CN108921270A - 一种电子标识器和地下管线 - Google Patents

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袁礼新
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    • G06K19/07—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/077—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier
    • G06K19/07749—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier the record carrier being capable of non-contact communication, e.g. constructional details of the antenna of a non-contact smart card
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Abstract

本申请实施例中提供了一种电子标识器和地下管线，其中，所述电子标识器包括：磁芯和缠绕在磁芯外表面的利兹线；所述利兹线的两个连接端延伸至所述磁芯端部的外侧；所述磁芯的一端设有射频芯片，所述射频芯片分别与利兹线的连接端连接；所述利兹线的两个连接端之间还设有多层陶瓷电容器。本申请所述技术方案可以对密集的城市地下管线和重要设施进行标识，从而实现准确、安全、快速地对地下管线进行定位。

Description

一种电子标识器和地下管线
技术领域
本申请涉及电子标识器，特别涉及一种用于长距离的无源低频地下管线电子标识器和地下管线。
背景技术
射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号感应电子标签，识别目标对象并获取相关数据。射频识别系统一般由阅读器和电子标签组成。
电子标签又称应答器、数据载体、电子标识器，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上表示目标对象，在电子标签进入阅读器的探测范围内，接收阅读器发出的射频信号，凭借感应电流/电压所获得的能量发送出储存在芯片中的产品信息(无源标签)，或主动发送某一频率的信号(有源标签)，阅读器读取信息并解码后做出响应。电子标签按照工作频率可分为高频和低频标签，按照工作方式可分为有源和无源标签，传统无源标签的读写距离近，一般小于0.3米。
城市各类地下管线纵横交错、埋在地下难以辨识、运行时间长、信息量量大。电子标识器对密集的城市地下管线和重要设施进行标识，可以通过阅读器准确、安全、快速地找到埋地管线，并快速准确识别管线的位置和属性。地下管线标记的电子标识器，必须具备长距离探测、长使用寿命、不易被干扰等特点。
发明内容
为解决上述问题之一，本申请提供了一种用于长距离的无源低频地下管线电子标识器和地下管线。
根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种电子标识器，包括：磁芯和缠绕在磁芯外表面的利兹线；所述利兹线的两个连接端延伸至所述磁芯端部的外侧；所述磁芯的一端设有射频芯片，所述射频芯片分别与利兹线的连接端连接。
根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种地下管线，所述管线上设有如上所述的电子标识器。
本申请所述技术方案通过高品质因素软磁铁氧体为磁芯的磁天线汇聚阅读器发射出的低频信号，信号从阅读器天线耦合到电子标识器天线；由铁氧体为磁芯的电感线圈能量释放，电感电容振荡电路放电，驱动射频芯片调制信号，并通过天线耦合反馈给阅读器，通过这种方式可以对密集的城市地下管线和重要设施进行标识，从而实现准确、安全、快速地对地下管线进行定位。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出本申请所述缠绕有利兹线的磁芯的示意图；
图2示出本申请所述设有射频芯片的磁芯端面的示意图。
附图标号
1、磁芯；11、软磁铁氧体磁芯端面；2、利兹线；21、去漆镀锡的利兹线线头；3、多层陶瓷电容器；4、射频芯片；5、电路；6、介质基板。
具体实施方式
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本方案的核心思路是利用软磁铁氧体磁芯发射低频信号，通过磁芯和利兹线组成的电感线圈释放能量，再通过电感电容振荡电路放电，驱动射频芯片调制信号，并通过天线耦合反馈给阅读器，实现对地下管线的精准定位。
实施例一
如图1和图2所示，本实施例提供了一种长距离无源地下管线电子标识器，包括：棒状软磁铁氧体的磁芯1、利兹线2、多层陶瓷电容器3和制作在介质基板6上的射频芯片4；组装完成的电子标识器密封于塑料外壳中。其中利兹线2绕制在棒状软磁铁氧体的磁芯1上形成电感结构，该电感结构和多层陶瓷电容器3焊接在介质基板6上设置的电路5的两端。
本实施例中所述电子标识器的工作频率选择射频频道的低频段(30kHz至300kHz)，典型工作频率125kHz。低频电磁波除金属材料外可穿透大多数材料(泥土、水等)而不降低读取距离，因此，该电子标识器具有不易被干扰的优势。
本实施例中所述电子标识器的工作方式为无源的，射频芯片的工作能量来源于电子标识器天线通过磁耦合和共振产生的感应电压。由软磁铁氧体磁芯和利兹线组成的部分具有磁天线和电感的功能，磁天线灵敏度高、定向性强、损耗小，多股利兹线线圈的绕组损耗小，因此该电子标识器具有长距离探测的优势。
