CN109820569A - 一种具有电子标签的手术剪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有电子标签的手术剪，具有标签芯片的PCB板固定于金属手术剪中；标签天线的结构为：具有一个立方体形状的FR‑4基板，在FR‑4基板上表面覆盖有如下结构：沿着FR‑4基板边缘固定有与手术剪相连的第一金属段，设置有与第一金属段一端相连的第二金属段，且第二金属段垂直于第一金属段；第二金属段、电感L2和中间金属段依次相连，中间金属段还分别连接第一金属支段和第二金属支段；第一金属支段连接馈电端口，馈电端口处即标签芯片所在位置，第二金属支段连接电感L1，馈电端口与电感L1再通过连接金属段相连接。本发明利用手术剪自身的细长形状，将手术剪的金属作为标签的天线部分，实现了标签天线与金属器械的一体化。

Description

一种具有电子标签的手术剪
技术领域
本发明涉及手术器具管理技术领域，特别是一种具有电子标签的手术剪。
背景技术
随着智能化设备快速地推广与发展，医疗手术器械智能化的管理越来越受到人们的青睐。通常医院中对手术器械采用手术前与手术后人工清点的方式实现器械的管理，这种方式的效率较低，并可能出现差错。而标签天线随着物联网的发展得到了广泛的运用，现有国际国内市场上RFID标签尺寸较大、抗金属性能差，需要在介质板上设计独立的天线，空间体积的限制，难以应用于医疗手术剪的管理。
现有技术中，RFID标签天线的设计分为两部分，一是馈电部分设计，二是辐射天线的设计，而应用于细长状的金属器械时，往往采取的是将标签天线贴附于器械表面来实现对器械的跟踪管理，这种方法没能利用金属器械本身的形状特点，没能实现标签天线与金属器械的一体化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有电子标签的手术剪，利用手术剪自身的细长形状，将手术剪的金属作为标签的天线部分，通过在手术剪尾部设计标签的方法，实现标签天线与金属器械的一体化。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种具有电子标签的手术剪，此手术剪本身采用金属材质，具有标签芯片的PCB板固定于手术剪中；标签天线的结构为：具有一个立方体形状的FR-4基板，在所述FR-4基板上表面覆盖有如下结构：沿着FR-4基板边缘固定有与手术剪相连的第一金属段，设置有与所述第一金属段一端相连的第二金属段，且第二金属段垂直于第一金属段；第二金属段、电感L2和中间金属段依次相连，所述中间金属段还分别连接第一金属支段和第二金属支段；
第一金属支段连接馈电端口，馈电端口处即标签芯片所在位置，所述第二金属支段连接电感L1，馈电端口与电感L1再通过连接金属段相连接；从FR-4基板的上表面整体结构来看，第一金属段与馈电端口之间、馈电端口与电感L1之间具有开槽。
进一步的，所述电子标签的整体尺寸为5.5mm*4mm*1mm。
进一步的，所述第一金属段、第二金属段、中间金属段、第一金属支段和第二金属支段的材质均为金属铜。
进一步的，所述标签芯片的型号为Impinj Monza R6-P。
进一步的，所述电感L1和电感L2的电感值都能够改变，进而调节标签天线的谐振频率。
进一步的，所述FR-4基板的厚度为1mm。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：利用手术剪的金属作为标签的辐射天线，借助手术剪自身金属材质，不需要设计独立的天线，实现标签与手术剪直接电气连接导通，使标签与手术剪一体化，通过调节标签PCB板中的电路参数可有效的应用不同尺寸的手术剪，从而实现对手术剪的监测。通过调节电感L1、电感L2电感值，可以运用于不同尺寸的手术剪。以环路为特点，缩小标签尺寸，不影响手术剪的正常使用。
附图说明
图1是没有单独设置辐射天线的电子标签的手术剪模型图；
图2是无手术剪时天线方向图；
图3是有手术剪时天线方向图；
图4是本发明电子标签结构图；
图5是本发明中电感L1对天线电抗的影响；
图6是本发明中电感L2对天线谐振频率的影响；
图7是标签嵌在手术剪中部时示意图；
图8是标签嵌在手术剪中部时天线方向图；
图9是标签嵌在手术剪尾部下方时示意图；
图10是标签嵌在手术剪尾部下方时天线方向图；
图11是标签嵌入位置对谐振频率的影响示意图。
图中：1-第一金属段；2-第一金属支段；3-第二金属段；4-电感L2；5-中间金属段；6-第二金属支段；7-电感L1；8-FR-4基板(环氧玻璃纤维板)；9-连接金属段；10-馈电端口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明装置用于对手术剪的跟踪管理，特点是将手术剪的金属作为标签的天线，实现标签与手术剪的一体化，相应的设计方法也可以用于其他形状的手术器械设计当中。
一、标签与手术剪一体化设计
因为手术剪自身特殊的外形尺寸，体积较小，本发明利用手术剪细长状的特点，通过手术剪的金属长度将手术剪的金属作为标签的辐射天线，通过手术剪与标签共同作用产生谐振点，接收和发射电磁能量。整体结构如图1所示，手术剪尾部处的标签直接与手术剪金属相连接，将有标签芯片的PCB板焊接在手术剪的尾部，这样使得标签与手术剪的金属部分直接导通，从而使得手术剪金属作为标签的辐射天线，且不会破坏手术剪原有的机械性能，也不会影响手术刀的正常使用。
本发明标签与手术剪一体化设计，利用手术剪金属作为标签的辐射天线。如图2所示，当仅有标签，没有手术剪连接时，标签最大增益为-32.5dBi，标签几乎不向外辐射电磁能量，此时标签天线不能正常工作。如图3所示，当将标签连接在手术剪上时，将手术剪金属作为辐射天线，标签嵌入位置如图1所示，标签天线最大增益为-4.0dBi，标签与手术剪成一体化设计，此时标签可被RFID阅读器有效识别，即手术剪能RFID被阅读器识别，实现跟踪管理的作用。
二、标签馈电采用环路的设计，减小标签尺寸的同时也可以调节阻抗
标签采用PCB板设计，基板材料为FR-4环氧玻璃纤维板，厚度为1mm，标签结构如图4所示，标签整体尺寸为5.5mm*4mm*1mm，灰色部分为金属铜部分，第一金属段1为标签与手术剪的连接部分。在PCB上设计一个环路，环路由电感L1、标签芯片以及之间的金属铜组成，环路的设计充分利用板材空间，调节阻抗的同时也有效地缩减了标签的尺寸。
三、标签采用加载电感的方式调节天线的阻抗和谐振频率
标签芯片等效电路为电阻与电容的并联电路，标签阻抗为复阻抗，为使电磁能量传输功率最大，需要标签和天线阻抗完全匹配。图4中电感L1和标签芯片并联，可调节天线的输入阻抗的虚部，电感L1对虚部的调节如图5所示。电感L2与手术剪金属串联，因不同长度的手术剪，它的等效电感量不相同，通过改变电感L2电感值，可调节标签天线谐振频率，进一步可以在不同尺寸的手术剪上运用，如图6所示，不同电感值对天线谐振频率的影响。
四、标签嵌入位置不同，标签手术剪辐射性能不一样
标签的嵌入位置选择一方面要考虑是否会影响手术剪的正常使用，另一方面也要考虑整体的辐射性能。图1为标签嵌在手术剪尾部，其天线方向图如图3所示。图8和图10为标签嵌在不同位置时天线的方向图，标签嵌在手术剪中部时最大增益为-20.2dBi，标签嵌在手术剪尾部下方时最大增益为-15.6dBi。标签嵌入在不同的位置，天线谐振频率也不一样，可通过对电感L2的调节，使谐振频率达到目标频率点，如图11所示。
本发明中，标签天线的结构具体为：具有一个立方体形状的FR-4基板8，在所述FR-4基板8上表面覆盖有如下结构：沿着FR-4基板8边缘固定有与手术剪相连的第一金属段1，设置有与所述第一金属段1一端相连的第二金属段3，且第二金属段3垂直于第一金属段1；第二金属段3、电感L2和中间金属段5依次相连，所述中间金属段5还分别连接第一金属支段2和第二金属支段6；
第一金属支段2连接馈电端口10，馈电端口10处即标签芯片所在位置，所述第二金属支段6连接电感L1，馈电端口10与电感L1再通过连接金属段9相连接；从FR-4基板8的上表面整体结构来看，第一金属段1与馈电端口10之间、馈电端口10与电感L1之间具有开槽。本发明中，所述标签芯片的型号采用Impinj Monza R6-P。

