CN107708410A - 天线设备 - Google Patents

Abstract

一种天线设备包含被配置成安装在畜类走道内以准许动物自其穿过的结构。一个或多个天线线圈附接到所述结构或在所述结构内，且提供侧向跨越所述结构的磁场。所述线圈可按亥姆霍兹配置布置以在读取区中提供大体上均匀的场。所述结构可具有开放的顶部，且所述结构的侧壁可向前倾斜。

Description

天线设备

技术领域

本发明大体上涉及天线设备，尤其但并非仅仅涉及用于识别行进通过走道的农畜的天线设备。

背景技术

低频率RFID装置可用于识别农畜。通过并入有天线的合适的读取器来询问(读取)RFID装置。

在随着动物移动通过畜类走道而发生询问的情况下，可出现许多问题。动物可能在看到走道上方的标记读取器后突然止步不前，且可能犹豫、往回跑或跳出走道。除了致使走道低效外，动物也可能因此过程而受伤或产生不良的紧张感。

动物识别系统中可能发生的另一个问题是，两个或更多个动物的头部且因此还有其标记可能同时进入或存在于天线的读取区中。这可造成标记冲突且可能造成一个或多个标记未被读取。当动物彼此跟随过于紧密时或当动物并不以一列纵队移动通过读取器时可发生这种情况，且在混杂不同大小的动物的情况下尤其成问题。

本发明可提供一种改进型天线设备，或可至少向公众提供一种有用的选择。

发明内容

根据示范性实施例，提供一种天线设备，包括

结构，其被配置成安装在畜类走道内以准许动物自其穿过；

一个或多个天线线圈，其附接到所述结构或在所述结构内，所述一个或多个天线线圈被配置成大体上在附着于每个动物的可询问识别装置将穿过的区中提供侧向跨越所述结构的磁场；以及

控制器，其被配置成基于询问穿过所述磁场的每个识别装置而接收穿过所述磁场的每个动物的识别信号。

根据另一实施例，提供一种制造用于畜类走道的识别装置读取器的方法，包括

形成平坦结构，

在所述结构中提供电磁线圈，以及

将所述结构整形为U、V、截短V或截头圆锥形3D形状。

根据又另一实施例，提供一种设备，包括：

结构，其被配置成安装在畜类走道内以准许动物自其穿过且具有开放顶部；以及

一个或多个天线线圈，其附接到所述结构或在所述结构内，所述一个或多个天线线圈被配置成大体上在附着于每个动物的可询问识别装置将穿过的区中提供侧向跨越所述结构的磁场。

目前公认“包括”这个词在不同的权限下中可以有排他意义或包含意义。出于本说明书的目的，且除非另外指出，否则这个词旨在具有包含意义——即，这个词将视为意指包含此用法直接参考的所列组件且还可能包含其它非指定组件或元件。

本说明书中对任何文件的参考并非承认所述文件是现有技术，并非承认其可有效地与任何其它文件组合，也并非承认其形成公共常识的部分。

附图说明

并入于本说明书中且构成本说明书的部分的附图示出本发明的实施例，且与上文给出的本发明的总体描述和下文给出的实施例的详细描述一起用以解释本发明的原理，在附图中：

图1是根据实例实施例的天线设备的框图；

图2是天线设备的透视图；

图3是畜类走道中的天线设备的透视图；

图4是畜类走道中的天线设备的侧视图；

图5是磁场图；

图6是制造方法的流程图；以及

图7是在制造期间的塑料坯料的平面图。

具体实施方式

图1示出天线设备1的框图。天线设备1包含读取器2和控制器3。读取器2和控制器3通过读取器接口4连接。天线设备1可通过另外的接口6附接到另外的装置5。

图2到4中示出实例实施方案。天线设备1提供于畜类走道301内且通过读取器接口4连接到控制器3。动物可聚集在畜栏中，且各自附有识别装置或标记，通常附于耳部、瘤胃内或附于踝带或其它此类装配上。每个动物在路径201上以一列纵队行进通过检测空间。天线设备1上方的空间是无阻碍的，这使动物在通过时止步不前或缓行的情况减到最少。开放的顶部还允许操作者在无需攀爬出走道301或从下方钻入的情况下轻松走过畜类走道301。因此，天线设备1可以更高效和/或更便利。

