CN203786758U - 一种电子标识器及带有该电子标识器的地下管线 - Google Patents
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Abstract
一种电子标识器及带有该电子标识器的地下管线，电子标识器包括射频芯片和与该芯片有线或无线连接的无源LC谐振电路、相互绝缘的螺旋形天线和接地导体，螺旋形天线一端与无源LC谐振电路谐振电容的一个电极电连接，接地导体与无源LC谐振电路的接地端电连接；地下管线包括管体和上述电子标识器，电子标识器的射频芯片、无源LC谐振电路和接地导体与管体绝缘附着在管体外侧，螺旋形天线螺旋与管体绝缘缠绕在管体外侧。本实用新型的电子标识器采用大型螺旋形天线，增加地面被测埋设深度，克服现有电子标识器被测埋设深度浅带来地下管线探测困难的缺陷；对于钢塑复合缠绕管，巧妙利用其螺旋金属带作为电子标识器天线，结构简单、性能可靠、易于实施。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种在RFID系统中用于标记被探测物的电子标识器，还涉及使用该电子标识器的地下管线。
背景技术
在市政管网中，对埋设于地下的钢塑复合缠绕管进行日常维护和故障维修是必不可少的工作。对地下钢塑复合缠绕管的定位，传统方法是利用设置在地面的显著标识物与图纸相关参照物（管线点）进行对照来找寻管线路径。上述管线点包括露出地面的标记或埋入地下的导体，也包括各种球形（或碟形）电子标识器，由于市政管网通常埋设较深，在铺设市政管网管线时，通常将电子标识器作为管线点埋设在管道上方离地面较浅的可探测位置，以便采用定位装置探测该标识器以获得该管道的位置和其他信息。
但是，由于城市发展建设带来的城市改造、城市道路建设、城市住房建设等诸多因素，常常会造成埋设较浅的电子标识器初始位置改变、或电子标识器损坏、丢失等，使得地下钢塑复合缠绕管管线路径的探测定位受到严重影响。
因此，寻找将电子标识器设置在地下埋设管线上的技术方案，解决因城市改造等因素造成管线路径识别困难的问题成为当务之急。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题之一是，提供一种电子标识器，克服城市改造等因素造成地下管线路径识别困难的问题。
本实用新型要解决的技术问题之二是，提供一种地下管线，克服城市改造等因素造成地下管线路径识别困难的问题。
本实用新型解决其技术问题之一所采用的技术方案是：构造一种电子标识器，包括射频芯片和与该芯片有线或无线连接的无源LC谐振电路，其特征在于，还包括相互绝缘的螺旋形天线和接地导体，该螺旋形天线一端与该无源LC谐振电路谐振电容的一个电极电连接，该接地导体与该无源LC谐振电路的接地端电连接。
在本实用新型的电子标识器中，所述螺旋形天线的金属导体外表覆盖绝缘密封保护层。
在本实用新型的电子标识器中，所述螺旋形天线的内圆周与地下埋设管线的外壁相适配。
本实用新型解决其技术问题之二所采用的技术方案是：构造一种地下管线，包括管体，其特征在于，还包括电子标识器，该电子标识器包括射频芯片、与该芯片有线或无线连接的无源LC谐振电路、相互绝缘的螺旋形天线和接地导体，该螺旋形天线一端与该无源LC谐振电路谐振电容的一个电极电连接，该接地导体与该无源LC谐振电路的接地端电连接；该电子标识器的射频芯片、无源LC谐振电路和接地导体与所述管体绝缘附着在该管体外侧，该螺旋形天线螺旋与所述管体绝缘缠绕在该管体外侧。
在本实用新型的地下管线中，所述管体为塑胶管，所述螺旋形天线附着在所述管体外侧，该螺旋形天线的金属导体外表覆盖密封塑胶保护层。
在本实用新型的地下管线中，所述螺旋形天线的金属导体为竖直螺旋缠绕在所述管体外侧的金属带；或所述螺旋形天线的金属导体为横截面包括两斜边构成的波峰和设置在该两斜边下侧与所述管体外侧平贴配合的短脚的金属带。
