CN108846468A - 电子标签系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提出一种电子标签系统，包括螺栓，螺栓顶部开设有凹槽；电子标签基体，设于所述凹槽内，用于记录车轮信息；天线，附着在所述电子标签基体的侧面，所述天线的顶部高于所述螺栓的顶面，所述天线用于在所述电子标签基体和外设RFID阅读器之间传递为射频信号的所述车轮信息；上述电子标签系统，电子标签的天线附着在所述电子标签基体的侧面，这样电子标签基体侧面也会覆盖射频信号，天线高于螺栓的顶面，这样电子标签基体顶面也覆盖有射频信号，那么RFID阅读器，就可以通过天线从电子标签基体各个侧面以及电子标签基体顶面读取车轮信息，读取范围大，且不受车轮运动的影响。天线和电子标签基体设于车轮的螺栓凹槽内，也不会影响车轮运转。

Description

电子标签系统

技术领域

本发明涉及射频识别技术领域，特别是涉及一种电子标签系统。

背景技术

射频识别(RFID)是一种无线通讯技术，可以通过无线电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者光学接触。电子标签作为射频识别技术中跟踪目标信息的物理载体，目前被利用来记载车轮尤其是火车车轮的身份信息，以辅助监测火车车轮健康。

传统的方式是设计一种极薄的电子标签，通过胶黏剂将电子标签粘贴在火车车轮的轮毂上，但这样电子标签容易脱落。还有一种方式是将电子标签嵌入到火车车轮的螺栓中，这样虽然不易脱落，但是在火车车轮的运动过程中，电子标签一边要随着火车车轮做圆周运动，一边又要随着火车车轮做直线运动，这样的话，电子标签的天线的方向也是实时变化的，而射频信号是有方向的，RFID阅读器只能从火车车轮正面读取电子标签记载的车轮信息，读取范围小。

发明内容

基于此，有必要提供一种电子标签系统。

一种电子标签系统，包括：

螺栓，所述螺栓顶部开设有凹槽；

电子标签基体，设于所述凹槽内；

电子标签芯片，设于所述电子标签基体上，用于记录车轮信息；

天线，附着在所述电子标签基体的侧面，所述天线的顶部高于所述螺栓的顶面，所述天线用于在所述电子标签芯片和外设RFID阅读器之间传递为射频信号的所述车轮信息。

上述电子标签系统，电子标签的天线附着在所述电子标签基体的侧面，这样电子标签基体侧面也会覆盖射频信号，天线高于螺栓的顶面，这样电子标签基体顶面也覆盖有射频信号，那么RFID阅读器，就可以通过天线从电子标签基体侧面以及电子标签基体顶面读取车轮信息，信号读取范围大。天线和电子标签基体设于车轮的螺栓凹槽内，也不会影响车轮本身运转，确保了车轮的运行安全。

在其中一个实施例中，所述电子标签系统还包括：黏胶，填充于所述凹槽，用于将所述天线和所述电子标签基体固定在所述螺栓上。

在其中一个实施例中，所述电子标签基体的顶面、侧面以及底面均附着有所述天线，附着了天线的所述电子标签基体，顶面高于所述螺栓的顶面。

在其中一个实施例中，所述电子标签基体为长方体，所述电子标签基体的顶面和底面均为正方形，所述电子标签基体的顶面、底面以及四个侧面均附着有所述天线；所述天线分为四个部分，所述电子标签基体上下表面的对角线以及四个侧边将所述电子标签基体的整个表面围成了个四个封闭区域，每个封闭区域均设置一个部分的天线。