天线设备1包含左线圈202和右线圈203。这些线圈202、203优选地在平行平面中，且可同轴。控制器3利用电流来为这些线圈202、203中的每个供能以产生磁场。标记包含无源RFID装置，其在传递场时吸收足够能量以发射识别信号。识别信号由线圈202、203检测到且传递到控制器3。控制器接收识别信号且可对其进行解译或解码。控制器3接着登记动物身份且将其记录到数据库中。还可记录针对每个动物的时间戳。此数据可用于记录哪些动物已进行药物处理，用于计数成群动物的数目，和/或可结合道内磅秤使用。数据还可用于协助履行报告动物活动的政府法规。美国专利第8,154,465号中公开了道内标记检测系统的实例，所述专利的内容以引入的方式并入本文中。

如在图3中，从前方或沿走道向下查看，天线设备1的结构大体上为U形，包含基底板204、左成角板205、右成角板206、左侧板207和右侧板208。如在图4中，从侧方查看，右侧板208从右成角板206延伸，且两个板都是倾斜的。类似地，左侧板207从左成角板205延伸，且两个板都是倾斜的。示出例如绵羊的动物402穿过读取器2。通常，动物高度可能在30厘米与100厘米之间。在一些情况下，侧板207、208与测量的动物同高或比动物更高。然而，由于磁场可在侧板高度以上持续，因此当侧板207、208并未达到与动物的高度相同的高度时，仍有可能得到准确的标记读数。举例来说，当读取器2安装在畜类走道中时，侧板207、208可达到高于地面90厘米的垂直高度。

基底板204平放于畜类走道301的泥地面上，且沿所述基底板的前边缘测量时可有165mm宽。在永久安装的情况下，侧板207、208可通过螺栓附接到畜类走道301、401。这些螺栓可在核准位置穿过侧板207、208。在临时安装的情况下，读取器2可具有钩到走道301的横杆上的侧托架。

图5中示出磁场501的实例。驱动左线圈202以产生具有与右线圈203相同的幅度和频率的磁场，使得由左线圈202和右线圈203产生的磁场在线圈202、203之间的区域中彼此强化，例如：同相。这在线圈202、203之间的区域中产生用于读取RFID标记的均匀磁场区域503，有时称为亥姆霍兹(Helmholtz)配置。

线圈202、203的形状和长度可取决于将使用天线设备1的动物的大小和识别装置的位置。虽然磁场集中在天线设备1的边界内，但所述场将延伸超出所述边界。左线圈202和右线圈203产生覆盖穿过天线设备1的动物头部高度的场，但由于动物在行进通过天线设备1时，其头部可能处于某一高度范围，因此考虑到不同大小的成年动物和幼年动物，将所述场制造得足够大以覆盖这种移动。

可在其中读取RFID标记的空间被称为读取区503。当两个或更多个RFID标记同时进入或存在于读取区时，可发生读取误差。通常，RFID标记通过每个动物的耳部附着。因此，在具有垂直定向的现有技术读取器中，多个动物有时能够同时将头部挤到读取器且产生读取错误。

为了避免这种情况，成角板205、206对通道进行足够限制以确保所有动物成一列纵队。当用于绵羊时，成角板205、206在沿着其前边缘测量时可约为330mm长，且可与垂直线成20°到60°之间的角，例如相对于垂直线成30°，使得侧板207、208之间的距离大约为450mm。

由于绵羊头部在脚部前方大约20厘米处，因此左侧板207、208可倾斜以确保动物在穿过磁场(靠近顶部)之前迫使成一列纵队(借助于底部处的成角板205、206)，如在图4中从侧方查看所示。成角板205、206也可倾斜。换句话说，在标记到达磁场之前，动物的至少一只脚处于结构内(且由此被迫形成一列纵队)。从侧方查看，侧板207、208可从垂直线倾斜20°到60°之间。举例来说，此倾斜可与垂直线成30°。

虽然识别装置一般可能在动物的耳部上(例如，RFID耳部标记)，但天线设备1可进行重新配置以用于动物身上的其它位置。举例来说，如果识别装置在动物的下段，那么侧板207、208可在相反的方向倾斜，且可在顶部提供成角板205、206。

