标时，其能量的一部分被目标吸收，另一部分以不同的强度散射到各个方向，在散射的能量中，一部分反射回发射天线，并被天线接收。
进一步地，在提供的稳定工作电压的作用下，温度传感单元1被激活，并开始采集待检测物体的实时温度信息，最后将温度信息传输至RFID芯片2。其中，温度传感单元1为温度传感器，温度传感器由温敏电阻构成。此外，温度传感单元1也可以根据实际需求进行设置，此处不做具体限定。
进一步地，RFID芯片2中的数字控制模块通过模拟RF接口接收温度传感单元1传输的温度信息，并将温度信息存储至EEPROM模块中，此外，EEPROM模块还存储有待检测物体的标识信息，具体为个体识别代码，且个体识别代码结构支持GB/T 20563-2006/ISO 11784。最后，RFID芯片2将存储的待检测物体的温度信息和标识信息通过射频天线3发送至待检测物体的外部，由外部设备对待检测物体的温度信息和标识信息进行处理，包括读取、传输、计算、分析和存储处理等。其中，射频信号传输协议支持ISO18000-6B/ISO18000-6C(EPCC1G2)等，此处不做具体限定。
本发明提供的一种无源植入式温度检测装置，通过将检测装置本体植入待检测物体的内部，有效避免了外置所带来的易破损和易丢失的问题；且通过设置温度传感单元、RFID芯片和射频天线，当待检测物体进入射频信号辐射区域时，由射频天线利用电磁反向散射耦合原理获取能量，为检测装置提供工作电压，无需携带额外的电源，一定程度上减小了整体体积；同时通过温度传感单元采集待检测物体的实时温度信息并传输至RFID芯片，最终由RFID芯片将待检测物体的温度信息和标识信息通过射频天线发送至待检测物体的外部进行处理，有效实现了对待检测物体的温度进行实时检测，并能够将待检测物体的温度信息和标识信息进行绑定，确保了温度信息的准确性，有利于实现对多个待检测物体的温度进行实时监测和管理。
基于上述任一实施例，提供一种无源植入式温度检测装置，所述RFID芯片的工作频段为超高频段。
具体地，在实际工作中，RFID芯片利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递，RFID的工作频段分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波(MW)，本实施例中，RFID芯片的工作频段为超高频段(860～960MHz)，优选为902～928MHz和860～868MHz两个超高频段区间。工作频段为超高频段的RFID芯片，具有读写速度快、识别距离远和抗干扰能力强等功能，从而使得无源植入式温度检测装置能够实现远距离高效读取。
本发明提供的一种无源植入式温度检测装置，通过将RFID芯片的工作频段设置为超高频段，有利于实现检测装置的远距离高效读取，提高了检测装置的整体性能，增强了检测装置的实用性。
基于上述任一实施例，提供一种无源植入式温度检测装置，所述射频天线为线圈状，且与所述外壳内表面相接触。
具体地，本实施例中，为了尽可能地缩小无源植入式温度检测装置的整体体积，将射频天线设置为线圈状，同时为了保证足够的识读距离，将射频天线与外壳的内表面紧密接触，在实际应用中，可以尽量增大射频天线与外壳内表面的接触面积，以尽可能地增大射频天线接收射频信号的范围，从而有利于实现远距离读取。例如，可以将射频天线贴附在整个外壳的内表面。此外，射频天线也可以设置为其他形状，此处不做具体限定。
本发明提供的一种无源植入式温度检测装置，射频天线设置为线圈状，且与外壳内表面相接触，使得整个检测装置在尽可能减小体积的同时，还能够确保足够的识读距离，有利于实现整个检测装置的微型化和远距离读取的功能。
基于上述任一实施例，提供一种无源植入式温度检测装置，所述射频天线由高介电常数材料构成。
具体地，本实施例中，射频天线由高介电常数材料构成，因其高介电常数特性，使得天线原本可收发的频率下降，连带地造成天线原本可收发的无线电波波长变长，因此可缩短天线原本的尺寸以维持天线可收发的无线电波波长，从而达到缩小尺寸的效果。举例来说，一般无线通讯设备使用塑胶(介电常数约为410)作为天线载体，但若是改用高介电常数的材料，如此即可有效的减小天线的尺寸，例如全球定位系统(Global PositioningSystem,GPS)天线，则是利用陶瓷(介电常数约为1000～3000)作为天线载体。
本发明提供的一种无源植入式温度检测装置，射频天线由高介电常数材料构成，有利于缩小射频天线的尺寸，从而有利于减小无源植入式温度检测装置的整体体积，实现微型化。
基于上述任一实施例，提供一种无源植入式温度检测装置，所述外壳外表面覆盖有生物质涂层。
具体地，在实际应用中，鉴于无源植入式温度检测装置是被植入在被检测物体的内部的，且被检测物体包括动物，本实施例中，外壳外表面覆盖有生物质涂层，有效避免了由于检测装置被植入到动物体时引起的动物体排异反应，同时也能够防止检测装置在动物体内游走。
本发明提供的一种无源植入式温度检测装置，外壳外表面覆盖有生物质涂层，有效避免了由于检测装置被植入到动物体时引起的动物体排异反应，同时也能够防止检测装置在动物体内游走。