在其中一个实施例中，相邻封闭区域的天线之间间隔预设距离，相对的封闭区域，附着的天线也是对称设置的。

在其中一个实施例中，所述电子标签芯片与所述天线电性连接，所述电子标签基体离所述电子标签芯片最近的那一面作为电子标签基体的顶面。

在其中一个实施例中，所述凹槽底部的侧壁上开设有沟槽，所述沟槽用于和固化后的黏胶卡接。

在其中一个实施例中，所述凹槽侧壁设有螺纹。

在其中一个实施例中，所述凹槽底部开设螺纹孔，所述螺纹孔用于填入黏胶。

在其中一个实施例中，固化后的黏胶覆盖了电子标签基体和天线，且覆盖至少部分螺栓顶面，且螺栓顶面的黏胶，其边缘未超出所述螺栓顶面边缘。

附图说明

图1为一个实施例中的电子标签系统的结构示意图；

图2为另一个实施例中的电子标签系统的结构示意图；

图3是一个实施例中附着有天线的电子标签基体的顶面朝上的示意图；

图4是一个实施例中附着有天线的电子标签基体的底面朝上的示意图；

图5为一个具体实施例中的电子标签系统的剖面结构示意图；

图6是一个具体实施例中4根天线对称设置时，电子标签芯片内车轮信息的信号读取范围示意图；

图7为一个实施例中的螺栓的结构示意图；

图8为另一个实施例中的螺栓的结构示意图；

图9是另一个具体实施例中电子标签系统的剖面结构示意图；

图10是一个具体实施例中盖体50的剖面结构示意图；

图11是对应图9的电子标签系统的立体结构示意图；

图12为一个具体实施例中为圆柱黏胶的电子标签系统的结构示意图；

图13为一个具体实施例中黏胶边沿为斜角的电子标签系统的结构示意图；

图14为一个具体实施例中黏胶边沿为圆角的电子标签系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为一个实施例中的电子标签系统的结构示意图。如图1所示，该电子标签系统包括：螺栓10、电子标签基体(图1中未标)、电子标签芯片以及天线20。电子标签包括该电子标签基体、电子标签芯片和天线20。螺栓顶部开设有凹槽101；电子标签基体设于凹槽101内，电子标签芯片用于记录车轮信息，车轮信息包括车轮的身份编码，以及在线探伤数据等，车轮信息可以以射频信号形式传递到RFID阅读器；天线20附着在电子标签基体的侧面，天线20的顶部高于螺栓10的顶面，天线20用于在电子标签芯片和外设阅读器之间传递射频信号。

电子标签基体和天线20会固定螺栓上，可以利用黏胶固定。在一个实施例中，请参阅图2，电子标签系统还包括黏胶30，填充于凹槽101，用于将天线和电子标签基体固定在螺栓10上。天线20和电子标签基体被黏胶30固定在螺栓10上，不易脱落。其他实施例中，电子标签基体和天线20可以采用本领域其他惯用的固定方式固定在螺栓10上，例如焊接的方式。

对于螺栓10，螺栓10具体可以是车轮本身的注油孔螺栓，这样将电子标签基体和天线20构成的电子标签放入注油孔螺栓中，对车轮运行也不会产生影响，尤其对于火车车轮，电子标签放入注油孔螺栓中，安全性高。

对于电子标签基体，电子标签可以是基于陶瓷材料封装的陶瓷电子标签。电子标签中的电子标签基体20则具体可以是陶瓷基体，天线20则可以附着在陶瓷基体上。陶瓷材料的电子标签具有耐高温，介电常数小，性能稳定的优点，且可读取距离较长，可达25米。具体地，电子标签芯片可以采用Monza 4系列标签芯片，灵敏度高，抗干扰性强，读写可靠度高，可以实现全方位天线20的支持设计，内存大，可以保存较多的车轮信息。

具体地，图3是电子标签基体顶面朝上的示意图，图4是电子标签基体底面朝上的示意图。如图3所示，电子标签基体40内封装有电子标签芯片401，电子标签芯片401设于电子标签基体40的顶面，天线20(黑色部分均为天线20)附着在电子标签基体40的表面。电子标签基体40还设有天线接口，电子标签芯片通过天线接口跟各根天线20电性连接。如图3和图4所示，电子标签基体40各个面(顶面、侧面以及底面)都附着有天线20。附着有天线20的电子标签基体40，其顶面高于螺栓顶面。其他实施例中，电子标签基体40底面可以不用附着天线20。

具体地，电子标签基体的顶面与电子标签芯片的距离小于电子标签基体的底面与电子标签芯片的距离，即离电子标签芯片最近的那一面可以作为电子标签基体的顶面。

具体地，电子标签基体的顶面也可以高于螺栓的顶面，天线的顶部则平行电子标签基体的顶面，这样即让天线更牢固的附着在电子标签基体侧面，也增加了螺栓上电子标签的读取范围。具体地，如图5所示，电子标签基体的顶面和侧面均附着天线20，电子标签基体的顶面高于螺栓的顶面，这样电子标签基体侧面的天线顶部也可以高出螺栓顶面，使得螺栓侧面的信号读取范围大，电子标签基体的顶面也附着天线，正对着螺栓顶面也能读取到车轮信息。

对于天线20，具体地，附着有天线20的电子标签基体部分伸出凹槽外，裸露于螺栓10外，使得天线20顶部超出螺栓顶面约1.5mm。天线20是从电子标签基体的底面开始向外延伸、贯穿相应侧面、直至延伸至所述电子标签基体的顶面内。这样，天线20从底面开始贯穿电子标签基体的整个侧面，也增加了电子标签基体侧面的信息读取范围。天线20可以是印刷在电子标签基体表面的银浆天线。例如，图3和图4中，银浆天线可以是印刷在为陶瓷基体的电子标签基体的六个面。天线20也可以是石墨烯天线。