在本实用新型的地下管线中，包括绝缘板，该绝缘板与附着在所述管体外侧所述螺旋形天线的金属导体之间的轴向凹槽适配并将所述接地导体固定在所述管体外侧或固定在所述螺旋形天线的金属导体上。
在本实用新型的地下管线中，所述接地导体附着在所述管体外侧或附着在所述金属导体上后位于所述螺旋形天线的最大外缘构成的圆柱体区域内。
在本实用新型的地下管线中，所述接地导体和所述螺旋天线的金属导体与所述无源LC谐振电路的电连接是这样实现的：包括带电缆接头的同轴电缆和固定电连接在所述螺旋天线的金属导体上的导体短柱，该电缆接头包括相互螺纹连接的端部件和压紧件，该端部件为绝缘件，该压紧件包括与该端部件螺纹连接的金属螺母和与该金属螺母配合压紧同轴电缆的金属压紧套；该端部件的内孔套在该导体短柱上、外侧与所述金属导体的塑胶保护层固定连接；所述接地导体包括容许所述同轴电缆穿过的孔并经该孔套在所述电缆接头的端部件上；所述电缆接头压紧件的金属压紧套内侧与该同轴电缆的外导体电连接、压紧件的金属螺母与所述电缆接头的端部件螺纹连接将所述接地导体固定在所述金属导体的塑胶保护层上，该同轴电缆的内导体与所述导体短柱电连接；该同轴电缆内导体与所述无源LC谐振电路谐振电容的一个电极电连接，该同轴电缆外导体与所述无源LC谐振电路接地端电连接。
在本实用新型的地下管线中，所述导体短柱包括设置在其端部的凹孔，该凹孔与所述同轴电缆内导体适配，该同轴电缆内导体端部插入该导体短柱的凹孔内电连接配合。
实施本实用新型的电子标识器，与现有技术比较，其有益效果是：
1、通过设置大型螺旋形天线或利用钢塑复合缠绕管的螺旋金属带作为电子标识器的天线，大大增加了电子标识器可被地面探测识别的埋设深度，能够满足将电子标识器附着在地下管线管体上安装施工、保证电子标识器被地面设备可靠探测识别的要求，克服了现有电子标识器可识别埋设深度浅所带来的地下管线路径探测困难的缺陷；
2、对于钢塑复合缠绕管，巧妙利用其螺旋金属带作为电子标识器天线，结构简单、性能可靠、易于实施。
附图说明
图1是本实用新型电子标识器一种实施例的示意图。
图2是本实用新型地下管线的一种实施例的结构图。
图3是图2中的A部放大图。
图4是图3中的I部放大图。
图5是本实用新型地下管线的识别系统图。
图6是本实用新型地下管线的识别系统中的远程探测与读写装置与地下管道数据处理系统原理图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1、图2、图3所示，本实用新型的电子标识器200包括射频芯片和无源LC谐振电路2（射频芯片与无源LC谐振电路通过有线或无线方式连接，优选无源LC谐振电路通过射频接口连接射频芯片)、相互绝缘的螺旋形天线10和接地导体13，螺旋形天线10的一端与无源LC谐振电路谐振电容的一个电极电连接，接地导体13与无源LC谐振电路的接地端电连接。
射频芯片和无源LC谐振电路可采用现有芯片和电路，例如，射频芯片可采用包括逻辑控制单元、存储单元和射频接口，射频接口包括调制解调模块和电压调节模块的现有芯片。无源LC谐振电路的谐振电容应采用与螺旋形天线10相匹配的电容。
在本实施例中，螺旋形天线10、接地导体13与无源LC谐振电路采用同轴电缆15电连接，具体连接结构如下述。在其他实施例中，螺旋形天线10、接地导体13与无源LC谐振电路的电连接可采用其他方式实现，例如采用导线分别将螺旋形天线10的一端与无源LC谐振电路谐振电容的一个电极电连接、将接地导体13与无源LC谐振电路的接地端电连接等。
为了保证螺旋形天线10和接地导体13在安装使用中相互绝缘，在螺旋形天线10的金属导体外表面设置覆盖密封的绝缘保护层，例如绝缘防腐密封保护层等。
在实际使用中，将螺旋形天线10套装在地下管线的管体上。为了方便安装，保护螺旋形天线10的形状，设置螺旋形天线10的内圆周与地下埋设管线的外壁相适配。
