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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur Identifikation von Gegenständen nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die
Identifikation und Lokalisation von Gegenständen jeglicher Art ist ein
ständiges
Problem im täglichen
Leben. Während
eine Identifikation von Gegenständen
mit elektronischen Mitteln, z. B. mit Hilfe der RFID-Technologie,
seit einigen Jahren zu einem Standardverfahren gelangt ist, ist
eine elektronische Lokalisation der Gegenstände, insbesondere wenn mehrere
zu lokalisierende Gegenstände
sich in unmittelbarer Nähe
zueinander befinden, ein verbleibendes Problem. Es sind zwar Verfahren
bekannt, bei denen jedem Gegenstand bzw. dem mit ihm verbundenen
Identifikationsmitel, ein Empfänger
zugeordnet ist, jedoch ist ein solches Verfahren einerseits kostenaufwändig und
andererseits dann nicht zu verwenden, wenn es aus räumlichen
Gründen
nicht möglich
ist, eine Vielzahl von einzelnen Empfängern zu verwenden oder der
jeweilige Ort der gleichzeitig zu lokalisierenden Gegenstände örtlich sehr
genau erfasst werden muss.
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Beispielsweise
werden in heutigen Datennetzen zur Kopplung von Teilsystemen häufig Patchfelder
verwendet, die in der Regel zwischen 8 und 24 Buchsen enthalten.
In die Patchfelder können
Patchkabel eingesteckt werden, deren anderes Ende entweder unmittelbar
mit einer Übertragungseinheit,
beispielsweise einem Datenverarbeitungsgerät, einem Netzwerk, einer Telekommunikationseinrichtung
oder anderem, verbunden ist oder ihrerseits in ein anderes Patchpanel
eingesteckt werden.
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In
großen
Netzen ist es häufig
erforderlich, die Patchstruktur zu verändern. In Systemen mit einer
Vielzahl von Patchkabeln kann die Veränderung der Patchsituation
jedoch sehr aufwendig und mühsam
sein, da die Patchkabel meistens nicht individualisiert sind.
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Aus
der
DE 102 44 304
B3 ist eine Anordnung zur Überwachung von Patchfeldern
an Verteilerpunkten in Datennetzwerken bekannt, welche zur Identifizierung
ein Reader/Transpondersystem verwendet, bei der beide Stecker eines
Patchkabels mit je einem Transponder ausgerüstet sind und jeder Anschluss
in einem Patchfeld eine Readerspule aufweist oder mit einem Reader
ausgerüstet
ist, wobei die Reader in Datenverbindung mit einer Auswertungseinheit
stehen. Die Transponder enthalten jeweils eine individuelle Kennung,
so dass jeder Steckverbinder mittels der Reader identifizierbar
ist. Durch ein geeignetes Managementsystem kann somit sichergestellt
werden, dass ein bestimmtes Patchkabel nur in eine bestimmte Buchse
des Patchpanels eingesteckt werden kann.
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Das
dargestellte System arbeitet zwar theoretisch erfolgversprechend,
jedoch hat es sich in praktischen Versuchen als zu aufwendig erwiesen. Insbesondere
erfordern die den jeweiligen Buchsen eines Patchfeldes zuzuordnenden
Readerspulen einen erheblichen konstruktiven Aufwand und Platz. Die
Readerspulen benötigen
an einem Patchfeld soviel Platz, dass standardisierte Patchfelder
dafür nicht
geeignet sind. Ein weiterer Nachteil liegt darin begründet, dass
die verwendeten Transponder sich bei hoher Dichte und Anwesenheit
von Metallen gegenseitig beeinflussen. Das System ist daher unflexibel
und nur für
kleinere Netze einsetzbar.
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Aus
Klaus Finkenzeller „RFID-Handbuch", 3. Auflage 2002,
Carl Hanser Verlag, S. 203–209
sind Vielfachzugriffsverfahren zur gleichzeitigen Erfassung einer
Mehrzahl von Transpondern mittels eines einzigen Lesegerätes bekannt.