天线20，可以分为两个以上部分，相邻部分的天线设有间隙，每个部分的天线，都会贯穿电子标签基体相应的侧面区域，每个部分的天线还可以至少覆盖部分电子标签基体的相应顶面区域。

其中一个实施例中，从图3和图4中可以看出，所述电子标签基体40为长方体，所述电子标签基体40的顶面和底面均为正方形，所述电子标签基体40的顶面、底面以及四个侧面均附着有所述天线20；所述天线20分为四个部分，所述电子标签基体40上下表面的对角线以及四个侧边将所述电子标签基体的整个表面围成了个四个封闭区域，每个封闭区域均设置一个部分的天线。相邻封闭区域的天线之间间隔预设距离(图3和图4中，电子标签基体40上下表面的对角线以及四个侧边对应没有被天线20覆盖的部分，为相邻天线之间的间隙)，相对的封闭区域，附着的天线也是对称设置的。这样至少可以从电子标签基体四个侧面都覆盖射频信号，提高了RFID阅读器在电子标签基体的侧面的信号读取范围。具体地，图3和图4中，电子标签基体前后两个侧面的天线20是对称设置的，电子标签基体左右两个侧面的天线20是对称设置的，电子标签基体顶面及底面对角区域的天线均是对称设置。天线20对称设置体现在天线20设置在各个封闭区域的位置相同，天线20长度也相同，天线20覆盖的面积相同。各个侧面都附着天线20，这样至少可以从电子标签基体各个侧面都覆盖射频信号，提高了RFID阅读器在电子标签基体的侧面读取范围；且相对的区域，天线20也是对称设置的，这样有利于各个侧面射频信号强度的均匀分布，也有利于从电子标签基体顶面读取车轮信息。相邻区域的天线间隔预设距离，这样的话每相邻两根天线有缝隙，容易调整天线20的参数。

图6是4根天线20对称设置时，电子标签芯片内车轮信息的信号读取范围示意图，图6是以螺栓10顶面为视角的示意图。因为电子标签基体各个侧面都有天线20，所以不论车轮如何运动都可从螺栓的侧面都可以读取到车轮信息，不受车轮运动的影响。

螺栓10顶部开设的凹槽用于填充黏胶，以固定电子标签。可以通过以下实施方式让黏胶固定电子标签。

其中一个实施例中，请参阅图7，凹槽101底部还设有直径小于预设值、且具备一定深度的凹槽，该凹槽可以是螺纹孔103，用于填入黏胶30，这样黏胶30除了黏附在凹槽101侧壁，还固定在螺纹孔里，增加黏胶30的跟螺栓10的接触面积，使得电子标签基体和天线20更牢固的固定在螺栓10上。进一步地，图6的凹槽101侧壁也可设螺纹。

其中一个实施例中，可以在凹槽101侧壁开设一个以上沟槽。具体地，请参阅图8，凹槽101底部的侧壁上开设有沟槽102，沟槽102用于和固化后的黏胶30卡接。本实施例在黏胶30固化后，会跟沟槽102卡接，通过机械卡接以及黏胶30的黏性，电子标签本体和天线20就会随固化的黏胶30紧密牢固的卡在螺栓中，有效防止电子标签本体和天线20从螺栓10中脱落。进一步地，请参阅图8，该开设有沟槽102的凹槽底部还设有螺纹孔103，用于填入黏胶30，这样又增加了黏胶30的跟螺栓的接触面积。图7的凹槽101侧壁也可设螺纹。

在其中一个实施例中，凹槽101侧壁设有螺纹。若黏胶30足够牢固，也可以不用开设螺纹孔103和沟槽102。螺纹可以增加固化后的黏胶30与凹槽101侧壁的摩擦力，提高黏胶30的黏性，有效防止电子标签本体和天线20从螺栓10中脱落。进一步地，该设有螺纹的凹槽101底部设有螺纹孔103，用于填入黏胶30，这样又增加了黏胶30的跟螺栓10的接触面积，增加黏胶30的黏性。

对于黏胶30，黏胶30会覆盖电子标签本体和天线20。黏胶30具体可以是环氧树脂或者塑胶。环氧树脂具有较好的粘接强度和耐化学性能，对电子标签可以起到较好的固定作用。