当地下管线采用钢塑复合缠绕管时，可利用钢塑复合缠绕管的管壁外螺旋缠绕金属带作为电子标识器200的螺旋形天线10。钢塑复合缠绕管是指：包括全塑芯管和螺旋缠绕在芯管外壁的加强肋，加强肋内包含金属增强件。钢塑复合缠绕管的国内行业标准有：QB/T2783-2006《埋地钢塑复合缠绕排水管材》、CJ/T225-2011《埋地排水用钢带增强聚乙烯(PE)螺旋波纹管》、CJ/T329-2010《埋地双平壁钢塑复合缠绕排水管》。采用钢塑共挤出复合技术生产钢塑复合缠绕管的国内行业标准有：CJ/T270-2007《聚乙烯塑钢缠绕排水管》。
本实用新型的地下管线包括管体和上述电子标识器200。电子标识器200的射频芯片和无源LC谐振电路2和接地导体13与管体绝缘附着在管体的外侧，该螺旋形天线与管体绝缘螺旋缠绕在管体外侧。
在本实施例中，地下管线的管体采用上述钢塑复合缠绕管，此时，电子标识器200利用钢塑复合缠绕管的管壁外螺旋缠绕金属带作为螺旋形天线，该金属带外表覆盖密封塑胶保护层。在其他实施例中，地下管线的管体可采用各种结构管（如水泥管、塑胶管、及各种非金属管、金属管等），电子标识器200的螺旋形天线附着管体外侧，螺旋形天线金属导体外表覆盖密封塑胶保护层。
如图2至图4所示，在本实施例的地下管线中，螺旋缠绕在管体100外侧的金属带作为电子标识器200的螺旋形天线10，金属带外侧覆盖塑胶保护层11，以防止金属带受到腐蚀。如图2所示，在本实施例中，钢塑复合缠绕管的金属带竖直螺旋缠绕在钢塑复合缠绕管1的塑胶管壁外侧。在其他实施例中，钢塑复合缠绕管可根据需要设置其金属带，例如，可按照如下方式设置金属缠绕带：钢塑复合缠绕管的金属带的横截面包括两斜边构成的波峰和设置在该两斜边下侧与该钢塑复合缠绕管塑胶管壁外侧平贴配合的短脚。
如图5、图6所示，管体100和电子标识器200埋设于地下，远程探测与读写装置3在地面与电子标识器200通信读取该电子标识器的信息并与该地下管道数据处理系统4通信将读取的电子标识器信息发送至该地下管道数据处理系统4。
无源LC谐振电路通过接收远程探测与读写装置3发送的射频电磁波信号，可将其转化为射频芯片正常工作所需的电能。
射频芯片的调制解调模块用于进行射频信号的调制和解调；电压调节模块，用于对所述无源LC谐振电路耦合形成的交流电压信号进行整流和输出直流电压，并开始储存电能量以便为所述射频芯片和后述的传感器供电，当存储的电能量足够内部的射频芯片工作时，射频芯片开始通过无源LC谐振电路发射其内部的ID码和与ID码对应的地下管道信息；
逻辑控制单元译码从射频接口得到的输入和输出信号；通过射频接口对射频信号进行调制和解调，并依据要求可与远程探测与读写装置3进行数据通信，至少可将身份识别信息返回给远程探测与读写装置3。
存储单元存储的信息至少包括该射频芯片的全球唯一ID身份识别信息，可据此在数据处理系统建立该管道的历史档案信息。存储单元还可储存该管道的重要信息，例如，在管道出厂时，写入管道的生产日期、生产厂家、管道的种类、规格、材质、天线最佳参数等管道特征信息，在管道施工过程中，再次写入管道的施工单位、产权单位、监理单位、管道编号、用途、及埋深、GPS地理坐标、管道走向、相邻管件的方位信息等管道维护信息。
微型射频芯片耗费的功率很小，与螺旋形大天线结合可达到较大的作用距离，适用于埋设深度大的地下管线的识别。
在电子标识器的另一个实施例中，所述射频芯片包括外部数字接口，用于传感器和所述射频芯片之间的数据交换。外部数字接口是内部集成电路I2C接□，或是串行外设接口SPI。所述传感器是具有数字接口的低功耗传感器，可以是温度传感器、湿度传感器、压力传感器或气体传感器中的一种或多种。所述传感器的探头连接地下管道的相关位置，并与所述射频芯片的射频信号相耦合，用于采集地下管道的状态信息，可对地下管道的温度、压力、渗漏情况、管道内部的有害气体等日常维护和故障维修信息进行监控，并可通过远程探测与读写装置与后台地下管道数据处理系统连接建立历史数据库。射频芯片通过整流所得的直流电能应足以驱动上述多个传感器。