成角板205、206还可设计成避免与较大动物同时穿过的小动物，例如，母羊身下的羔羊。

“U”形状还可描述为“V”形状或截短的“V”形状或截头圆锥形形状。

可如图6和7中所示制造天线设备1。制造方法601包含形成602塑料坯料702。接着围绕塑料坯料702中的成形器卷绕603电线圈。接着定形604塑料坯料702。接着将定形结构电连接到控制器2且进行封装605。

形成602可涉及将平坦的塑料块701铣削成所要形状和轮廓特征，以便产生图7中所示的塑料坯料702。或者，根据应用要求可使用例如注射成型、3D打印或装配等制造技术。塑料坯料702可分区段构造，所述区段随后粘合或接合在一起。

塑料坯料702可以是厚度为15到21mm的聚氯乙烯(PVC)塑料。也可使用此范围之外的厚度，但塑料坯料702的板应足够结实以耐受踩踏于其上的动物蹄部。可使用其它构造材料，包含其它类型的塑料和木料。可使用计算机数字控制(CNC)刳刨机执行铣削。可从单片材料铣削若干偏移或相对的塑料坯料以便减小边料703损耗。塑料坯料702可制有蜂窝结构704以减小所得读取器2的重量约30％。可选择塑料坯料702的色彩以伪装成畜类走道301的周围环境。举例来说，灰色可能用于匹配混凝土地面。由于畜类走道301的地板呈泥灰色，天线设备1也将呈泥灰色。这种伪装有助于减小动物在接近读取器2时止步不前的几率。当读取器2处于泥土地面时，可使用伪装的地面防滑贴。或者，读取器2的底部可略微埋入畜类走道301的地面内几厘米。

卷绕603可涉及将左线圈202卷绕或固定在左线圈槽705中，且将右线圈203卷绕或固定在右线圈槽706中。线圈202、203可卷绕成椭圆形形状、梯形或环形形状。虽然线圈形状可以变化，但应维持线圈202、203的阻抗以使得读取器2保持在控制器3的TX/RX输入级的规范内，以便提供充足的阻抗匹配。可变化线圈202、203的电阻以便改变读取器2的品质因数(Q)。线圈202、203由利兹线(Litz wire)、PCB轨线、实心股线导体制成或由某一其它导体类型制成。可使用卷绕机器来卷绕线圈202、203或将所述线圈分别卷绕到成形器上，所述成形器接着附接到塑料坯料702。可接着使用硅橡胶固定线圈202、203。铁氧体瓦块可用于进一步引导电磁场。还可添加调谐电容器、滤波器和EMI屏蔽件。此时，塑料坯料702大体上仍是平坦的。

整形604可涉及弯曲塑料坯料702中的各个位置以产生U形状。在弯曲之前以大约120℃加热弯曲线707约15到30分钟。可使用电子带加热器、热空气带加热器或气体加热器来进行加热。接着使用夹具将弯曲线707折叠成所要形状，塑料坯料702在热得足以弯曲时放在所述夹具上。施加压力于热的塑料以便将其弯曲到所要角度，且保持所述压力直到片件冷却到50℃以下。可使用水或湿的冷却抹布来加速冷却过程。如图7中的弯曲线707所示，在所述大体上平坦的结构中进行四处侧向弯曲。通过维持准确温度控制和均匀温度分布，可避免片件的烧灼和出现污斑。

连接和封装605可涉及在线圈202、203上接合覆盖层(这也可在形成之前完成)这可包含将线圈202、203端接到电路或电连接器。这可包含连到控制器3的插头和走线。可将盒子附接到读取器2的外部以容纳另外的读取器电子件。线圈202、203可端接到电连接器。电连接器可部分嵌入读取器2中。或者，线圈卷绕线头可离开板且附接到电插头。可通过导管或柔性管来保护线圈卷绕线头。

接合过程确保天线设备1密封且防水，例如：IP56额定级。在接合期间，可对接合的塑料片件进行塑化且接着完全合在一起以便完全接合。可在连接器周围使用硅以确保电缆进线点周围不存在水入口。出于生物安全目的，天线设备1能够通过杀菌剂进行化学处理。