Bei dem dort angegebenen Frequenzmultiplexverfahren werden dazu Transponder
eingesetzt, die jeweils auf einer bestimmten eigenen Antwortfrequenz
senden, und daher für
jeden Empfangskanal ein eigener Empfänger erforderlich ist. Das
Verfahren ist daher nur in Spezialanwendungen verwendbar.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Identifikation
und Lokalisation von im Wesentlichen kleinen Gegenständen, insbesondere
Steckverbindern von Datenübertragungskabeln
in Buchsenfeldern anzugeben, die auch bei hoher Anzahl und Dichte
einen einfachen Aufbau bietet, eine sichere Identifikation und Lokalisation
ermöglicht
und sehr flexibel einsetzbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung geht aus von einer Anordnung zur Identifikation von im
Wesentlichen kleinen Gegenständen,
die mit Transpondern zur Kennzeichnung der Gegenstände versehen
sind und an einem Zielort eine Empfangseinheit zur Identifikation
der Gegenstände
vorgesehen ist.
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Erfindungsgemäß ist zur
Lokalisierung der Gegenstände
jeweils einer Gruppe von Zielorten eine Empfangseinheit zugeordnet,
die zum Empfang unterschiedlicher Empfangsfrequenzen eingerichtet
ist. Diese Frequenzen sind selektiv einzelnen Zielorten zugeordnet
und die von den Transpondern ausgesandten Funksignale sind von der
Empfangseinheit auf unterschiedlichen Frequenzen empfangbar.
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Bei
einer bevorzugten Anwendung der Erfindung zur Identifikation und
Lokalisation von Steckverbindern gegenüber einem Buchsenfeld ist zur
Lokalisierung der Gegenstände
jeweils einer Gruppe von Zielorten eine Empfangseinheit zugeordnet,
die zum Empfang unterschiedlicher Empfangsfrequenzen eingerichtet
ist. Diese Frequenzen sind selektiv einzelnen Buchsen des Buchsenfeldes
zugeordnet und die von den Transpondern ausgesandten Funksignale
sind von der Empfangseinheit auf unterschiedlichen Frequenzen empfangbar.
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Die
Transponder sind vorzugsweise als RFID-Speicherchips ausgebildet,
die unmittelbar an den Kabeln der Steckverbinder bzw. an den Steckverbindern
selbst befestigt sind. Die RFID-Speicherchips sind vorzugsweise
als flexible Folie ausgestaltet und auf die Kabel bzw. Stecker aufgeklebt.
Sie können
auch in die Steckerummantellung oder das Kabel integriert sein.
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Bei
einem RFID-System wird üblicherweise ein
sogenannter Reader verwendet, der einerseits ein hochfrequentes
Wechselfeld erzeugt, um die als Transponder bezeichneten RFID-Speicherchips
mit Energie zu versorgen, wenn sich diese im Wechselfeld des Readers
befinden, und andererseits die von den Transpondern abgestrahlte
Hochfrequenz empfängt.
Die Transponder sind mit einem Schwingkreis ausgestattet, der auf
eine feste Frequenz abgestimmt ist. Die Nutz-Information findet
sich üblicherweise
in den Seitenbändern
der vom RFID-Speicherchip ausgesandten Frequenzen. Die Einfachheit
des Aufbaus eines RFID-Speicherchips führt allerdings auch dazu, dass
der Speicherchip nicht nur bei der festgelegten Frequenz des Schwingkreises
Energie abstrahlt, sondern auch bei Vielfachen oder Anharmonischen
der Grundfrequenz. Die Erfindung nutzt vorzugsweise dieses Verhalten
des RFID-Speicherchips, um in der Empfangseinheit selektiv einzelne Oberwellen
bzw. Anharmonische und deren Seitenbänder auszuwerten.
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Wenn
die Empfangseinheit, d.h. ein Reader in einem RFID-System, so eingerichtet
ist, dass den einzelnen Buchsen eines Buchsenfeldes jeweils eine bestimmte
Empfangsfrequenz zugeordnet ist, kann auf diese Weise festgestellt
werden, ob eine bestimmte Buchse durch einen Stecker belegt ist.