可以利用一个盖子将电子标签填入螺栓10的凹槽101内。在一个实施例中，如图5和9所示，电子标签芯片401设于电子标签基体顶面，电子标签芯片401露出电子标签基体外。该电子标签系统还包括盖体50，请参阅图10，盖体50底部开设有有第一凹槽501，用于填入附着有天线20的电子标签基体；第一凹槽501底部开设第二凹槽502，第二凹槽502用于填入所述电子标签芯片401。如图5和9所示，填入了附有天线20电子标签基体和电子标签芯片401的盖体50，设于螺栓10的凹槽101内；其中，盖体50底部的直径小于凹槽101的直径，以使盖体50更容易填入螺栓10的凹槽101内。这样填入螺栓10的凹槽101内的盖体50，其底部与螺栓10存在间隙，该间隙可以填入黏胶30。盖体50与电子标签芯片401、电子标签基体之间的间隙可以用环氧树脂填封。图11对应图9的电子标签系统的立体示意图。

本实施例是先利用环氧树脂将电子标签固定在盖体50的两个凹槽内，然后把固定有电子标签的盖体50填入螺栓10的凹槽101内，再把盖体固定在螺栓10上。如图5和图9所示，电子标签通过盖体50固定在螺栓10上后，电子标签基体顶面高于螺栓顶面，使得天线20顶部高于螺栓顶面，电子标签芯片在电子标签基体顶面，也显然高于螺栓10顶面。而高于螺栓10顶面的部分盖体，其直径是自下而上平滑降低的，这样在螺栓10利用套筒安装在车轮上时，便于螺栓10套入套筒中。如图5所示，也可以在图9中螺栓10的凹槽101底部开设螺纹孔103，然后在螺纹孔103内灌注环氧树脂，可以将盖体50更牢固的固定在螺栓10上。

也可以先将电子标签放入凹槽101内，然后利用模具将塑胶通过注塑成型的方式填入凹槽101，将整个电子标签包裹在螺栓10内。

固化后的黏胶30覆盖了电子标签基体和天线20，也会至少覆盖部分螺栓10顶面，但黏胶30边缘未超出螺栓10边缘。因为螺栓10还需要利用套筒安装在车轮上，固化成型后的黏胶30跟螺栓101边缘留有间隙，同理也会在套入套筒的过程中，跟套筒留有间隙，这样黏胶30不受套筒的挤压，也能保护黏胶30中电子标签基体和天线20不因挤压而损坏，且黏胶30不受套筒的挤压也可防止黏胶的脱落。

以下三个具体实施例，固化后的黏胶30高于螺栓101顶面的部分，跟螺栓10边缘均留有间隙。

例如，如图12所示，黏胶30固化后跟电子标签形成一个整体，黏胶30高于螺栓10顶面的部分为圆柱体，该圆柱体直径小于螺栓10的直径。

例如，如图13所示，位于螺栓10顶部的黏胶30，固化后边沿为斜角结构。如图10所示，黏胶30固化后跟电子标签形成一个整体，高于螺栓10顶面的部分为圆锥体，该圆柱体底面直径等于螺栓10的直径，顶面直径小于螺栓10的直径，黏胶30的纵向上的截面为梯形。

例如，如图14所示，位于螺栓10顶部的黏胶30，固化后边沿为圆角结构。如图14所示，黏胶30固化后跟电子标签形成一个整体，黏胶30高于螺栓10顶面的部分，横截面为圆形，黏胶30纵向上的截面，其两个侧边是平滑过渡的曲线，该圆柱体底面直径等于螺栓10的直径，顶面直径小于螺栓10的直径。

发明人在同样的测试环境下，例如在同一个车轮上，利用同样的RFID阅读器对15个本申请提出的电子标签系统进行读取距离的测试。具体测试RFID阅读器跟螺栓10顶面成0°、45°、90°、135°、135°时，RFID阅读器能读取到车轮信息时的读取距离，以及测试RFID阅读器从各个侧面读取到车轮信息时的读取距离。

表1是各个电子标签系统的读取距离测试结果，距离的单位是米。RFID阅读器的读取速率约为150次/30s。

从表1中可知，RFID阅读器跟螺栓10顶面成0°、45°、90°、135°、135°时的读取距离基本一致，可见本申请提出的电子标签系统，可以满足从螺栓10顶面读取信息的需求。RFID阅读器从各个侧面读取到车轮信息时的读取距离也基本一致，可见本申请提出的电子标签系统也可以满足从螺栓10侧面读取信息的需求。因此本申请的电子标签系统，信号读取范围大，即便电子标签系统随着车轮做圆周运动，也不会影响车轮信息的读取。而且电子标签被黏胶30固定在螺栓10内，不易脱落，也不会影响车轮本身的运动，电子标签被黏胶30覆盖，不易受外界环境例如风、霜、雨、雪，灰尘和垃圾等的污染。