基于上述任一实施例，提供一种无源植入式温度检测系统，所述系统包含上述任一实施例中的无源植入式温度检测装置，还包括：读取装置和服务器，所述读取装置用于读取所述射频天线发送的温度信息和标识信息，并将所述温度信息和所述标识信息发送至所述服务器。
具体地，本实施例中，将无源植入式温度检测装置应用于无源植入式温度检测系统中，系统中还包括：读取装置和服务器。在实际应用中，当无源植入式温度检测装置进入读取装置的射频信号辐射区域时，无源植入式温度检测装置中的射频天线利用电磁反向散射耦合原理获取能量，为检测装置提供稳定的工作电压，继而温度传感单元被激活，并开始采集待检测物体的实时温度信息，再将温度信息传输至RFID芯片，最后RFID芯片通过射频天线将待检测物体的温度信息和标识信息发送至读取装置，读取装置接收并读取射频天线发送的温度信息和标识信息，并通过有线或无线的方式将温度信息和标识信息发送至服务器进行处理。其中，服务器包括云端服务器和本地服务器，且服务器可以根据实际需求对温度信息和标识信息进行计算、传输、存储和分析等处理，此处不做具体限定。
本发明提供的一种无源植入式温度检测系统，通过无源植入式温度检测装置检测待检测物体的温度信息，并将待检测物体的温度信息和标识信息同时发送至读取装置，读取装置再将读取的温度信息和标识信息发送至服务器进行处理，有效实现了对待检测物体的温度进行实时检测，并能够将待检测物体的温度信息和标识信息进行绑定，以有效区分待检测物体的温度信息，确保温度信息的准确性，有利于对待检测物体的温度进行实时监测和管理。
基于上述任一实施例，提供一种无源植入式温度检测系统，所述读取装置能够同时读取至少两个所述待检测物体的温度信息和标识信息。
具体地，在实际应用中，读取装置的射频信号辐射范围内往往存在多个待检测的物体。例如，将无源植入式温度检测系统应用于动物饲养时，可以在饲养的多个动物体内分别植入无源植入式检测装置，并采用同一读取装置读取多个动物体的温度信息和标识信息。
本实施例中，读取装置能够同时读取至少两个所述待检测物体的温度信息和标识信息，具体通过防冲突算法完成多个待检测物体的温度信息和标识信息的读取。防冲突算法是射频识别系统中的多路存取法，它是射频识别系统实现标签快速识别的关键。RFID系统识别多标签时，当有2个或者2个以上标签同时发送数据就会产生数据的干扰，这种干扰称为标签冲突。因此，在RFID系统中必须建立有效的仲裁机制来避免冲突的发生。目前，在RFID系统中使用最广泛的防冲突算法大多基于时分多址(TDMA),每个标签在某个时隙占用信道与读卡器通信，当产生冲突则暂时退避，重新选择时隙再次与读卡器通信，从而实现系统的防冲突工作。
本发明提供的一种无源植入式温度检测系统，读取装置能够同时读取至少两个待检测物体的温度信息和标识信息，有利于实现同时对多个待检测物体的温度信息进行监测和管理，有效提升了系统的整体性能，实用性强。
基于上述任一实施例，提供一种无源植入式温度检测系统，所述读取装置为移动式或固定式。
具体地，本实施例中，读取装置可以设置为移动式或固定式。其中，当读取装置为移动式时，可以将读取装置以一定速度在待检测物体的上方进行移动扫描，可以是顺序移动或无序移动，且移动速度和频率可以根据实际需求进行设置，此处不做具体限定。当读取装置为固定式时，可以将读取装置固定在某个区域，待检测物体进入读取装置的射频信号辐射区域时，读取装置和植入待检测物体内部的无源植入式温度检测装置则可开始工作。此外，读取装置还可以支持太阳能充电，有利于实现无源植入式温度检测系统的整体无源化。
本发明提供的一种无源植入式温度检测系统，读取装置可以根据实际需求设置为移动式或固定式，整体部署简单，能够适用于各种待检测物体。
图2为本发明实施例的一种无源植入式温度检测方法的整体流程示意图，如图2所示，基于上述任一实施例，提供一种无源植入式温度检测方法，包括：S1，利用所述射频天线确认所述待检测物体进入射频信号辐射区域；S2，当所述待检测物体进入射频信号辐射区域时，利用所述温度传感单元采集所述待检测物体的温度信息，将所述温度信息传输至所述RFID芯片；S3，利用所述RFID芯片，将所述待检测物体的标识信息和接收到的所述温度信息通过所述射频天线发送至任一外部设备。
具体地，本实施例中的无源植入式温度检测方法应用于上述任一实施例的无源植入式温度检测装置中，当待检测物体进入射频信号辐射区域时，射频天线能够感应到射频信号，故而可以通过射频天线确认待检测物体进入射频信号辐射区域，同时射频天线能够利用电磁反向散射耦合原理获取能量，为检测装置提供稳定的工作电压，故而检测装置无需携带额外的电源。
在提供的稳定工作电压的作用下，温度传感单元被激活，并开始采集待检测物体的实时温度信息，最后将温度信息传输至RFID芯片。其中，温度传感单元为温度传感器，温度传感器由温敏电阻构成。此外，温度传感单元也可以根据实际需求进行设置，此处不做具体限定。
进一步地，RFID芯片接收温度传感单元传输的温度信息，并获取待检测物体的标识信息，最后将待检测物体的温度信息和标识信息通过射频天线发送至待检测物体的外部，由外部设备对待检测物体的温度信息和标识信息进行处理，包括读取、传输、计算、分析和存储处理等。其中，射频信号传输协议支持ISO18000-6B/ISO18000-6C(EPCC1G2)等，此处不做具体限定。
