CN108197689A - 无源rfid电缆测温标签 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无源RFID电缆测温标签，通过外部阅读器设备识别所述无源RFID电缆测温标签的温度数据。该无源RFID电缆测温标签包括：金属扎带、天线以及FPC电路板。金属扎带安装在电缆上，用于传导电缆的温度。天线位于所述金属扎带上，用于在所述无源RFID电缆测温标签和所述外部阅读器设备之间传递射频信号，还用于传导电缆的温度。FPC电路板位于所述天线上方，包括无源UFH温度标签芯片，所述FPC电路板耦合所述天线传递的射频信号且传导电缆的温度进而实现所述无源UFH温度标签芯片对电缆温度的检测。该无源RFID电缆测温标签能够对电缆进行无源测温，且测温灵敏准确，安装方便，适用范围非常广。
Description
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，特别涉及一种无源RFID电缆测温标签。
背景技术
电力线缆在实际的应用中，由于接头松动、线路短路、负载过重、人为操作失误等一系列不定因素的存在，使得电缆等设备随时存在一定的应用风险，一旦此类问题发生，线缆很有可能会起火，带来的后果及损失是非常巨大的。为了解决此类起火问题的发生，我们有必要对线缆风险进行预警，以行业经验来看，线缆温度检测是非常有效的方法。
以往的线缆温度检测方法有很多种，传统的有人工定时采用温度测量仪器检测，这种方法效率低且不具有实时性，很容易在巡检的空档期发生危险，而且人工容易出现低级错误，并且高压线的测量对工作人员有一定的危险；近期有一些电缆温度检测设备是采用传感器方式，它可以实时检测电缆温度，数据通过无线方式传给后台并处理，解决了实时性和效率等问题，具有一定的智能性，但是这些传感设备都需要电池，这些电池存在寿命问题，另外到起火风险发生时，电池会发生燃烧或爆炸，更有可能加剧风险的严重程度。
为了解决无源测量温度这一技术问题，电子及材料研究人员提出过声表面测温方案并生产了相关产品，此方案解决了电池的风险问题，但是由于声表面器件对产品的结构要求较高，安装不方便；而且不同的器件返回的数据特征各不相同，需要对每一组产品以及环境因素进行修调，因此此类应用也是很受限制。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无源RFID电缆测温标签。RFID(Radio FrequencyIdentification)是射频识别技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，俗称电子标签。可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。该无源RFID电缆测温标签能够对电缆进行无源测温，且测温灵敏准确，安装方便，适用范围非常广。
为实现上述目的，本发明提供了一种无源RFID电缆测温标签，通过外部阅读器设备识别所述无源RFID电缆测温标签的温度数据。该无源RFID电缆测温标签包括：金属扎带、天线以及FPC电路板。金属扎带安装在电缆上，用于传导电缆的温度。天线位于所述金属扎带上，用于在所述无源RFID电缆测温标签和所述外部阅读器设备之间传递射频信号，还用于传导电缆的温度。FPC电路板位于所述天线上方，其包括无源UFH温度标签芯片。所述FPC电路板耦合所述天线传递的射频信号且传导电缆的温度进而实现所述无源UFH温度标签芯片对电缆温度的检测。
在一优选的实施方式中，所述无源RFID电缆测温标签还包括导热硅胶垫，位于所述天线的下方，用于抵抗金属的电磁干扰。
