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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Positionsbestimmung eines Transponders in Bezug auf eine Antennenanordnung eines Lesegeräts.
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Derartige, insbesondere induktiv arbeitende Transponder sind zur Identifizierung von Produkten bereits vielfach im Einsatz und zählen somit zum Stand der Technik. Dabei wird von einem Lesegerät elektromagnetische Energie auf den Transponder übertragen. Der Transponder nutzt diese Energie teilweise als Versorgungsenergie, liest den transpondereigenen Code aus und moduliert damit die Sendeeinrichtung des Transponders. Das Lesegerät empfängt das Signal und decodiert es.
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Von besonderem Interesse ist es oft, die Position des Transponders in Bezug auf das Lesegerät zu bestimmen. Aus der
DE 37 23 332 C2 ist eine Anordnung zur Standlinien- und Standortbestimmung eines Fahrzeugs bekannt. Zur Bestimmung der Position des Transponders werden hierbei beispielsweise zwei Antennen der Leseeinrichtung genutzt. Die beiden Antennensignale werden in der Amplitude miteinander verglichen. Aus dem Amplitudenvergleich wird auf die relative Position des Transponders geschlossen.
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Des Weiteren ist durch die
DE 10 2007 018 503 B4 eine Anordnung bekannt, bei der die Empfangsantenne im Lesegerät in Form einer Acht verlegt ist. In der einen Schleife der Acht wird eine andere Phasenlage detektiert als in der anderen Schleife der Acht. Der Übergang von der einen Schleife auf die andere Schleife führt zu einem deutlichen Signalwechsel, sodass dieser Vorgang vorteilhaft zur Positionsbestimmung des Transponders genutzt werden kann.
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Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass nur der Zeitpunkt des Übergangs von der einen Schleife auf die andere Schleife bestimmbar ist, aber nicht festgestellt werden kann, wo sich in der linken oder rechten Schleife der Transponder befindet. Bei dem Verfahren werden eine Vielzahl von nebeneinander liegenden Schleifen verwendet und deren Amplitudenvergleich genutzt, um die Position des Transponders in der gesamten Erfassungsbreite zu bestimmen.
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Nachteilig ist bei diesem Verfahren ist weiterhin, dass jede Schleife für sich ausgewertet werden muss und somit der Aufwand durch die Vielzahl der Empfänger entsprechend hoch ist oder dieser Aufwand bei einem Multiplexverfahren sehr viel Zeit in Anspruch nimmt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Positionsbestimmung eines Transponders über den verfügbaren Erfassungsbereich mit geringem Aufwand, aber doch hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit durchzuführen.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, indem das Lesegerät mehrere Empfangsantennen aufweist, die insgesamt zumindest zwei Kreuzungsstellen haben.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass in dem Lesegerät mindestens zwei Empfangsantennen verwendet werden, die jeweils mindestens einmal gekreuzt sind, also zumindest eine Kreuzungsstelle aufweisen, sodass diese Empfangsantennen mindestens jeweils zwei Schleifen bilden, sodass bei Bewegung des Transponders von einem Empfangsbereich einer Schleife in den Empfangsbereich der Nachbarschleife ein deutlicher Phasensprung festgestellt wird. Am Übergang des Phasenwechsels setzt auch die Amplitude des Empfangssignals aus.
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Die Phasenlage der Empfangssignale kann in Bezug zu einer Referenzantenne festgestellt werden. Bei der Referenzantenne kann es sich um eine eigene Empfangsantenne, aber auch um die Sendeantenne zur Abstrahlung der Leseenergie handeln. Diese Antenne kann zusätzlich vorhanden sein oder aber auch mit der Energieantenne identisch.
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Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass abgesehen von einer Referenzantenne und einem Referenzempfänger nur noch zumindest ein Empfänger mit mindestens einer Empfangsantenne notwendig ist. An jeder Kreuzungsstelle der Empfangsantennen entsteht durch den Phasenwechsel ein markantes Signal. Insbesondere, wenn die Bewegungsrichtung des Transponders bekannt ist, beispielsweise nur in eine Richtung geht, kann durch ein Mitzählen der Phasenwechsel auch auf die Position des Transponders geschlossen werden.
