CN110020566A - 基于声表面波技术的地下设备电子标识器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于声表面波技术的地下设备电子标识器，包括盖板(1)、外壳(2)、标识器芯片(7)、天线；所述盖板(1)、外壳(2)共同限定了一个容纳空间，所述标识器芯片(7)、天线安装在所述容纳空间内，所述标识器芯片(7)能够将天线传导的高频电信号转化为声表面波信号，声表面波信号经过标识器芯片(7)处理后再转化为高频电信号传导至天线，由天线辐射至周围空间。本发明相较于现有的常规电子标识器，在埋入复杂地下环境中或在金属表面设备附近使用时性能不会急剧变化，仍然具有优秀的信号穿透能力和抗电磁干扰能力。

Description

基于声表面波技术的地下设备电子标识器

技术领域

本发明涉及声表面波技术及射频识别技术领域，具体地涉及一种基于声表面波技术的地下设备电子标识器，尤其是一种用于多种介质的高性能RFID标识器。

背景技术

为满足现代社会复杂的生产和生活要求，许多重要设备往往被埋入复杂的地下环境中，如地下电力管线，输油管道，通信电缆等设备。由于地下环境无法目测的特殊性，这些埋入地下的设备往往不易识别和监管，人们常常在不知情的情况下误将地下设备破坏。为提高这些设备的运行可靠性，避免使用和维护工作中可能出现的潜在危险，需要对这些设备进行精细规范的定位识别和信息管理。对地下设备的识别及信息管理，一种比较成熟的技术是依靠埋设在地下设备附近的电子标识器作为地下设备的标志，通过对RFID(RadioFrequency Identification)电子标识器进行射频识别来帮助定位、识别和管理地下设备，且由于特殊地下环境限制，通常RFID标识器通过天线与地上的阅读器之间以无线方式进行通信。

将常规RFID标识器装设在地下设备附近意味着标识器与地上阅读器之间的无线通信质量将受到复杂的土质环境影响，导致信号穿透能力减弱，抗干扰能力减弱，导致电子标识器读取距离减小甚至失去作用。尤其是天线的谐振频率及带宽会随着周围介质的相对介电常数的改变而改变，而且当地下设备为金属材质时，其金属物体将会影响天线的辐射效率及增益，使得阅读器与标识器之间的有效读取距离减小，导致地下设备的定位和识别质量降低，无法实现精准定位和可靠识别。

申请号为201720015470.4的专利申请公开了一种带双吊卡组件的盘型地下电子信息标识器，它包括盘型地下电子信息标识器主体，盘型地下电子信息标识器主体的底面设置有若干孔；所述盘型地下电子信息标识器主体的底面左右两侧对应设置有塑料螺丝，两根塑料螺丝分别拧旋在两根伸缩式连接件上，两根伸缩式连接件的底端分别设置有吊卡；它采用在盘型地下电子信息标识器设计了一对吊卡，它具有结构简单，使用方便，可以方便快速地将标识器固定在管道上，并且与管道的距离可调，极大提高了安装效率。此方案解决了地下信息标识器快速安装的问题，没有解决标识器与地上阅读器之间的无线通信质量将受到复杂的土质环境影响，导致信号穿透能力减弱的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于声表面波技术的地下设备电子标识器。

根据本发明提供的一种基于声表面波技术的地下设备电子标识器，包括盖板、外壳、标识器芯片、天线；所述盖板、外壳共同限定了一个容纳空间，所述标识器芯片、天线安装在所述容纳空间内，所述标识器芯片能够将天线传导的高频电信号转化为声表面波信号，声表面波信号经过标识器芯片处理后再转化为高频电信号传导至天线，由天线辐射至周围空间。

优选地，所述标识器芯片包括叉指换能器、反射栅、压电基片，所述叉指换能器、反射栅布置在压电基片上，叉指换能器连接天线。

优选地，叉指换能器能够实现高频电信号与声表面波信号之间的相互转换；所述反射栅能够反射和透射声表面波；所述压电基片能够传导声表面波。

优选地，所述叉指换能器采用非均匀分布的叉指电极，叉指换能器激发的声表面波在压电基片上单向传播。

优选地，所述反射栅共有五组，五组反射栅均采用开路栅结构，即每条栅极各自分离，互相独立。

优选地，所述叉指换能器、反射栅嵌入压电基片的表面。

优选地，所述天线包括辐射片、介质基片、微带线、接地片，所述辐射片、接地片分别设置在介质基片的两个端面上，所述辐射片、接地片通过微带线连接；所述标识器芯片通过连接在微带线的末端后与辐射片、接地片相连。