在一优选的实施方式中，所述金属扎带采用金属冲压工艺制作，该金属扎带包括：金属带、金属扎带头、一个或多个固定通孔。金属扎带头使用金属压合工艺实现与所述金属带之间的连接。一个或多个固定通孔通过在所述金属带上冲压产生。所述金属带、金属扎带头以及固定通孔的组合将所述无源RFID电缆测温标签安装在被测电缆上。
在一优选的实施方式中，所述天线是在所述金属带上冲压产生，所述天线包括第一偶极子天线、第二偶极子天线。第一偶极子天线的一端具有第一电容耦合电极；第二偶极子天线的一端具有第二电容耦合电极。
其中，所述第一偶极子天线与所述第二偶极子天线呈对称关系，所述第一电容耦合电极与所述第二电容耦合电极相邻且两者之间留有缝隙。
在一优选的实施方式中，所述第一偶极子天线中除所述第一电容耦合电极之外的区域是S型或直线型，所述第二偶极子天线中除所述第二电容耦合电极之外的区域是S型或直线型。
在一优选的实施方式中，所述FPC电路板在天线上覆盖的范围包括所述第一电容耦合电极的部分或全部区域、所述第二电容耦合电极的部分或全部区域、所述第一电容耦合电极和所述第二电容耦合电极之间的缝隙。
在一优选的实施方式中，所述FPC电路板还包括：第三电容耦合电极以及第四电容耦合电极。第三电容耦合电极与所述第一电容耦合电极相互对齐，两者之间形成电容耦合关系，实现射频信号的连通；第四电容耦合电极与所述第二电容耦合电极相互对齐，两者之间形成电容耦合关系，实现射频信号的连通。
在一优选的实施方式中，所述无源UFH温度标签芯片焊接在所述第三电容耦合电极与第四电容耦合电极之间，并且所述无源UFH温度标签芯片在所述第一电容耦合电极和所述第二电容耦合电极之间的缝隙中露出。
在一优选的实施方式中，所述FPC电路板用胶水贴附在天线的上方。
在一优选的实施方式中，所述导热硅胶垫用胶水贴附在天线的下方。
与现有技术相比，根据本发明的无源RFID电缆测温标签具有如下有益效果：该无源RFID电缆测温标签能够对电缆进行无源测温，且测温灵敏准确，安装方便，适用范围非常广。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的无源RFID电缆测温标签示意图。
图2是根据本发明一实施方式的电气原理图。
图3是根据本发明一实施方式的金属扎带。
图4是根据本发明一实施方式的冲压天线。
图5是根据本发明一实施方式的冲压天线。
图6是根据本发明一实施方式的温度标签FPC电路板。
图7是根据本发明一实施方式的温度标签组装示意图。
图8是根据本发明一实施方式的温度标签层叠关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
图1是根据本发明一实施方式的无源RFID电缆测温标签示意图。无源RFID电缆测温标签共有两个必需部件和一个选配件。
其中一个必需部件是金属扎带，它的主体采用金属冲压工艺制作而成，主要包括长条形的金属带11、在金属带11上冲压出来的天线12、用于套住金属带11且具有防止放松滑动的金属扎带头14、以及在金属带11上冲压出来的若干个固定通孔15。金属扎带头14和金属带11是采用金属压合工艺实现连接的，金属带11、固定通孔15和金属扎带头14组合可以实现基础的金属扎带功能，能在电缆上实现简单方便的安装，天线12是在金属带11的一段空白区中冲压出来的，可以实现标签的天线功能和温度传导功能。
另一个必需部件是FPC电路板13(柔性电路板)，它上面的核心元件是基于无源UHF(特高频无线电波)技术的温度标签芯片，FPC电路板13采用高可靠胶水粘合到天线12上，采用电容方式耦合射频信号，采用天线的热传递实现温度传感。
一个选配件是导热硅胶垫，它位于天线12底部，当所测电缆绝缘层较薄影响到标签性能时需要增加此配件，从而抵抗金属对射频信号的干扰。该硅胶垫是导热的，不影响温度测量功能。