Damit lässt
sich eine genaue Lokalisierung von Steckern neben der Identifizierung
der im RFID-Speicherchip enthaltenen Information vornehmen.
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Die
Buchsen des Buchsenfeldes können
beliebig angeordnet sein, beispielsweise in parallelen Reihen übereinander.
Des weiteren ist es auch möglich,
eine Lokalisierung und Identifizierung an Teil-Buchsen von Mehrfachbuchsen,
z.B. Vierfachbuchsen, vorzunehmen, denn der Platzbedarf einer bei
der Erfindung benutzten Empfangseinheit ist so klein, dass eine
Lokalisation auf engstem Raum erfolgen kann. Da jeweils nur ein
Reader für
eine oder mehrere Gruppen von Buchsen notwendig ist, kann in Abhängigkeit
von der Zahl der möglichen
Sendefrequenzen eines RFID-Speicherchips eine entsprechend hohe
Zahlen an Buchsen angesprochen werden.
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Obgleich
es bevorzugt ist, Harmonische einer Grundfrequenz auszuwerten, ist
es auch möglich,
Anharmonische der Grundfrequenz auszuwerten, wenn entsprechende
Sendefrequenzen vom RFID-Speicherchip ausgesendet werden.
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Obgleich
es allgemein gewünscht
ist, den Anteil ausgesendeter Nebenfrequenzen einer Grundfrequenz
eines RFID-Speicherchips so klein wie möglich zu halten, wird bei der
Erfindung der umgekehrte Weg eingeschlagen, nämlich indem ausgehend von einer
Grundfrequenz ein breites harmonisches oder anharmonisches Oberwellenspektrum ausgewertet
wird. Da der wirksame Empfangsbereich des erfindungsgemäßen Systems
nur wenige Zentimeter betragen muss, sind solche „Störstrahlungen" außerhalb
des erfindungsgemäßen Systems
zu vernachlässigen.
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Zur örtlichen
Feststellung eines Steckverbinders in einem Buchsenfeld weist die
Empfangseinheit vorzugsweise den einzelnen Buchsen des Buchsenfeldes örtlich zugeordnete
Empfangsschwingkreise auf, deren Empfangssignale einer Auswerteschaltung
zur Zuordnung eines Steckverbinders zu einer Buchse zugeführt werden.
Die Empfangsschwingkreise sind insbesondere als Reihenschwingkreise einer
mit der Empfangseinheit verbunden Antenne ausgebildet. Bei Verwendung
von Ferritkernen benötigt
jeder Reihenschwingkreis nur wenige Windungen, um zusammen mit einer
Kapazität
frequenzselektive Eigenschaften zu erhalten.
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Die
Erfindung nutzt daher verschiedene Resonanzfrequenzen, um in einem
Antennenrasterfeld mit verschieden ausgebildeten Schwingkreisen
den Steckverbindern zugeordnete gleichartige Transponder den Buchsen örtlich zuzuordnen
und über
eine geeignete Auswerteelektronik einzeln mit ihnen zu kommunizieren.
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Die
Erfindung benötigt
lediglich eine einzelne Antenne, deren in Reihe geschaltete Spulen
den zu erfassenden Buchsen zugeordnet sind.
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Durch
die Erfindung lässt
sich neben der Identifizierung eine genaue räumliche Zuordnung eines RFID-Speicherchips
bzw. eines damit verbundenen Steckers zu mehreren Buchsen eines
Buchsenfeldes erreichen, so dass mit hoher Sicherheit festgestellt
werden kann, welche Buchse durch welchen Stecker belegt ist. Die
entsprechenden Feststellungen werden vorzugsweise in einem Patch-Management-System weiter verarbeitet.
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Die
Erfindung kann in einer Vielzahl von weiteren Anwendungsfällen eingesetzt
werden, in denen sowohl eine Identifikation als auch die Lokalisation
eines Gegenstandes in Bezug auf einen bestimmten Zielort gewünscht ist.