上述电子标签系统，电子标签的天线20附着在电子标签基体的侧面，这样电子标签基体侧面也会覆盖射频信号，天线20高于螺栓10的顶面，这样电子标签基体顶面也覆盖有射频信号，那么RFID阅读器，就可以通过天线20从电子标签基体各个侧面以及电子标签基体顶面读取车轮信息，读取范围大，且不受车轮运动的影响。天线20和电子标签基体设于车轮的螺栓10凹槽101内，也不会影响车轮本身的运转，确保了车轮的运行安全。

对于火车车轮，电子标签一般安装在注油孔螺栓10顶面的凹槽101中。因为火车本身的机构特性，导致火车车轮周围有很多金属遮挡。且对于电力驱动的火车，驱动器与电机之间产生的谐波会通过车轮导入到钢轨上进行释放。为了达到更好的读取效果，同时满足铁路上的安全规定，RFID阅读器的天线20又通常安装在火车车轮下方的枕木之间。而安装了电子标签的注油孔螺栓10，其顶面是平行于火车车轮轮面的，电子标签的天线20发出的射频信号角度小，随着火车车轮运动又让电子标签的天线20的方向实时变化，而谐波干扰的影响又会使RFID阅读器更难读取到电子标签内的车轮信息，所以火车车轮上注油孔螺栓10的电子标签内的信息读取难度大。而本申请的电子标签系统，RFID阅读器从螺栓10顶面侧面都可以读取到电子标签内火车车轮信息，信号读取范围大，将本申请的电子标签系统应用于火车车轮，可降低在火车车轮上读取电子标签内车轮信息的难度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电子标签系统，其特征在于，所述电子标签系统包括：

螺栓，所述螺栓顶部开设有凹槽；

电子标签基体，设于所述凹槽内；

电子标签芯片，设于所述电子标签基体上，用于记录车轮信息；

天线，附着在所述电子标签基体的侧面，所述天线的顶部高于所述螺栓的顶面，所述天线用于在所述电子标签芯片和外设RFID阅读器之间传递为射频信号的所述车轮信息。

2.根据权利要求1所述的电子标签系统，其特征在于，所述电子标签系统还包括：黏胶，填充于所述凹槽，用于将所述天线和所述电子标签基体固定在所述螺栓上。

3.根据权利要求1所述的电子标签系统，其特征在于，所述电子标签基体的顶面、侧面以及底面均附着有所述天线，附着了天线的所述电子标签基体，顶面高于所述螺栓的顶面。

4.根据权利要求3所述的电子标签系统，其特征在于，所述电子标签基体为长方体，所述电子标签基体的顶面和底面均为正方形，所述电子标签基体的顶面、底面以及四个侧面均附着有所述天线；所述天线分为四个部分，所述电子标签基体上下表面的对角线以及四个侧边将所述电子标签基体的整个表面围成了个四个封闭区域，每个封闭区域均设置一个部分的天线。

5.根据权利要求4所述的电子标签系统，其特征在于，相邻封闭区域的天线之间间隔预设距离，相对的封闭区域，附着的天线也是对称设置的。

6.根据权利要求1所述的电子标签系统，其特征在于，所述电子标签芯片设于所述电子标签基体顶面；

所述电子标签系统还包括盖体，所述盖体底部开设有第一凹槽，用于填入附着有所述天线的电子标签基体；

第一凹槽底部开设第二凹槽，所述第二凹槽用于填入所述电子标签芯片；

填入了所述电子标签基体和电子标签芯片的所述盖体，设于所述螺栓的凹槽内；其中，所述盖体底部的直径小于所述凹槽的直径。

7.根据权利要求2所述的电子标签系统，其特征在于，

所述凹槽底部的侧壁上开设有沟槽，所述沟槽用于和固化后的黏胶卡接。

8.根据权利要求2所述的电子标签系统，其特征在于，

所述凹槽侧壁设有螺纹。

9.根据权利要求2、7或8所述的电子标签系统，其特征在于，

所述凹槽底部开设螺纹孔，所述螺纹孔用于填入黏胶。

10.根据权利要求2、6或7所述的电子标签系统，其特征在于，固化后的黏胶覆盖了电子标签基体和天线，且覆盖至少部分所述螺栓的顶面，且螺栓顶面的黏胶，其边缘未超出所述螺栓顶面边缘。