图2是根据本发明一实施方式的电气原理图。天线12的细节部件偶极子天线122的末端带有一个电容耦合电极124，这个电容耦合电极124与FPC电路板13上的细节部件电容耦合电极132呈电容耦合关系，实现射频信号的连通，把信号传输给温度标签芯片134；右半边的原理与左半边的原理相同，至此射频信号链路可以畅通，实现标签功能。由于天线12采用金属制作而成，它与金属扎带本身是连为一体的，金属具有热传导性，它能够很好地把整个扎带的温度传导到电容耦合电极124、125，由于FPC电路板与天线12贴合得很近，也很容易把温度传导给耦合电极132、133，因此测温标签也很容易获取金属扎带上的温度，实现测温功能。
图3是根据本发明一实施方式的金属扎带。金属扎带由金属扎带头14和金属带11组成，为了让金属扎带头14固定扎带，在金属带11的尾部冲压出若干个长条环形固定用通孔15。金属扎带头14、金属带11和固定通孔15相结合即可实现金属扎带这一基础功能。金属扎带头14和金属带11不属于同一块金属，金属扎带头14是采用金属压合制作工艺，扣压在金属带11之上的。在金属带的头三分之一处，通过金属冲压的方式，实现了天线12的制作，天线12的一个特点是此天线和金属带是一体的，在冲压固定通孔15时一并完成天线12的制作。天线12的另一个特点是外圈连接金属是受力体，中间金属是中部断开的，可实现一对偶极子天线功能，天线12的另一个特点是，中间金属中部断开的两头末端有一块较旁边金属面积大的平面，用于贴合FPC电路板13。
图4是根据本发明一实施方式的冲压天线。如图所示，冲压区域121表示需要掏空的区域(空白区域)，留下的金属有上下两块连接带，使得金属带不至于断开，以及中部的偶极子天线122、123，偶极子天线122、123的末端分别带有一个电容耦合电极124、125。冲压区域121的特点在于形状像工字形，可以使偶极子天线和连接带保持一定的距离；偶极子天线122、123的特点在于具有一定的长度，是900MHz信号波长的1/10以上，即3cm以上，宽度在3mm左右，同时与连接带的距离保持在自身宽度的1.5倍或以上；电容耦合电极124、125的特点在于它们组合后的外圈呈近似正方形状态，与连接带的距离与自身长度相当，中间缝隙宽度约为3mm，可供温度标签芯片134在中间缝隙处露出。
图5是根据本发明一实施方式的冲压天线。如图所示，冲压区域121表示需要掏空的区域(白色区域)，留下的金属有上下两块连接带，使得金属带不至于断开，以及中部偶极子天线122、123，偶极子天线122、123的末端带有一个电容耦合电极124、125。偶极子天线122、123的特点在于形状是S形，走线具有一定的长度，是900MHz信号波长的1/4左右，即8cm左右，走线宽度在2mm左右，同时与连接带的距离保持在3mm或以上；电容耦合电极124、125的特点在于，它们的组合后的外圈呈近似正方形状态，与连接带间距与自身长度相当，中间缝隙宽度约为3mm，可供温度标签芯片134在中间缝隙处露出。与图4所示的冲压天线实施例相比，该冲压天线占用金属带长度较短。
图6是根据本发明一实施方式的温度标签FPC电路板。如图所示FPC电路板13采用FPC或PCB工艺制作，整个电路板外形近似于正方形，与电容耦合电极124、125组合后的外围尺寸相关；在FPC电路板13的左右两端，印制有电容耦合电极132、133，电容耦合电极132、133的特点是和冲压天线的电容耦合电极124、125的外形基本相同。另外FPC电路板13上面的两个电容耦合电极132、133上可以焊接温度标签芯片134。
图7是根据本发明一实施方式的温度标签组装示意图。FPC电路板13的正面(有温度标签芯片134和电容耦合电极132、133的这一面)向上通过粘贴胶水(由于是电容耦合，可以用非导电的胶，如504胶水或AB胶；如果采用导电胶也可以，要避开芯片涂覆，否则存在芯片短路的风险)，贴合的时候注意电容耦合电极之间要相互对齐，测温标签芯片134可以通过电容耦合电极124、125之间的缝隙露出来；在需要选配件导热硅胶16的情况下，导热硅胶16的宽度与金属带11宽度相同，长度略长于天线12的长度，用胶水粘于天线12上面。