接地导体13可采用金属、导电橡胶等；可采用片状结构，也可采用块状结构。接地导体13用于使电子标识器200的无源LC谐振电路可靠接地，为了保证地下管线管体100在设置电子标识器的接地导体13后不影响其安装施工操作，保证接地导体13位于管体100的螺旋缠绕金属带的最大外缘构成的圆柱体区域内，即不突出于螺旋缠绕金属带构成的最大轮廓之外。
远程探测与读写装置3、地下管道数据处理系统4可采用现有的RFID远程探测与读写装置和地下管道数据处理系统。例如，远程探测与读写装置3可采用如图6所示的RFID远程探测与读写装置，该RFID远程探测与读写装置包括射频接口和逻辑控制单元，射频接口包括发射器、接收器、时钟发生器、电压调节器、天线和电源接口，逻辑控制单元包括微控制器、应用接口驱动单元和存储单元。
远程探测与读写装置3可采用便携式远程探测与读写装置，其天线环面积A将通常必须小于1m2，优选采用多匝环形导线；由于多匝环形导线将以与N2成比例地方式增加其环电感，这将使天线呈现了高阻抗并且限制可以被驱动至其中的电流，因此优选采用放大器将传输波形转换成高电压输出。天线电感和匝数还将限定通信的信号带宽，以及每秒传输的信息量，在本实用新型中，优选在最低信号带宽、最低通信质量的基础上，节省功率消耗和加强地下探测距离。
例如，具有0.1m2的面积、50匝的天线，以10A量级的电流驱动时，将提供50A m2的偶极矩，这足以以中等背景噪声水平，穿透过许多类型的弱传导地层、提供大于10m的地下探测和通信能力。
螺旋金属导体天线优选采用以法向模辐射方式为主，即所述传输信号的波长(λ)远大于螺旋环的直径(D)，优选λ/D>5.56，此时螺旋天线在包含螺旋轴线的平面上有8字形方向图，在垂直于螺旋轴线的平面上有最大辐射。通常钢塑复合缠绕管的螺旋金属导体直径约为0.15～4米，用作法向模时，适用波长大于0.83～22.22米，波长与频率的关系为f=c/λ，其中c为光速；因此远程探测与读写装置的工作频率小于13.5MHz～361MHz。远程优选探测与读写装置的工作频率范围为1～33kHz，例如，577Hz或33kHz以解决地下管道的远距离探测问题。
如图2至图4所示，在本实施例中，电子标识器200的接地导体13和螺旋形天线10的金属导体与无源LC谐振电路的电连接是这样实现的：包括带电缆接头的同轴电缆15和固定电连接在金属导体上的导体短柱10a，电缆接头包括相互螺纹连接的端部件20和压紧件，端部件20为绝缘件，压紧件包括与该端部件20螺纹连接的金属螺母19和与该金属螺母19配合压紧同轴电缆的金属压紧套18。该端部件20的内孔套在该导体短柱10a上，其外侧与金属导体的塑胶保护层11固定连接，接地导体13包括容许同轴电缆穿过的孔并经该孔套在电缆接头的端部件20上。电缆接头压紧件的金属压紧套18的内侧与该同轴电缆15的外导体14电连接、压紧件的金属螺母19与电缆接头的端部件20螺纹连接，将该接地导体13固定在金属导体的塑胶保护层11上，该同轴电缆15的内导体12与导体短柱10a电连接。同轴电缆15的内导体12与无源LC谐振电路谐振电容的一个电极电连接，同轴电缆15的外导体14与无源LC谐振电路接地端电连接。
电子标识器200粘贴固定在管体100的外壁上。对于口径较小的管道，还可采用卡环固定。为了保证无源LC谐振电路及射频芯片总成的绝对密闭性，其外壳可采用适用于地下复杂环境下使用的塑胶密封材料，从而确保产品能在地下长时间使用。
如图2所示，设置绝缘板16，该绝缘板16与附着在管体100外侧的螺旋形天线10的金属导体之间的轴向凹槽适配，并将接地导体13固定在管体100的外侧或固定在螺旋形天线10的金属导体上。
在其他实施例中，钢塑复合缠绕管的螺旋金属导体由3到4个平行金属带同轴螺旋缠绕成3头或4头螺旋。当其中一个螺旋金属导体被当作天线线圈，并被谐调至工作频率，而其他同轴金属螺旋导体未被调谐时，则在这些同轴金属螺旋导体中激发的电流将会产生耦合，电感削弱被当作天线的螺旋金属导体所产生的磁场。对这种具有多头螺旋的螺旋金属导体，优选对其余的同轴螺旋同样采用同轴线连接至独立的无源LC谐振电路，独立无源LC谐振电路采用可将同轴螺旋调谐至比工作频率高出一倍以上的串联谐振频率的串联电容，并设置较小的电阻；使该谐振电路的阻抗以电容为主，并可使工作螺旋中感应的电压在加强磁场的方向上驱动电流。