优选地，所述天线能够通过调整介质基片的厚度、辐射片的大小及形状、微带线的宽度及长度与标识器芯片匹配。

优选地，所述外壳采用金属材料制成。

优选地，所述盖板采用非金属材料制成，所述盖板能够将外壳密封。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明结构简单，使用方便，采用声表面波技术，使得信号抗干扰能力增强，相较于现有的常规电子标识器，在埋入复杂地下环境中或在金属表面设备附近使用时性能不会急剧变化，仍然具有优秀的信号穿透能力和抗电磁干扰能力。

2、本发明与地上阅读器配合使用可有效定位、识别和管理地下设备，以提高地上设备可靠性，降低事故发生的概率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明爆炸结构示意图。

图3为本发明标识器芯片的结构示意图。

图中示出：

1-盖板 2-外壳

3-辐射片 4-介质基片

5-微带线 6-接地片

7-标识器芯片 8-叉指换能器

9-反射栅 10-压电基片

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本发明针对现有常规电子标识器在埋入地下环境时，受复杂地下介质影响性能急剧变化，信号穿透能力和抗干扰能力减弱，导致电子标识器读取距离减小甚至失去作用的问题，结合考虑常规电子标识器天线性能受金属设备表面影响较大的缺陷，提出了一种基于声表面波技术的地下设备电子标识器。所述基于声表面波技术的地下设备电子标识器，主要用于地下设备的定位识别及信息读取，主要由标识器芯片7和与天线组成。识器芯片7基于压电材料制作而成，具有纯无源、信号穿透能力强、抗干扰能力强、具备温度传感功能等优点。天线采用特殊结构的外壳封装，具有抗金属特性，在埋入复杂地下环境中或贴近设备金属表面时，仍具备优秀的信号传播能力和抗干扰能力。本发明基于声表面波技术采用无线无源的工作方式，高效节能，能够承受高温、高压、强电磁辐射等恶劣环境，且具备很强的信号穿透能力，非常适用于地下环境的设备探测识别。

根据本发明提供的一种基于声表面波技术的地下设备电子标识器，如图1-3所示，包括盖板1、外壳2、标识器芯片7、天线；所述盖板1、外壳2共同限定了一个容纳空间，所述标识器芯片7、天线安装在所述容纳空间内，所述标识器芯片7能够将天线传导的高频电信号转化为声表面波信号，声表面波信号经过标识器芯片7处理后再转化为高频电信号传导至天线，由天线辐射至周围空间。

所述标识器芯片7包括叉指换能器8、反射栅9、压电基片10，所述叉指换能器8、反射栅9布置在压电基片10上，叉指换能器8连接天线，叉指换能器8的电极与天线的辐射片3相连，传递电信号。所述叉指换能器8能够实现高频电信号与声表面波信号之间的相互转换；所述反射栅9能够反射和透射声表面波；所述压电基片10能够传导声表面波。所述叉指换能器8采用非均匀分布的叉指电极，叉指换能器8激发的声表面波在压电基片上10单向传播。所述反射栅9共有五组，五组反射栅9均采用开路栅结构，即每条栅极各自分离，互相独立。所述叉指换能器8、反射栅9嵌入压电基片4的表面。其中叉指换能器8与天线直接相连，反射栅9与叉指换能器8按照规律布置在压电基片4表面并采用特定工艺嵌入压电基片的表面，压电基片4由压电材料制备而成，例如石英、铌酸锂、钽酸锂或硅酸镓镧等压电材料，优选地，压电基片4采用铌酸锂压电材料制备而成。优选地，所述标识器芯片7的封装外壳为金属和/或耐高温陶瓷。标识器芯片7以叉指换能器8作为换能元件，利用逆压电效应，将天线传导的高频电信号转化为机械能，激发声表面波在压电基片4上传播，反射栅9能够反射和透射声表面波，声表面波经反射传导再次由叉指换能器8转化为高频电信号，由天线辐射至周围空间。

所述天线包括辐射片3、介质基片4、微带线5、接地片6，所述辐射片3、接地片6分别设置在介质基片4的两个端面上，所述辐射片3、接地片6通过微带线5连接；所述标识器芯片7通过连接在微带线5的末端后与辐射片3、接地片6相连。所述天线能够通过调整介质基片4的厚度、辐射片3的大小及形状、微带线5的宽度及长度与标识器芯片7匹配。优选地，辐射片3和接地片6分别印制在矩形薄介质基片4的两面，微带线5印制在介质基片4的一面，将标识器芯片7焊接于微带线5末端，与天线辐射片3和接地片6相连。

