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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung von RFID-Datenträgern mit hoher Trennschärfe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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RFID-Datenträger werden für die vielfältigsten Mess- und Ortungsaufgaben eingesetzt, und es ist bekannt, den Aufenthaltsort eines RFID-Datenträgers dadurch zu bestimmen, dass er im Bereich einer sogenannten niederfrequenten Induktionsschleife betrieben wird. Eine solche niederfrequente Induktionsschleife ist eine Leiterbahn, die ein bestimmtes Raumsegment umschließt, wobei im Innenraum dieser Leiterschleife der Datenträger angeordnet ist. Geht es beispielsweise darum, dass in einer Lagerhalle oder beispielsweise auf einer Ölplattform genau festgestellt werden muss, ob und wo sich ein Datenträger befindet, dann werden schachbrettartig eine Vielzahl von Induktionsschleifen nebeneinander liegend angeordnet, und es wird geprüft, in welcher Induktionsschleife sich der RFID-Datenträger befindet.
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Bei der Anordnung solcher Induktionsschleifen ist es im Übrigen bekannt, diese mit einem NF-Feld im Frequenzbereich von z. B. 125 kHz zu versorgen und hierbei einen Schleifengenerator zu verwenden.
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Problem ist allerdings, dass man nicht mit genügender Trennschärfe feststellen kann, ob sich der RFID-Datenträger nun genau im Innenbereich der Induktionsschleife befindet oder im Außenbereich. Es fehlt also an der notwendigen Trennschärfe, genau festzustellen, wo sich der Datenträger in Bezug zur Induktionsschleife befindet, und es fehlen hierzu entsprechende Anhaltspunkte.
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Die
US 5708427 A offenbart ein Verfahren mit sämtlichen Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1. Es wird die Position eines Fahrzeuges auf einer Straße bestimmt, indem die Phasenlage eines emittierten elektromagnetischen RF-Feldes bezüglich einer Ausgangsphase detektiert wird. Dabei besitzt das Fahrzeug eine erste Spule mit angeschlossener Detektionsschaltung wobei deren Lage bezüglich einer Vielzahl von RF-Felder emittierenden zweiten Spulen dadurch festgestellt wird, dass die Detektionsschaltung bei einer Lage über einer der zweiten Spulen keine Spannung abgibt, ansonsten eine von Null verschiedene Spannung.
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Die
US 2004/0137844 A1 offenbart ein RFID-System, bei dem ein Transponder 30, d. h. RFID-Datenträger, innerhalb einer Antennenschleife 20 sitzt, welche ein RF-Feld von einem Lesegerät 10 eingeprägt bekommt.
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Beim Stand der Technik hat es also an der notwendigen Trennschärfe gefehlt, um eine genaue Lokalisierung eines RFID-Datenträgers innerhalb oder außerhalb der Induktionsschleife durchführen zu können.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur genauen Lokalisierung eines RFID-Datenträgers vorzuschlagen, welches mit hoher Trennschärfe arbeitet.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gekennzeichnet.
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Wesentlich ist, dass der RFID-Datenträger zusätzlich mit einer Induktionsschleife ausgerüstet ist und im RFID-Datenträger eine Phasenmessung stattfindet, welche feststellt, ob sich die an den RFID-Datenträger angeschlossene Induktionsschleife innerhalb oder außerhalb der umgebenden großen Induktionsschleife des Schleifengenerators befindet.
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Es wurde nämlich festgestellt, dass wenn sich der Datenträger mit seiner Induktionsschleife im Innenraum der anregenden Induktionsschleife befindet, dass dann beispielsweise das Induktionsfeld gleichphasig durch die datenträgerseitige Induktionsschleife und durch die Umgebungsinduktionsschleife hindurchtritt.
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Befindet sich allerdings die Induktionsschleife des Datenträgers im Außenbereich der Induktionsschleife, dann wird ein gegenphasiges Feld erzeugt, d. h. das von der Induktionsschleife erzeugte Induktionsfeld tritt nun gegenphasig durch die datenträgerseitige Induktionsschleife hindurch im Vergleich zu dem Hindurchtritt durch die anregende Induktionsschleife.
