CN112529137A - 一种基于物联网的供水管道电子标签 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于物联网的供水管道电子标签，包括：卡箍（1）；在卡箍（1）表面上设置有凹槽（13），在凹槽（13）内设置有电路板（3）；所述电路板（3）包括第一层（31）和第二层（32），在第二层（32）上设置有芯片（33）、第一走线（34）和第二走线（35）。电路板（3）上的第一走线（34）、芯片（33）、第二走线（35）和管道表面耦合形成环形谐振回路。既能够抵御供水管道上的标签在运输途中由于摩擦而受损还可以抵御户外潮湿、高温、严寒等恶劣环境，提高数据可读性。

Description

一种基于物联网的供水管道电子标签
技术领域
本发明涉及一种电子标签，尤其涉及一种基于物联网的供水管道电子标签。
背景技术
物联网通过多种接入手段将物理器件连接起来完成信息交互，实现智能监测、控制、识别、定位、追踪等，涵盖了信息采集、网络传输、数据存储、数据分析直至智能应用的全过程，涉及传感识别，无线通信，数据存储，云计算，纳米，智能应用等关键技术。
随着城市化进程的加快，陈旧的市政给排水管线普遍存在断裂、脱节、错口、渗漏等现象，管道漏损口的水流侵冲刷蚀周围土体，形成侵蚀坑，加上汛期强降雨造成管道附近发生沉降，引起管道附近水土流失，进一步加快塌陷坑的形成，最终诱发路面塌陷事故。金属管道由于其优异的机械性能通常被广泛应用于给水网络。现有技术中对管道信息的标记通常为条形码或者二维码，通过贴纸固定于管道表面。上述标记方式的缺点是显而易见的：容易在运输途中由于摩擦而受损从而变得不可读。此外在安装完毕之后，例如当管道埋于地下时，无法实施读取对管道的标记信息。因此现有技术中一种能够适用于供水管道的全生命周期的资产管理手段。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供一种基于物联网的供水管道电子标签，包括：卡箍1，所述卡箍1包括相对的第一表面11和第二表面12，卡箍1上设有贯通第一表面11和第二表面12的开槽2；在卡箍1的第二表面12上设置有凹槽13，在凹槽13内设置有电路板3；所述电路板3包括第一层31和第二层32，在第二层32上设置有芯片33、第一走线34和第二走线35；所述第一走线34和第二走线35各自在所述第二层32的至少三个表面上延伸；在所述第一层31的下表面上设置有容纳芯片33的盲孔311；第一走线34和第二走线35的末端与供水管道表面耦合。
优选地，在凹槽13内预电路板3之间的缝隙中还填充有树脂。
优选地，缝隙2的宽度为2~10mm，每条缝隙2长度为工作波长的四分之一到二分之一。
优选地，所述开槽2为两个平行排列的矩形缝隙结构，电路板3上的第一走线34、芯片33、第二走线35和管道表面耦合形成环形谐振回路。
优选地，第一走线34沿着电路板3的上表面、侧表面延伸到下表面，第二走线35沿着电路板3的上表面、侧表面延伸到下表面。
优选地，第一走线34和第二走线35可以通过蚀刻或丝网印刷方式设置于电路板3的第二层32表面上。
优选地，电路板3优选地采用FR4材质，电路板3的第一层31和第二层32之间可以通过粘贴的方式粘合在一起。
优选地，缝隙2设置为三条，其中两条短缝隙以镜像对称的方式设置于一条长缝隙的两侧，三条缝隙互相平行。
优选地，两条短缝隙以中心对称的方式设置于一条长缝隙的两侧，三条缝隙互相平行。
本发明的优点如下：本发明的基于物联网的供水管道电子标签既能够抵御供水管道在运输途中由于摩擦而受损，还可以抵御户外潮湿、高温、严寒等恶劣环境，提高数据可读性。
附图说明
图1为本发明的一种基于物联网的供水管道电子标签的结构示意图；