如图4所示，为了提高同轴电缆15的内导体12与导体短柱10a电连接的可靠性，在导体短柱10a的端部设置凹孔，保证该凹孔与同轴电缆内导体12适配，将该同轴电缆内导体12的端部插入该导体短柱10a的凹孔内电连接配合。
在其他实施例中，接地导体13和螺旋天线10的金属导体与无源LC谐振电路电连接可以采用其他连接结构，例如，可以分别采用导线将接地导体13和螺旋天线10的金属导体分别与无源LC谐振电路的接地端和谐振电容电极电连接。
为了方便对地下管线进行探测定位，将电子标识器200间隔设置在管体100的外侧上，间隔距离可取大于等于5米、小于等于10米。
Claims (10)
1.一种电子标识器，包括射频芯片和与该芯片有线或无线连接的无源LC谐振电路，其特征在于，还包括相互绝缘的螺旋形天线和接地导体，该螺旋形天线一端与该无源LC谐振电路谐振电容的一个电极电连接，该接地导体与该无源LC谐振电路的接地端电连接。
2.如权利要求1所述的电子标识器，其特征在于，所述螺旋形天线的金属导体外表覆盖绝缘密封保护层。
3.如权利要求1或2所述的电子标识器，其特征在于，所述螺旋形天线的内圆周与地下埋设管线的外壁相适配。
4.一种地下管线，包括管体，其特征在于，还包括电子标识器，该电子标识器包括射频芯片、与该芯片有线或无线连接的无源LC谐振电路、相互绝缘的螺旋形天线和接地导体，该螺旋形天线一端与该无源LC谐振电路谐振电容的一个电极电连接，该接地导体与该无源LC谐振电路的接地端电连接；该电子标识器的射频芯片、无源LC谐振电路和接地导体与所述管体绝缘附着在该管体外侧，该螺旋形天线螺旋与所述管体绝缘缠绕在该管体外侧。
5.如权利要求4所述的地下管线，其特征在于，所述管体为塑胶管，所述螺旋形天线附着在所述管体外侧，该螺旋形天线的金属导体外表覆盖密封塑胶保护层。
6.如权利要求5所述的地下管线，其特征在于，所述螺旋形天线的金属导体为竖直螺旋缠绕在所述管体外侧的金属带；或所述螺旋形天线的金属导体为横截面包括两斜边构成的波峰和设置在该两斜边下侧与所述管体外侧平贴配合的短脚的金属带。
7.如权利要求5所述的地下管线，其特征在于，包括绝缘板，该绝缘板与附着在所述管体外侧所述螺旋形天线的金属导体之间的轴向凹槽适配并将所述接地导体固定在所述管体外侧或固定在所述螺旋形天线的金属导体上。
8.如权利要求5所述的地下管线，其特征在于，所述接地导体附着在所述管体外侧或附着在所述金属导体上后位于所述螺旋形天线的最大外缘构成的圆柱体区域内。
9.如权利要求5至8之一所述的地下管线，其特征在于，所述接地导体和所述螺旋天线的金属导体与所述无源LC谐振电路的电连接是这样实现的：包括带电缆接头的同轴电缆和固定电连接在所述螺旋天线的金属导体上的导体短柱，该电缆接头包括相互螺纹连接的端部件和压紧件，该端部件为绝缘件，该压紧件包括与该端部件螺纹连接的金属螺母和与该金属螺母配合压紧同轴电缆的金属压紧套；该端部件的内孔套在该导体短柱上、外侧与所述金属导体的塑胶保护层固定连接；所述接地导体包括容许所述同轴电缆穿过的孔并经该孔套在所述电缆接头的端部件上；所述电缆接头压紧件的金属压紧套内侧与该同轴电缆的外导体电连接、压紧件的金属螺母与所述电缆接头的端部件螺纹连接将所述接地导体固定在所述金属导体的塑胶保护层上，该同轴电缆的内导体与所述导体短柱电连接；该同轴电缆内导体与所述无源LC谐振电路谐振电容的一个电极电连接，该同轴电缆外导体与所述无源LC谐振电路接地端电连接。
10.如权利要求9所述的地下管线，其特征在于，所述导体短柱包括设置在其端部的凹孔，该凹孔与所述同轴电缆内导体适配，该同轴电缆内导体端部插入该导体短柱的凹孔内电连接配合。
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