所述外壳2采用金属材料制成。所述盖板1采用非金属材料制成，所述盖板1能够将外壳2密封。将标识器芯片7与天线整体置于长方体金属外壳2腔体内固定，用非金属材质盖板1将腔体密封，构成电子标识器；电子标识器外观为长方体封闭腔，由不锈钢外壳与PVC材质盖板构成；将由辐射片3、接地片6、微带线5组成的天线与标识器芯片7整体置于长方体腔体内，用螺柱固定天线，用盖板将腔体密封。

所述封装的电子标识器随设备埋入地下，安装在设备表面或附近合适的位置。本发明提供的一种基于声表面波技术的地下设备电子标识器适用场合包括而不仅限于地下设备、混凝土内设备。

本发明的工作原理和使用方法如下：

本发明提供的基于声表面波技术的地下设备电子标识器由无源无线声表面波器件构成，不使用电池或其他外部电源供电，可以完成高频电信号和声表面波的互相转换。将上述组装好的电子标识器埋入且固定于需定位识别的地下设备表面或附近，装设在地上与该电子标识器配合使用的阅读器发出的射频查询信号，查询信号穿过地下介质到达电子标识器，被标识器天线接收并传递给标识器芯片7，标识器芯片7中的叉指换能器8将接收到的高频电信号转换为声表面波，声表面波在压电基片4表面传播，经过反射栅9的反射传导过程后，再次被叉指换能器8转化为携带特定信息的高频电信号，通过标识器天线向外辐射，位于地上的阅读器天线接收回波信号并传输至阅读器，经阅读器的信号处理过程，解析得到标识器的特定信息，也即标识器标识的地下设备的特定信息，进而根据这些信息对地下设备进行识别定位和管理，需注意的是，在电子标识器安装过程中需使天线与阅读器天线尽量对准，若设备表面为金属表面，应使电子标识器的非金属面(即盖板1所在面)背向设备金属表面，以取得最优信号接收和辐射效果。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种基于声表面波技术的地下设备电子标识器，其特征在于，包括盖板(1)、外壳(2)、标识器芯片(7)、天线；所述盖板(1)、外壳(2)共同限定了一个容纳空间，所述标识器芯片(7)、天线安装在所述容纳空间内，所述标识器芯片(7)能够将天线传导的高频电信号转化为声表面波信号，声表面波信号经过标识器芯片(7)处理后再转化为高频电信号传导至天线，由天线辐射至周围空间。

2.根据权利要求1所述的基于声表面波技术的地下设备电子标识器，其特征在于，所述标识器芯片(7)包括叉指换能器(8)、反射栅(9)、压电基片(10)，所述叉指换能器(8)、反射栅(9)布置在压电基片(10)上，叉指换能器(8)连接天线。

3.根据权利要求2所述的基于声表面波技术的地下设备电子标识器，其特征在于，所述叉指换能器(8)能够实现高频电信号与声表面波信号之间的相互转换；所述反射栅(9)能够反射和透射声表面波；所述压电基片(10)能够传导声表面波。

4.根据权利要求2所述的基于声表面波技术的地下设备电子标识器，其特征在于，所述叉指换能器(8)采用非均匀分布的叉指电极，叉指换能器(8)激发的声表面波在压电基片上(10)单向传播。

5.根据权利要求2所述的基于声表面波技术的地下设备电子标识器，其特征在于，所述反射栅(9)共有五组，五组反射栅(9)均采用开路栅结构，即每条栅极各自分离，互相独立。

6.根据权利要求2所述的基于声表面波技术的地下设备电子标识器，其特征在于，所述叉指换能器(8)、反射栅(9)嵌入压电基片(4)的表面。

7.根据权利要求1所述的基于声表面波技术的地下设备电子标识器，其特征在于，所述天线包括辐射片(3)、介质基片(4)、微带线(5)、接地片(6)，所述辐射片(3)、接地片(6)分别设置在介质基片(4)的两个端面上，所述辐射片(3)、接地片(6)通过微带线(5)连接；所述标识器芯片(7)通过连接在微带线(5)的末端后与辐射片(3)、接地片(6)相连。

8.根据权利要求7所述的基于声表面波技术的地下设备电子标识器，其特征在于，所述天线能够通过调整介质基片(4)的厚度、辐射片(3)的大小及形状、微带线(5)的宽度及长度与标识器芯片(7)匹配。

9.根据权利要求1所述的基于声表面波技术的地下设备电子标识器，其特征在于，所述外壳(2)采用金属材料制成。

10.根据权利要求1所述的基于声表面波技术的地下设备电子标识器，其特征在于，所述盖板(1)采用非金属材料制成，所述盖板(1)能够将外壳(2)密封。