Insbesondere kann die Erfindung bei jeglichen Waren verwendet werden,
die in einem Aufnahmemagazin oder Ähnlichem (Lager, elektrische
Buchsen, mechanische, pneumatische, hydraulische oder elektrische
Verbinder) selektiv zugeordnet werden müssen.
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Eine
weitere bevorzugte Anwendung liegt im Bereich der Medizin zur Identifizierung
und Lokalisierung von medizinischen Proben, beispielsweise zur Laboruntersuchung,
um Verwechselungen der Proben zu verhindern. Hierbei ist die Probe
bzw. der Aufnahmebehälter
mit einem RFID-Chip versehen und der Probenträger enthält eine Empfangseinheit, die in
der Lage ist, den Ort jeder Probe im Probenträger festzustellen. Die Kenntnis
des Ortes erlaubt eine erheblich vereinfachte Probenlogistik
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 den
technischen Aufbaus eines RFID-Readers mit einer einzigen Antenne,
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2 eine
Darstellung der Frequenzverteilung an einer Mehrkammerbuchse,
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3 die
Anordnung einer Antenne in einer Reihenbuchsenanordnung
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4 eine
Prinzipdarstellung einer Anpassschaltung.
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1 zeigt
einen RFID-Reader mit einer Steuereinheit 1, über die
das RFID-System
allgemein gesteuert wird. Die Steuereinheit 1 steuert einerseits eine
Frequenzeinheit 2, die mit dem Frequenzeingang 3 des
Lesegeräts 4 verbunden
ist und andererseits eine Anpassschaltung 5. Die Anpassschaltung 5 erzeugt
zusammen mit dem jeweils geschalteten Schwingkreis, gebildet aus
einer Spule der Antenne 6 und einer Kapazität, ein hochfrequentes
Wechselfeld, das von Transpondern, die sich im Nahfeld der Sendeantenne
befinden, erfasst, gleichgerichtet und zur Energieversorgung des
Transponders verwendet wird.
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Der
in 1 dargestellte Reader enthält eine Antenneneinheit 6,
die aus einer Reihenschaltung mehrerer Spulen L1–LN gebildet ist, die jeweils einige Windungen
enthalten, und jeweils um einen kleinen Ferritkern gewickelt sind.
Die Einzelspulen L1 –LN bilden
jeweils zusammen mit dem Kondensator 7 Schwingkreise, die
auf die Grundfrequenz, auf deren Oberwellen oder auf Anharmonische
der Grundfrequenz abgestimmt sind. In ihrer Funktion als Empfangsantenne
ist die Antenneneinheit 6 mit einem Receiver r im
Lesegerät 4 verbunden,
welcher die von den Einzelschwingkreisen erfassten Frequenzsignale
auswertet und als Datensignale am Ausgang 10 des Lesegerätes 4 zur
Weiterverarbeitung abgibt.
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Wenn
beispielsweise an der Schwingkreisspule L3 ein Empfang stattfindet,
d.h. sich ein Transponder in unmittelbarer Nähe einfindet, erfasst der Receiver 9 das
Hochfrequenzsignal und dessen Seitenbänder und gibt ein Datensignal
am Ausgang 10 ab. Aus der Kenntnis der Zuordnung einer
Empfangsfrequenz zu einem einzigen bestimmten Schwingkreis ergibt
sich, dass in diesem Fall die Schwingkreisspule L3 angesprochen
wurde, und damit ein Steckverbinder in eine der Schwingkreisspule
L3 zugeordnete Buchse eingesteckt wurde. Aus den identifizierten
Daten des RFID-Speicherchips
kann ferner festgestellt werden, ob ein „richtiger" Steckverbinder in die der Schwingkreisspule
L3 zugeordnete Buchse eingesteckt wurde.
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Die
Aufgabe der Anpassschaltung 5 besteht darin, abwechselnd
das am Ausgang 11 des Lesegerätes 4 anstehende Wechselfeld
an die Antenne 6 und das von der Antenne 6 empfangene
Signal an den Eingang 12 des Lesegerätes zu liefern, wobei geschaltete
Kapazitäten
die jeweiligen Frequenzen bestimmen.