本实施例中所述电子标识器的磁芯1采用高品质因素的软磁软磁铁氧体，其电感和多层陶瓷电容器3的电容稳定，整个电子标识器密封于ABS树脂外壳中埋于地下，具有长使用寿命的优势。
本实施例中所述电子标识器实际工作频率由电容和电感组成的谐振电路决定，与阅读器和射频芯片的工作频率相同。
本实施例中，优选地，所述软磁铁氧体的磁芯1为锰锌铁氧体和镍锌铁氧体等，其最高使用频率应大于电子标识器工作频率，软磁铁氧体的磁芯1的相对磁导率、品质因素和尺寸根据探测距离优化确定。本实施例中，利兹线2的线股的内部导线线径和股数可以根据相应频率电磁波的屈肤深度和电子标识器损耗要求进行调整。利兹线2在铁氧体棒上的绕组采用密绕、同向旋转方式，可以是多层。
本实施例中，优选地，所述射频芯片4具有唯一的识别号，芯片封装于介质基板6上，两端通过介质基板6上的电路5与利兹线2的镀锡线头、多层陶瓷电容器端电极焊接相连。
本实例中，所述电子标识器可以通过电容和电感在工作频率下进行测试、筛选和匹配，从而提高电子标识器的被探测距离。
实施例二
如图1和图2所示，实施例中提供了一种长距离无源地下管线电子标识器，包括：棒状软磁铁氧体的磁芯1、利兹线2、多层陶瓷电容器3和制作在介质基板6上的射频芯片4；组装完成的电子标识器密封于塑料外壳中。其中利兹线2绕制在棒状软磁铁氧体的磁芯1上形成电感结构，该电感结构和多层陶瓷电容器3焊接在介质基板6上设置的电路5的两端。
具体的，所述软磁铁氧体的磁芯1和利兹线2绕线组成的电感L、多层陶瓷电容器3的电容C与电子标识器的工作频率f应满足公式(1)：
本实施例中，电感值应适当的小，因为实际应用中电感比较容易受到周围环境的影响，而电容相对稳定，这样也可以提高工作频率的稳定性。所述电感由利兹线2在软磁铁氧体磁芯上通过密绕和同向旋转的方式绕制而成，利兹线线头从铁氧体磁芯同一断头伸出，并做去漆和搪锡处理。
本实施例中，电感实际值由软磁铁氧体的磁芯1的有效磁导率、绕线匝数、绕组的长度和直径等共同确定；电感的品质因素由铁氧体损耗、线圈损耗和辐射损耗共同确定。所述软磁铁氧体的磁芯1的材质、磁导率、品质因素和尺寸等参数根据实际应用选择。所述利兹线2的内部内部导线线径和股数由相应频率电磁波的屈肤深度和电子标识器损耗要求优化确定。利兹线在软磁铁氧体磁芯上的绕线匝数由电感确定，绕线层数可以使多层的。
本实施例中，射频芯片4具有唯一的识别号，芯片封装于介质基板6上，两端通过介质基板6上的电路5引出，与利兹线2的镀锡线头、多层陶瓷电容器3两端电极焊接相连。
本实施例中，所述电子标识器在制造过程中，软磁铁氧体磁芯的外表面和绕组的表面用玛拉胶带缠绕，最终密封于圆柱形ABS树脂外壳中，以提高电子标识器在地下管线标识中的使用寿命。
本实施例中，所述电子标识器在制造过程中，由于电感和电容真实数值和标称值存在一定差异，通过电容和电感在工作频率下进行测试、筛选和匹配，以提高电子标识器的被探测距离或提升产品的合格率。
实施例三：
在实施例一或二所述电子标识器方案的基础上，所述电子标识器工作频率为125kHz；所述软磁铁氧体磁芯1的初始磁导率(0.1MHz)为2300，品质因素(0.1MHz)大于2000，长度100mm，直径20mm；利兹线2内部导体线径0.1mm，股数50；利兹线2绕组分为三层，共138匝；所述电感值2.38mH，多层陶瓷电容器标称电容值680pF。
器件制造过程中，利兹线2线头使用去漆剂取出导线外表面的绝缘漆皮，并在锡锅中进行搪锡处理。芯片封装于介质基板6上，两端通过介质基板6上的电路5引出，与利兹线2的镀锡线头、多层陶瓷电容器3两端电极焊接相连。特别地，利兹线2绕线匝数和电感值根据多层陶瓷电容器3真实值微调整。
本实施例中，电子标识器的工作频率为125kHz，探测距离大于1.2米。
实施案例四：
在实施例一或二所述电子标识器方案的基础上，所述电子标识器工作频率为125kHz；所述软磁铁氧体磁芯1的初始磁导率(0.1MHz)为2300，品质因素(0.1MHz)大于2000，长度120mm，直径30mm；利兹线2内部导体线径0.1mm，股数80；利兹线2绕组分为三层，共120匝；所述电感值2.38mH，多层陶瓷电容器3标称电容值680pF。
本实施例中所述电子标识器的工作频率为125kHz，探测距离大于1.5米。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电子标识器，其特征在于，包括：磁芯和缠绕在磁芯外表面的利兹线；所述利兹线的两个连接端延伸至所述磁芯端部的外侧；
所述磁芯的一端设有射频芯片，所述射频芯片分别与利兹线的连接端连接；
所述利兹线的两个连接端之间还设有多层陶瓷电容器。
2.根据权利要求1所述的电子标识器，其特征在于，所述所述射频芯片设置在利兹线连接端一侧的磁芯端面上。
3.根据权利要求1或2所述的电子标识器，其特征在于，所述磁芯采用圆柱形的软磁铁氧体结构。
4.根据权利要求1所述的电子标识器，其特征在于，所述射频芯片通过介质基板与所述磁芯的端面固定。
5.根据权利要求4所述的电子标识器，其特征在于，所述射频芯片的两个引出端分别与所述利兹线的两个连接端连接。
6.根据权利要求4所述的电子标识器，其特征在于，所述多层陶瓷电容器的两端电极分别与所述射频芯片的两个引出端连接。
7.根据权利要求5或6所述的电子标识器，其特征在于，所述射频芯片的两个引出端通过设置在介质基板上的电路引出。
8.根据权利要求1所述的电子标识器，其特征在于，所述磁芯和/或利兹线的外表面分别缠绕有胶带。
9.根据权利要求1所述的电子标识器，其特征在于，所述电子标识器密封在圆柱形塑料外壳内。
10.一种地下管线，其特征在于，所述管线上设有如权利要求1至9任意一项所述的电子标识器。
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