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Durch eine einfache Phasenmessung kann somit festgestellt werden, ob sich nun der Datenträger im Innenraum der anregenden Induktionsschleife oder in deren Außenraum befindet.
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Für die Ausbildung einer Phasenmessung gibt es hier verschiedene Möglichkeiten, die alle vom Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung umfasst sein sollen.
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Hierbei wird davon ausgegangen, dass ein bestimmtes Zeitfenster erzeugt wird, in dessen Bereich eine Amplitudenmessung des niederfrequenten empfangenden Feldes stattfindet.
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Zur Erzeugung eines solchen Zeitfensters gibt es verschiedene Möglichkeiten:
Nach einer ersten Ausführungsform wird das Zeitfenster von der Schreib-Lesestation vorgegeben und getriggert. Dass heißt, die Schreib-Lesestation gibt dem Datenträger mit seiner Induktionsschleife den Beginn des Zeitfensters vor, wobei die Dauer des Zeitfensters vom Datenträger selbst gleichbleibend angenommen ist.
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In einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung wählt der Datenträger zufällig den Beginn des Zeitfensters aus, wobei wiederum eine genaue Dauer des Zeitfensters festgelegt ist.
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In einer dritten Ausführungsform wird kein Zeitfenster erzeugt, sondern es wird ein codiertes Datentelegramm, bestehend aus einem höherfrequenten Anteil und aus einem niederfrequenten Anteil, die in bestimmten Abständen aufeinander folgen, ausgewertet, ohne dass es eines Zeitfensters bedarf.
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Bei allen drei Ausführungsformen ist wesentlich, dass nun die Phasenverschiebung des empfangenen Feldes in Bezug zu dem Zeitfenster erfasst wird. Dass heißt, es wird festgestellt, zu welchem Zeitpunkt seit dem Beginn des Zeitfensters ein Nulldurchgang und ein Maximum und ein Minimum erfasst wurde. Die Aufeinanderfolge von Maxima und Minima geben damit die Phasenlage des empfangenden Feldes nieder.
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In gleicher Weise kann auch durch eine Fourier-Transformation die Phasenlage bestimmt werden.
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Es gibt also im Bereich der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Möglichkeiten, die Phasenlage des Empfangsfeldes in der Induktionsschleife des Datenträgers festzustellen, um damit zu erkennen, ob sich diese Induktionsschleife außerhalb oder innerhalb der anregenden, umgebenden Induktionsschleife befindet.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
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Es zeigen:
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1: ein Ausführungsbeispiel mit einer Induktionsschleife und einem Datenträger, der im Innenbereich einer Induktionsschleife angeordnet ist
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2: das gleiche Ausführungsbeispiel wie 1, mit einem außerhalb der Induktionsschleife befindlichen Datenträger
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3a: die Phasenlage des anregenden NF-Feldes der anregenden Induktionsschleife
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3b: die Phasenlage des empfangenen Feldes, welche in der Induktionsschleife des Datenträgers empfangen wird, wenn sich der Datenträger im Innenbereich der Induktionsschleife befindet
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3c: die Phasenlage in der Induktionsschleife des Datenträgers, wenn sich der Datenträger im Außenbereich der anregenden Induktionsschleife befindet
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3d: die Erzeugung eines Zeitfensters zur Darstellung der Messung im Datenträger
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3e: das Zeitdiagramm der Aussendung des Messergebnisses aus dem Datenträger in Richtung auf die Schreib-Lesestation
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4a: ein frequenzcodiertes Empfangsdiagramm im Datenträger, wenn sich dieser innerhalb der Induktionsschleife befindet
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4b: ein frequenzcodiertes Empfangsdiagramm, wenn sich der Datenträger außerhalb der anregenden Induktionsschleife befindet.
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In 1 und 2 ist als Ausführungsbeispiel eine Induktionsschleife 4 dargestellt, deren Größe im Bereich von einigen Quadratmetern bis zu mehreren hundert Quadratmetern sein kann. Im Bereich dieser Induktionsschleife 4 können ein oder mehrere Datenträger 5 angeordnet sein, wobei der einfacheren Beschreibung wegen nur ein einziger Datenträger in den 1 und 2 dargestellt ist.