图2为本发明的一种基于物联网的供水管道电子标签的另一视角结构示意图；
图3为本发明的一种基于物联网的供水管道电子标签的电路板的结构示意图；
图4为本发明的一种基于物联网的供水管道电子标签的电路板的俯视图；
图5为本发明的一种基于物联网的供水管道电子标签的第二实施例的结构示意图；
图6为本发明的一种基于物联网的供水管道电子标签的第三实施例的结构示意图；
图7为本发明的一种基于物联网的供水管道电子标签的实施例一的读取距离图；
图8为本发明的一种基于物联网的供水管道电子标签的实施例二、三的读取距离对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案做详细描述。
如图1-4所示，为本发明的一种基于物联网的供水管道电子标签的实施例一的结构示意图，包括：卡箍1，所述卡箍1包括相对的第一表面11和第二表面12，卡箍1上设有贯通第一表面11和第二表面12的开槽2；在卡箍的第二表面12上设置有凹槽13，在凹槽13内设置有电路板3；所述电路板3包括第一层31和第二层32，在第二层32上设置有芯片33、第一走线34和第二走线35；所述第一走线34和第二走线35各自在所述第二层32的至少三个表面上延伸；在所述第一层31的下表面上设置有容纳芯片33的盲孔311；第一走线34和第二走线35的末端与供水管道表面耦合。
优选地，卡箍1由具有一定厚度的金属制成，合适的金属例如铝、铁或者其合金。供水管道与卡箍1可以采用焊接、粘贴、机械固定（如螺钉）等方式连接在一起。相比于印刷有条形码或者二维码的贴纸，卡箍1在机械强度上具有无可比拟的优势。既能够抵御供水管道在运输途中由于摩擦而受损还可以抵御户外潮湿、高温、严寒等恶劣环境，提高数据可读性。
在凹槽13内预电路板3之间的缝隙中还填充有树脂。树脂既可以作为粘接剂固定电路板3，也可以作为保护材料保护本发明的检测装置的数据可读性。
根据本发明的一个实施例，所述开槽2为两个平行排列的矩形缝隙结构。电路板3上的第一走线34、芯片33、第二走线35和管道表面耦合形成环形谐振回路。高频信号在该环形谐振回路中谐振。优选地，第一走线34沿着电路板3的上表面、侧表面延伸到下表面。第二走线35沿着电路板3的上表面、侧表面延伸到下表面。
开槽2被配置为特定电长度将预设频段的高频电磁信号耦合到该谐振回路，产生能够使得芯片33工作的电压。缝隙2的宽度可以根据阻抗匹配或者谐振频率的需要调整，优选地为2~10mm。每条缝隙2长度为工作波长的四分之一到二分之一，优选为100~300mm，更优选地为180mm。芯片33为RFID集成电路芯片，内部存储有供水管道的ID信息、地理位置信息、管径等属性信息。工作频段优选为UHF，该频段的电磁波具有良好的穿透性，即使管道被埋于地下亦可被读取芯片内的信息。将上述信息通过通过物联网发送出去后，最终利用后台的计算机程序对数据信息进行处理，从而实现对管道实施智能化资产控制，具有可感知、可互联、智能化等特点。
第一走线34和第二走线35可以通过蚀刻、丝网印刷等方式设置于电路板3的第二层32表面上。在所述第一层31的下表面上设置有容纳芯片33的盲孔311，使得在组装时电路板3不会产生翘曲而损坏芯片。第二走线35通过第一层31与开槽2耦合。调节电路板3的第一层31和第二层32的厚度能够调节芯片33所获取的信号质量。进一步的，调节第一走线34和第二走线35的几何尺寸能够调整芯片33与第一走线34和第二走线35的阻抗匹配。上述匹配过程可由商用电磁仿真软件实现。
电路板3优选地采用FR4材质，电路板3的第一层31和第二层32之间可以通过粘贴的方式粘合在一起。