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2 zeigt
schematisch die Ansicht einer Mehrkammerbuchse, bei der die Frequenzen
F0, 2 × F0, 3 × F0, 4 × F0 jeweils einer bestimmten Buchsenkammer
zugeordnet sind. Dadurch ist leicht feststellbar, in welche Kammerbuchse
ein Steckverbinder eingesteckt ist.
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3 zeigt
mehrere nebeneinander angeordnete Buchsen eines Patchpanels, denen
jeweils, beispielsweise an der Unterseite, Reihenschwingkreise L1–L4 einer
einzigen Antenne zugeordnet sind. Auch hierbei ist eine örtliche
Lokalisierung und Identifizierung eines eingesteckten Steckverbinders ermöglicht.
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Bei
der Erfindung ist es nicht erforderlich, die absolute Größe der aufgrund
der festgestellten Resonanzfrequenzen bewirkten Spannungsänderungen
festzustellen.
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Es
genügt
festzustellen, dass bei verschiedenen Resonanzfrequenzen Spannungsänderungen auftreten.
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Um
bei einer Resonanzfrequenz einen maximalen Strom zu erwirken, genügt ein einfacher
Aufbau der Schaltung mittels des Kondensators 7, der Anpassschaltung 5 und
der Verwendung von Spulen L1–Ln unterschiedlicher Windungszahl, um verschiedene
Serienresonanzkreise zu bilden.
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Die
Impedanz eines Transponders kann durch folgende Formel beschrieben
werden:
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Die
Transponderimpedanz beeinflusst bei Annähern an die Antenne den Antennenserienschwingkreis
und kann als Reihenschaltung mit dem Schwingkreis betrachtet werden.
Die Frequenzeinheit bestimmt dabei die unterschiedlichen Trägerfrequenzen.
Die Anpassschaltung wird so gesteuert und geschaltet, dass bei einer
bestimmten geschalteten Frequenz f
n die
Schwingkreisspulen gemäß der Formel
so kompensiert werden, dass
jede bestimmte Trägerfrequenz
einer bestimmten Spule zugeordnet wird.
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4 zeigt
eine Prinzipdarstellung einer Anpassschaltung 5. Die Steuereinheit 1 schaltet
und steuert den Multiplexer 13. Der Ausgang 14 der
Anpassschaltung 5 ist mit dem Eingang 12 des Lesegerätes 4 verbunden.
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Die
Steuereinheit 1 ordnet über
die Frequenzeinheit 2 dem Lesegerät unterschiedliche Trägerfrequenzen
zu, die über
die Anpassschaltung 5 an die Antenne 6 geführt werden,
wobei die Einzelspulen L1–Ln zusammen mit den Kapazitäten C1–CN die jeweils wirksamen Schwingkreise bilden.
Die unterschiedlich geschalteten Kapazitäten C1–CN, die vereinfacht dem Kondensator 7 in 1 entsprechen, kompensieren
die für
die unterschiedlichen Resonanzfrequenzen jeweils nicht benötigten Induktivitäten.
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Die
gleiche Schwingkreisanordnung empfängt dann auch die Signale der
Transponder, so dass über
die Zuordnung einer Spule L1–Ln zu der Buchse eine eindeutige Lokalisierung
eines Transponders in Bezug auf eine Buchse erreicht wird.
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Die
Auswertung der Ausgangssignale ist Grundlage für ein Patch-Management-System für multimediale
Verbindungstechniken. Diese Verbindungstechniken verwenden meist
Mehrkammersysteme mit der Möglichkeit,
mehrere Applikationen gleichzeitig über eine Schnittstelle zu übertragen.
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- 1
- Steuereinheit
- 2
- Frequenzeinheit
- 3
- Frequenzeingang
- 4
- Lesegerät
- 5
- Anpassschaltung
- 6
- Antenne
- 7
- Kondensator
- 8
- Widerstand
- 9
- Receiver
- 10
- Datenausgang
- 11
- Ausgang
- 12
- Eingang
- 13
- Multiplexer
- 14
- Ausgang