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Außerhalb oder innerhalb der Induktionsschleife 4 ist eine Schreib-Lesestation 1 angeordnet, welche das Sendefeld 21 der Sendeantenne 6 des Datenträgers 5 empfängt und auswertet. Der Empfang erfolgt durch eine Sende-Empfangsantenne 2. Die Schreib-Lesestation 1 ist im Übrigen über eine Signalleitung 20 mit einem Schleifengenerator 3 verbunden, so dass der Schleifengenerator 3 über die Signalleitung 20 getriggert werden kann. Die Signalleitung 20 ist nur für den Fall vorgesehen, dass die Schreib-Lesestation 1 weiß, in welcher Phasenlage sich der Schleifengenerator 3 befindet.
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Es handelt sich hierbei um einen NF-Generator, der beispielsweise in einem Frequenzbereich von 8 kHz eine sinusförmige Anregung der Induktionsschleife 4 ausführt. Aus diesem Grund wird im Bereich der Induktionsschleife 4 ein Induktionsfeld 8 mit einer Frequenz von 8 kHz erzeugt.
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Befindet sich nun ein Datenträger 5, der erfindungsgemäß mit einer Empfangsschleife 7a verbunden ist, im Innenbereich der Induktionsschleife 4, dann wird das Induktionsfeld 8 gleichsinnig durch die datenträgerseitige Empfangsschleife 7a hindurchtreten und ebenfalls gleichphasig durch die Induktionsschleife 4 selbst. Es handelt sich also um einen gleichphasigen Empfang, der später ausgewertet wird. Die Auswertung kann nach dem Muster der 3 oder der 4 erfolgen.
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Befindet sich – bei gleichem Aufbau – der Datenträger 5 mit seiner Empfangsschleife 7b jedoch außerhalb der Induktionsschleife 4, jedoch im Bereich des Induktionsfeldes 8, dann tritt dieses nunmehr von oben nach unten durch die Empfangsschleife 7b hindurch, währenddessen beim Ausführungsbeispiel nach 1 das Induktionsfeld von unten nach oben durch die Empfangsschleife 7ahindurchtrat. Nach 2 kommt es also zu einem gegenphasigen Empfang zwischen der Phase der Induktionsschleife 4 und der Phase, die in der Empfangsschleife 7b empfangen wurde.
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Diese unterschiedlichen Phasenlagen werden nun nach einem ersten Phasenmessverfahren nach den 3a bis 3e ausgewertet.
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In 3a ist die anregende Feldstärke des Niederfrequenzfeldes vom Schleifengenerator 3 dargestellt, und es ist erkennbar, dass es sich um eine sinusförmige Schwingung handelt, wobei Schwingungsmaxima und Schwingungsminima im Bereich der Zeitpunkte 12, 13 definiert sind.
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Befindet sich nun die Empfangsschleife 7a im Innenraum der Induktionsschleife 4, wird ein gleichphasiger Empfang in der Empfangsschleife 7a nach 3b stattfinden. Zum Zeitpunkt 12 wird also ein Kurvenmaximum erzeugt, zum Zeitpunkt 13 ein Kurvenminimum und zu einem nachfolgenden Zeitpunkt wieder ein Maximum. Es erfolgt also eine bestimmte Aufeinanderfolge von Maxima und Minima, wie dort dargestellt.
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Befindet sich jedoch die Empfangsschleife 7b eines außerhalb der Induktionsschleife 4 angeordneten Datenträgers 5, dann erfolgt ein gegenphasiger Empfang, wie dies in 3c angeordnet ist. Es folgt nun eine Aufeinanderfolge von Maxima 16 und 17, die genau entgegengesetzt zu den vorher genannten Minima 14, 15 vorliegt.
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Wenn nun ein Messfenster im Bereich eines Zeitfensters 9 eröffnet wird, welches beispielsweise bei Position 10 beginnt und bei Position 11 sich schließt, dann wird im Bereich zwischen der Position 10 und 11 festgestellt, welche Maxima 16, 17 oder Minima 14, 15 zu welchem Zeitpunkt erfasst wurden.
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Es wird hierbei bevorzugt, wenn das Zeitfenster sich über ein oder mehrere Perioden erstreckt, um so eine bessere Messung zu erreichen.