如图5为本发明的一种基于物联网的供水管道电子标签的第二实施例的结构示意图，如图所示，在根据本发明的第二实施例中，缝隙2设置为三条，其中两条短缝隙以镜像对称的方式设置于一条长缝隙的两侧，三条缝隙互相平行。在此实施例中，长缝隙两侧的短缝隙作为寄生单元可以将波束聚集，提升开槽2发射的波束的集中程度，从而提高增益，在需要对电子标签长距离读取时能够提高检测灵敏度。
如图6为本发明的一种基于物联网的供水管道电子标签的第三实施例的结构示意图，如图所示给出了本发明所示的第三实施例。在该实施例中，两条短缝隙以中心对称的方式设置于一条长缝隙的两侧，三条缝隙互相平行。在此实施例中，长缝隙的两个终端与两条短缝隙耦合，等效于在长缝隙的两端加载有电容元件，从而能够提高缝隙的频率响应带宽。因而即使开槽2被遮挡，第一走线34、芯片33、第二走线35和管道表面形成环形谐振回路的谐振频率也不容易漂移过多导致芯片33内的信息不可读。从而提高本发明的基于物联网的供水管道电子标签对环境的适应性。
根据本发明实施例一的技术方案实际测得的读取距离如图7所示，最大读取距离达1.8m左右。根据本发明实施例二和三的技术方案的电子标签实际测得的读取距离对比如图8所示。从中可以看出，改进缝隙的配置方式取得了带宽和增益之间的平衡。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于物联网的供水管道电子标签，其特征在于，包括：卡箍（1），所述卡箍（1）包括相对的第一表面（11）和第二表面（12），卡箍（1）上设有贯通第一表面（11）和第二表面（12）的开槽（2）；在卡箍（1）的第二表面（12）上设置有凹槽（13），在凹槽（13）内设置有电路板（3）；所述电路板（3）包括第一层（31）和第二层（32），在第二层（32）上设置有芯片（33）、第一走线（34）和第二走线（35）；所述第一走线（34）和第二走线（35）各自在所述第二层（32）的至少三个表面上延伸；在所述第一层（31）的下表面上设置有容纳芯片（33）的盲孔（311）；第一走线（34）和第二走线（35）的末端与供水管道表面耦合。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的供水管道电子标签，其特征在于：在凹槽（13）内预电路板（3）之间的缝隙中还填充有树脂。
3.根据权利要求1所述的基于物联网的供水管道电子标签，其特征在于：缝隙（2）的宽度为2~10mm，每条缝隙（2）长度为工作波长的四分之一到二分之一。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的供水管道电子标签，其特征在于：所述开槽（2）为两个平行排列的矩形缝隙结构，电路板（3）上的第一走线（34）、芯片（33）、第二走线（35）和管道表面耦合形成环形谐振回路。
5.根据权利要求1所述的基于物联网的供水管道电子标签，其特征在于：第一走线（34）沿着电路板（3）的上表面、侧表面延伸到下表面，第二走线（35）沿着电路板（3）的上表面、侧表面延伸到下表面。
6.根据权利要求1所述的基于物联网的供水管道电子标签，其特征在于：第一走线（34）和第二走线（35）可以通过蚀刻或丝网印刷方式设置于电路板（3）的第二层（32）表面上。
7.根据权利要求1所述的基于物联网的供水管道电子标签，其特征在于：电路板（3）优选地采用FR4材质，电路板（3）的第一层（31）和第二层（32）之间可以通过粘贴的方式粘合在一起。
8.根据权利要求1所述的基于物联网的供水管道电子标签，其特征在于：缝隙（2）设置为三条，其中两条短缝隙以镜像对称的方式设置于一条长缝隙的两侧，三条缝隙互相平行。
9.根据权利要求1所述的基于物联网的供水管道电子标签，其特征在于：两条短缝隙以中心对称的方式设置于一条长缝隙的两侧，三条缝隙互相平行。
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