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Wenn mehrere gekreuzte Empfangsschleifen hintereinander oder nebeneinander, insbesondere zueinander versetzt angeordnet werden, ergeben sich entsprechend viele Bereiche, in denen die Anwesenheit des Transponders festgestellt werden kann. Grundsätzlich können die verschiedenen Empfangsantennen je einen eigenen Empfänger haben oder auch gemultiplext werden, wodurch der Aufwand gegebenenfalls verringert wird.
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Von Vorteil ist es, dass mehrere Antennen verwendet werden, die in dem gesamten verfügbaren Empfangsbereich arbeiten. Dabei kommt dann beispielsweise eine erste Empfangsantenne zum Einsatz, die in der Mitte nur einmal gekreuzt ist, und mindestens eine zweite Empfangsantenne, die ebenso groß ist und etwa die gleiche Lage hat, aber dann zumindest zweimal oder sogar dreimal gekreuzt ist. Eine höhere Auflösung der Position erhält man, wenn man weitere Empfangsantennen mit noch mehr Kreuzungsstellen verwendet. Mit jeder zusätzlichen gekreuzten Empfangsantenne lässt sich die Zahl der Empfangsbereiche und damit die Genauigkeit erhöhen, beispielsweise auch verdoppeln, obwohl nur ein zusätzlicher Empfänger verwendet wird. Im Prinzip ist auch hier sogar bei langsamen Bewegungen des Transponders ein Multiplexen der Empfangsantenne möglich, sodass gegebenenfalls insgesamt nur ein Empfänger verwendet werden muss.
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Die Leseanordnung bzw. das Lesegerät und/oder der Transponder lassen sich dadurch überprüfen, dass die Bewegung des Transponders relativ zu den Empfangsantennen bewertet wird. Bei einem vollständigen Durchlauf des Empfangsbereichs müssen, bei richtiger Funktion, entsprechend viele Phasenwechsel festgestellt werden. Ebenso kann auch geprüft werden, ob die Maximalamplitude in den Bereichen die vorgesehenen Werte erreicht. Dies ist insbesondere dann interessant, wenn die Amplitude zur Feststellung der Position innerhalb eines Teilbereichs genutzt wird. Wenn die Amplitude nicht wie erwartet mit einzelnen Transpondern erreicht wird, kann auf einen Fehler des Transponders oder auf einen großen Abstand geschlossen werden. Die relative Bewegung des Transponders kann, wenn die Leseanordnung beispielsweise an einem Fahrzeug verbaut ist, gegebenenfalls mit Tacho, Inkrementalgeber oder dergleichen erfasst werden.
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Hohe Frequenzen sind vorteilhaft für die Energieübertragung und ggf. auch zur Datenübertragung. Mit der Höhe der Frequenz nimmt jedoch auch die Beeinflussung durch die Umgebung zu, beispielsweise durch Reflexionen usw. Für die Positionsfeststellung ist es daher vorteilhaft, dass der Transponder niedrige Frequenzen absendet.
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Dadurch, dass beispielsweise eine Sendeantenne im Lesegerät gekreuzt wird, entstehen zwei mehr oder weniger gleich große Strahler, die in der Phase gegeneinander gerichtet sind. Im Fernfeld kompensieren sich beide Signale mehr oder weniger, sodass der Sender nicht mehr so stark wahrgenommen wird und andere Teilnehmer somit nicht mehr stört oder nicht mehr detektiert werden kann. Wenn sich der Transponder gerade in dem Wechselbereich befindet, wird er zwar keine Energie mehr empfangen, im günstigsten Fall kann aber auch dieser Phasenwechsel zur Positionsbestimmung verwendet werden. Es ist möglich, dass der Transponder dann ebenfalls seine Phase ändert, wenn er unter der Sendeantenne in andere Phasen der Sendeantenne kommt.