Claims (6)

1.一种具有电子标签的手术剪，此手术剪本身采用金属材质，其特征在于，具有标签芯片的PCB板固定于手术剪中；
标签天线的结构为：具有一个立方体形状的FR-4基板(8)，在所述FR-4基板(8)上表面覆盖有如下结构：沿着FR-4基板(8)边缘固定有与手术剪相连的第一金属段(1)，设置有与所述第一金属段(1)一端相连的第二金属段(3)，且第二金属段(3)垂直于第一金属段(1)；第二金属段(3)、电感L2(4)和中间金属段(5)依次相连，所述中间金属段(5)还分别连接第一金属支段(2)和第二金属支段(6)；
第一金属支段(2)连接馈电端口(10)，馈电端口(10)处即标签芯片所在位置，所述第二金属支段(6)连接电感L1(7)，馈电端口(10)与电感L1(7)再通过连接金属段(9)相连接；从FR-4基板(8)的上表面整体结构来看，第一金属段(1)与馈电端口(10)之间、馈电端口(10)与电感L1(7)之间具有开槽。
2.如权利要求1所述的一种具有电子标签的手术剪，其特征在于，所述电子标签的整体尺寸为5.5mm*4mm*1mm。
3.如权利要求1所述的一种具有电子标签的手术剪，其特征在于，所述第一金属段(1)、第二金属段(3)、中间金属段(5)、第一金属支段(2)和第二金属支段(6)的材质均为金属铜。
4.如权利要求1所述的一种具有电子标签的手术剪，其特征在于，所述标签芯片的型号为Impinj Monza R6-P。
5.如权利要求1所述的一种具有电子标签的手术剪，其特征在于，所述电感L1(7)和电感L2(4)的电感值都能够改变，进而调节标签天线的谐振频率。
6.如权利要求1所述的一种具有电子标签的手术剪，其特征在于，所述FR-4基板(8)的厚度为1mm。
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