控制器3可连接到12V电源，例如汽车铅酸电池。可使用螺钉或供应的托架将控制器安装到畜类走道301、401。天线设备1可以是有源读取器，且可使用线圈202、203为RFID标记供能以及从RFID标记接收信号。在全双工方法(FDX)中，在接收到激励信号后，RFID标记可调制激励信号。或者，在半双工方法(FIDX)中，RFID标记可存储来自激励信号的能量和/或数据以便在合适的时间发送响应。控制器可存储来自RFID标记的独特ID且还可存储时间戳。天线设备可经调谐或优化以与多个RFID读取器一起工作。

归因于天线设备1的形状，可以很容易地将其安装到标准的非金属绵羊走道中。通过使用与当前可用的控制器所用的相同的读取器接口4，安装得以进一步简化。

天线设备1还可具有作为另外的接口6的部分的标准串行I/O端口。这可使用开放源协议来促进与各种软件包和例如磅秤和数据记录器等另外的装置5的整合。

为了确保读取器2的阻抗充分匹配控制器3，可根据卷绕规范来卷绕和/或调谐读取器2。取决于所用的控制器3，读取器2可具有100Ph到120Ph的阻抗，或在200Ph与980Ph之间。

虽然已通过描述其实施例来说明本发明且虽然已详细描述所述实施例，但申请人用意并不在于将所附权利要求书的范围约束于或以任何方式限制于此类细节。所属领域的技术人员将易于得出其它优势和修改。因此，本发明在其更广方面并不限于具体细节、代表性设备和方法以及所示和描述的说明性实例。因此，可以在不脱离申请人的整体发明构思的精神或范围的情况下对此类细节进行变更。

Claims (18)

1.一种设备，包括：

结构，其被配置成安装在畜类走道内以准许动物自其穿过；

一个或多个天线线圈，其附接到所述结构或在所述结构内，所述一个或多个天线线圈被配置成大体上在附着于每个动物的可询问识别装置将穿过的区中提供侧向跨越所述结构的磁场；以及

控制器，其被配置成基于询问穿过所述磁场的每个识别装置而接收穿过所述磁场的每个动物的识别信号。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述结构具有开放顶部。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述一个或多个线圈包括整合到所述结构的每一侧中以亥姆霍兹配置连接的线圈。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述结构包括基底板、从所述基底板延伸的成角板和从所述成角板延伸的侧板。

5.根据权利要求4所述的设备，其中从前方观看，所述基底板、成角板和侧板形成U、V、截短V或截头圆锥形形状。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述形状被配置成确保所述动物成一列纵队穿过所述结构。

7.根据权利要求5或6所述的设备，其中从前方观看，所述成角板与垂直线成20°与60°之间的角。

8.根据权利要求4到7中任何一项所述的设备，其中从侧方观看，所述基底板、成角板和侧板是倾斜的。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述倾斜被配置成确保在所述识别装置穿过所述磁场之前所述动物的至少一只脚处于所述结构内。

10.根据权利要求8或9所述的设备，其中从侧方观看，所述侧板与垂直线成20°与60°之间的角。

11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述结构被配置成大体上结合所述畜类走道而进行伪装。

12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述结构是灰色。

13.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述结构包括蜂窝状塑料。

14.一种制造用于畜类走道的识别装置读取器的方法，包括

形成平坦结构，

在所述结构中提供电磁线圈，以及

将所述结构整形为U、V、截短V或截头圆锥形3D形状。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述形成包括将塑料坯料铣削为预定配置。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其中提供线圈包括将电导体卷绕到所述结构上。

17.根据权利要求14到16中任一项所述的方法，其中所述整形包括加热所述结构的部分且将其弯曲为所述3D形状。

18.一种设备，包括：

结构，其被配置成安装在畜类走道内以准许动物自其穿过且具有开放顶部；以及

一个或多个天线线圈，其附接到所述结构或在所述结构内，所述一个或多个天线线圈被配置成大体上在附着于每个动物的可询问识别装置将穿过的区中提供侧向跨越所述结构的磁场。