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Die Antennen in dem Lesegerät werden mehr oder weniger stark, beispielsweise durch metallische Veränderungen in der näheren Umgebung, beeinflusst. Dadurch können sich letztendlich Messfehler oder andere Verschlechterungen der Antennencharakteristik ergeben. Es ist daher von Vorteil, wenn grundsätzlich bei der Auslegung bzw. beim Abgleich der Antennen eine metallische Grundlast, beispielsweise eine Metallhaube, vorgesehen wird. Dies kann dadurch passieren, dass der Abgleich in einer dem späteren Einbauort vergleichbaren Umgebung vorgenommen wird oder dadurch, dass eine metallische Grundlast als Teil des Geräts vorgesehen wird, beispielsweise eine Metallplatte.
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Mit einer metallischen Grundlast, beispielsweise einem Blech- oder sonstigem Metallschirm, kann mehr oder weniger die Abstrahlung der Antenne in eine nicht gewünschte Richtung verringert werden.
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Der Phasensprung wird von einer Schleife zur Nachbarschleife der Empfangsantenne festgestellt. Mit dem Phasensprung ist der augenblickliche Ort des Transponders bekannt. Hiermit ist jedoch zunächst keine weitere Positionsbestimmung innerhalb des Empfangsbereichs einer Schleife möglich. Dazu bietet es sich aber an, dass die Amplituden an den verschieden gekreuzten Empfangsantennen bewertet werden. Jede Empfangsantenne hat für diesen Empfangsbereich, je nach Abstand zum Transponder und nach charakteristischen Merkmalen des Transponders, einen typischen Amplitudenverlauf, wenn der Transponder relativ dazu bewegt wird.
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Bei der Empfangsantenne mit der feinsten Auflösung (größte Zahl an Kreuzungsstellen) verläuft die Amplitude mehr oder weniger nach einer Sinushalbwelle. Es ist dann also ein zu- oder abnehmender Teil mit charakteristischen Amplitudenwerten vorhanden. Selbst innerhalb dieses Teilbereichs kann man dann vorteilhafterweise noch eine Positionszuordnung vornehmen, wenn mit der Bewegung des Transponders eine Zuordnung für den zu- oder den abnehmenden Teil gegeben ist. Dieses ergibt sich aus dem Bewegungsverlauf des Transponders selbst, aber auch aus der Amplitudenveränderung mindestens einer Empfangsantenne mit gröberer Auflösung.
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Die Position des Transponders in Bewegungsrichtung und quer dazu kann durch mehrere Antennen im Lesegerät mit unterschiedlichen Ausrichtungen vorgenommen werden.
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Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
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1 eine Draufsicht einer Antennenanordnung mit zwei Empfangsantennen;
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2 eine Antennenanordnung mit zwei Empfangsantennen mit einem übereinstimmenden Empfangsbereich;
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3 eine Antennenanordnung mit drei Empfangsantennen;
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4 den Verlauf der Signal-Amplituden in den Empfangsschleifen der in 3 dargestellten Antennenanordnung bei einer Bewegung des Transponders;
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5 eine Antennenanordnung mit mehreren Empfangsantennen zur Erfassung der Position des Transponders sowohl in der Längs- als auch in der Querrichtung.
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1 zeigt eine Draufsicht einer Antennenanordnung eines Lesegeräts, bestehend aus einer Referenzantenne REA mit einem Referenzempfänger RE, einer ersten Empfangsantenne EA1 mit einem ersten Empfänger E1 und einer in Bewegungsrichtung des Transponders Tr dahinter angeordneten zweiten Empfangsantenne EA2 mit einem zweiten Empfänger E2. Die erste Empfangsantenne EA1 weist zwei Kreuzungsstellen X auf, sodass drei Schleifen Lo mit drei Teilempfangsbereichen entstehen. Die zweite Empfangsantenne EA2 weist drei Kreuzungsstellen X auf, sodass vier Teilempfangsbereiche entstehen. An jeder Kreuzungsstelle X und am Übergang der ersten Empfangsantenne EA1 auf die zweite Empfangsantenne EA2 gibt es durch den Wechsel ein markantes Empfangssignal. Im Prinzip gilt dies natürlich auch, wenn am Anfang und Ende des gesamten Empfangsbereichs der Transponder Tr überhaupt festgestellt wird. Innerhalb einer Empfangsantenne mit mehreren Kreuzungsübergängen können die Übergänge von einer Schleife in die nächste Schleife jedoch nicht immer eindeutig zugeordnet werden. Es ist dann erforderlich, dass unter der Voraussetzung einer bekannten Bewegungsrichtung des Transponders Tr die Wechsel der Schleifen zuverlässig gezählt werden.