本发明提供的一种无源植入式温度检测方法，当待检测物体进入射频信号辐射区域时，由射频天线利用电磁反向散射耦合原理获取能量，为检测装置提供工作电压，无需携带额外的电源，一定程度上减小了整体体积；同时通过温度传感单元采集待检测物体的实时温度信息并传输至RFID芯片，最终由RFID芯片将待检测物体的温度信息和标识信息通过射频天线发送至待检测物体的外部进行处理，有效实现了对待检测物体的温度进行实时检测，并能够将待检测物体的温度信息和标识信息进行绑定，以有效区分待检测物体的温度信息，确保温度信息的准确性，有利于对待检测物体的温度进行实时监测和管理。
基于上述任一实施例，提供一种无源植入式温度检测方法，如图2所示，所述步骤S1之前还包括：S0，将所述无源植入式温度检测装置植入所述待检测物体的内部。
具体地，本实施例中的无源植入式温度检测方法应用于上述任一实施例的无源植入式温度检测装置中，在实际应用中，无源植入式温度检测装置是被植入在待检测物体的内部的，待检测物体包括动物、植物和其他未被金属外壳包裹的物体，可以根据实际需求进行设置，此处不做具体限定。例如，当需检测动物温度时，可以将检测装置植入动物脖子左右侧皮下或肩胛之间皮下；当需检测植物温度时，可以将检测装置植入植物任意部位的表皮下方。
本发明提供的一种无源植入式温度检测方法，通过将无源植入式温度检测装置植入待检测物体的内部，实现待检测物体的温度信息和标识信息检测的同时，还能够有效避免外置所带来的易破损和易丢失的问题。
综上所述，本发明提供的一种无源植入式温度检测装置、系统及方法，通过将检测装置本体植入待检测物体的内部，有效避免了外置所带来的易破损和易丢失的问题；且通过设置温度传感单元、RFID芯片和射频天线，当待检测物体进入射频信号辐射区域时，由射频天线利用电磁反向散射耦合原理获取能量，为检测装置提供工作电压，无需携带额外的电源，一定程度上减小了整体体积；且RFID芯片的工作频段设置为超高频段，有利于实现检测装置的远距离高效读取；同时通过温度传感单元采集待检测物体的实时温度信息并传输至RFID芯片，最终由RFID芯片将待检测物体的温度信息和标识信息通过射频天线发送至待检测物体的外部进行处理，有效实现了对待检测物体的温度进行实时检测，并能够将待检测物体的温度信息和标识信息进行绑定，确保了温度信息的准确性，有利于实现对多个待检测物体的温度进行实时监测和管理。
最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。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 (10)
1.一种无源植入式温度检测装置，其特征在于，所述装置被植入待检测物体内，包括：温度传感单元、RFID芯片和射频天线，所述温度传感单元、RFID芯片和射频天线均固定在电路板上，所述电路板封装在非金属外壳中，其中：
所述射频天线，用于确认所述待检测物体进入射频信号辐射区域；
所述温度传感单元，用于当所述待检测物体进入射频信号辐射区域时，采集所述待检测物体的温度信息，将所述温度信息传输至所述RFID芯片；
所述RFID芯片，用于将所述待检测物体的标识信息和接收到的所述温度信息通过所述射频天线发送至任一外部设备。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述RFID芯片的工作频段为超高频段。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述射频天线为线圈状，且与所述外壳内表面相接触。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述射频天线由高介电常数材料构成。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外壳外表面覆盖有生物质涂层。
6.一种包含权利要求1至5任一所述装置的无源植入式温度检测系统，其特征在于，还包括：读取装置和服务器，所述读取装置用于读取所述射频天线发送的温度信息和标识信息，并将所述温度信息和所述标识信息发送至所述服务器。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述读取装置能够同时读取至少两个所述待检测物体的温度信息和标识信息。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述读取装置为移动式或固定式。
9.一种基于权利要求1至5任一所述装置的无源植入式温度检测方法，其特征在于，包括：
S1，利用所述射频天线确认所述待检测物体进入射频信号辐射区域；
S2，当所述待检测物体进入射频信号辐射区域时，利用所述温度传感单元采集所述待检测物体的温度信息，将所述温度信息传输至所述RFID芯片；
S3，利用所述RFID芯片，将所述待检测物体的标识信息和接收到的所述温度信息通过所述射频天线发送至任一外部设备。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：
S0，将所述无源植入式温度检测装置植入所述待检测物体的内部。
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