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Wie bereits schon eingangs ausgeführt, gibt es verschiedene Möglichkeiten, den Beginn des Zeitfensters 9 bei Position 10 zu bestimmen.
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Es kann entweder ein Startbefehl von der Schreib-Lesestation 1 über die dortige Sendeantenne an eine Empfangsantenne des Datenträgers 5 gegeben werden, um so bei Position 10 das Zeitfenster 9 zu eröffnen.
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In einer anderen Ausgestaltung kann jedoch der Datenträger selbst autonom bei Position 10 zu einem beliebigen Zeitpunkt das Zeitfenster 9 eröffnen und zu einer genau festgelegten Zeit bei Position 11 wieder schließen.
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Sobald demzufolge im Bereich des Zeitfensters 9 zwischen den Positionen 10 und 11 die bestimmte Anzahl von Kurvenmaxima und -minima festgestellt wurde, erfolgt im Bereich einer sich anschließenden Verarbeitungszeit 18 eine Auswertung der Phasenlage, und es erfolgt dann danach die Absendung eines Sendetelegramms 19, welches bevorzugt die Identitätsnummer des Datenträgers und die ermittelte Phase beinhaltet. Dieser Wert (Sendetelegramm 19) wird demzufolge über das Sendefeld 21 der Schreib-Lesestation 1 mitgeteilt, und diese hat nun eine eindeutige, sehr trennscharfe Lokalisierung des Datenträgers 5 vorgenommen und kann nun genau entscheiden, ob er sich innerhalb oder außerhalb der Induktionsschleife 4 befindet.
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In 4a und 4b ist eine andere Ausführungsform der Phasenmessung dargestellt, wo ein Zeitfenster 9 nicht mehr erforderlich ist. Es wird von dem Schleifengenerator 3 ein frequenzcodiertes Signal erzeugt, welches beispielsweise aus 125 kHz Impulsen in Abfolge mit 8 kHz Impulsen besteht, und diese Abfolge von unterschiedlich frequenzcodierten Impulsen wird wiederum in der Empfangsschleife 7a, 7b des jeweiligen Datenträgers 5 ausgewertet und aufgrund der Hintereinanderfolge kann nun wiederum die Phasenlage bestimmt werden.
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Die 4a zeigt beispielsweise ein gleichphasiges Empfangssignal im Datenträger 5, wenn sich dieser im Bereich der Induktionsschleife 4 befindet. Dieses Empfangssignal ist gleichphasig wie das Sendesignal in der Induktionsschleife 4.
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Umgekehrt zeigt die 4b ein um 180° verschobenes Empfangssignal des Datenträgers 5, wenn sich dieser gemäß 2 außerhalb der Induktionsschleife 4 befindet.
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Über bekannte Phasenmessverfahren kann nun wiederum die Phasenlage des codierten Signals ausgewertet werden. Hierzu kann beispielsweise eine Fourier-Transformation verwendet werden.
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Entsprechend der Größe der gewählten Induktionsschleife 4 ist damit erstmals ein genaues trennscharfes Feststellen eines Ortes eines Datenträgers 5 möglich.
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Es kann somit genau mit hoher Trennschärfe festgestellt werden, ob sich dieser innerhalb oder außerhalb einer Induktionsschleife 4 befindet.
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Selbstverständlich sind die hier angegebenen NF-Werte nur beispielhaft zu verstehen. Diese können in weiten Grenzen verändert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schreib-Lesestation
- 2
- Sende-Empfangsantenne
- 3
- Schleifengenerator
- 4
- Induktionsschleife
- 5
- Datenträger
- 6
- Sendeantenne
- 7a, 7b
- Empfangsschleife
- 8
- Induktionsfeld
- 9
- Zeitfenster
- 10
- Position
- 11
- Position
- 12
- Zeitpunkt
- 13
- Zeitpunkt
- 14
- Minimum
- 15
- Minimum
- 16
- Maximum
- 17
- Maximum
- 18
- Verarbeitungszeit
- 19
- Sendetelegramm (ID + Phase)
- 20
- Signalleitung
- 21
- Sendefeld