图8是根据本发明一实施方式的温度标签层叠关系示意图。如图所示，最上面一层是导热硅胶16，中间层是金属带11，最下面一层是FPC电路板。在实际应用安装中，导热硅胶16处于金属扎带环的内环。
所述无源RFID电缆测温标签能够对电缆进行无源测温，且测温灵敏准确，安装方便，适用范围非常广。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (10)
1.一种无源RFID电缆测温标签，通过外部阅读器设备识别所述无源RFID电缆测温标签的温度数据，其特征在于，该无源RFID电缆测温标签包括：
金属扎带，安装在电缆上，用于传导电缆的温度；
天线，位于所述金属扎带上，用于在所述无源RFID电缆测温标签和所述外部阅读器设备之间传递射频信号，还用于传导电缆的温度；以及
FPC电路板，位于所述天线上方，包括无源UFH温度标签芯片，所述FPC电路板耦合所述天线传递的射频信号且传导电缆的温度，进而实现所述无源UFH温度标签芯片对电缆温度的检测。
2.根据权利要求1所述的无源RFID电缆测温标签，其特征在于，所述无源RFID电缆测温标签还包括导热硅胶垫，位于所述天线的下方，用于抵抗金属的电磁干扰。
3.根据权利要求1所述的无源RFID电缆测温标签，其特征在于，所述金属扎带采用金属冲压工艺制作，该金属扎带包括：
金属带；
金属扎带头，使用金属压合工艺实现与所述金属带之间的连接；以及
一个或多个固定通孔，通过在所述金属带上冲压产生，
其中，所述金属带、金属扎带头以及固定通孔的组合将所述无源RFID电缆测温标签安装在被测电缆上。
4.根据权利要求1所述的无源RFID电缆测温标签，其特征在于，所述天线是在所述金属带上冲压产生，所述天线包括
第一偶极子天线，其一端具有第一电容耦合电极；以及
第二偶极子天线，其一端具有第二电容耦合电极，
其中，所述第一偶极子天线与所述第二偶极子天线呈对称关系，所述第一电容耦合电极与所述第二电容耦合电极相邻且两者之间留有缝隙。
5.根据权利要求4所述的无源RFID电缆测温标签，其特征在于，所述第一偶极子天线除其中所述第一电容耦合电极之外的区域是S型或直线型，所述第二偶极子天线除其中所述第二电容耦合电极之外的区域是S型或直线型。
6.根据权利要求4所述的无源RFID电缆测温标签，其特征在于，所述FPC电路板在天线上覆盖的范围包括所述第一电容耦合电极的部分或全部区域、所述第二电容耦合电极的部分或全部区域以及所述第一电容耦合电极和所述第二电容耦合电极之间的缝隙。
7.根据权利要求4所述的无源RFID电缆测温标签，其特征在于，所述FPC电路板还包括：
第三电容耦合电极，与所述第一电容耦合电极相互对齐，两者之间形成电容耦合关系，实现射频信号的连通；以及
第四电容耦合电极，与所述第二电容耦合电极相互对齐，两者之间形成电容耦合关系，实现射频信号的连通。
8.根据权利要求7所述的无源RFID电缆测温标签，其特征在于，所述无源UFH温度标签芯片焊接在所述第三电容耦合电极与第四电容耦合电极之间，并且所述无源UFH温度标签芯片在所述第一电容耦合电极和所述第二电容耦合电极之间的缝隙中露出。
9.根据权利要求1所述的无源RFID电缆测温标签，其特征在于，所述FPC电路板用胶水贴附在天线的上方。
10.根据权利要求2所述的无源RFID电缆测温标签，其特征在于，所述导热硅胶垫用胶水贴附在天线的下方。
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