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Im Prinzip funktioniert das Verfahren auch mit einer Empfangsantenne, die eine sehr große Anzahl an Kreuzungsstellen (z.B. 100) hat. Allerdings ist dann eine sehr hohe Auswertesicherheit beim Zählen der Kreuzungsstellen notwendig. Die Bewegungsrichtung des Transponders Tr ist durch einen Pfeil angedeutet.
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In 2 sind zwei Empfangsantennen EA1, EA2 dargestellt, die beide den identischen Empfangsbereich abdecken. Die erste Empfangsantenne EA1 weist eine Kreuzungsstelle in der Mitte auf, während die zweite Empfangsantenne EA2 jeweils in den Schleifen der ersten Empfangsantenne EA1 gekreuzt ist, also zwei Kreuzungsstellen aufweist, sodass insgesamt vier Teilempfangsbereiche entstehen.
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In 3 sind drei Empfangsantennen dargestellt, wobei die größere erste Empfangsantenne EA1 einmal gekreuzt ist, also eine Kreuzungsstelle aufweist, die zweite Empfangsantenne EA2 dreimal gekreuzt ist, also drei Kreuzungsstellen aufweist, und die dritte Empfangsantenne EA3 mit der feinsten Auflösung siebenmal gekreuzt ist, also sieben Kreuzungsstellen aufweist.
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In 4 ist dargestellt, wie die Amplituden in den Empfangsschleifen der in 3 dargestellten Antennenanordnung im zugeordneten Empfänger verlaufen, wenn sich der Transponder durch den Empfangsbereich bewegt. Hier ist zu erkennen, dass auch die Position innerhalb der kleinsten Schleife (Empfangsbereich der Schleife) mit hoher Auflösung erkannt werden kann, wenn die Amplituden bei Durchlauf der einzelnen Empfangsschleifen bewertet werden. Vorteilhaft ist hierbei, dass obwohl die Amplitude A3 der dritten Empfangsantenne EA3 an den Positionen P1 und P2 identisch ist, dennoch zwischen P1 und P2 unterschieden werden kann, weil die Amplituden A1 und A2 der ersten Empfangsantenne EA1 und der zweiten Empfangsantenne EA2 in der Position P2 andere Werte haben als in der Position P1.
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Es ist des Weiteren zu erkennen, dass für den Wechsel zwischen den einzelnen Schleifen die Amplitude A3 der dritten Empfangsantenne EA3 vorteilhaft verwendet werden kann, weil hier die Amplitude die größte Steilheit hat. Auch wenn die Amplitudenwechsel A3 mitgezählt werden, kann die Bewegung des Transponders Tr verfolgt werden. Wenn der Transponder im Empfangsbereich ist, muss auch ein Amplitudensignal ARE am Referenzempfänger RE vorhanden sein.
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5 zeigt eine Anordnung von mehreren Empfangsantennen, welche die Position des Transponders sowohl in der Längs- als auch in der Querrichtung darstellen können. Pro Richtung ist jeweils eine Empfangsantenne einmal gekreuzt und die andere Empfangsantenne dreimal gekreuzt. Dies sind die erste Empfangsantenne in Längsrichtung EAL1 und die zweite Empfangsantenne in Längsrichtung EAL2 sowie die erste Empfangsantenne in Querrichtung EAQ1 sowie die zweite Empfangsantenne in Querrichtung EAQ2. Den Empfangsantennen sind die entsprechenden Empfänger zugeordnet: EQ1, EQ2, EL1 und EL2. Grundsätzlich ist es möglich, weitere Auflösungen durch jeweils eine dritte Empfangsantenne, die noch häufiger gekreuzt ist, durchzuführen, oder Empfangsantennen mit Empfängern zu verwenden, bei denen die Kreuzungsstellen versetzt sind, sodass ein feineres Messraster entsteht. Als Referenz für den richtigen Phasenbezug dient eine Referenzantenne RA mit dem Referenzempfänger RE.
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Mit dieser Anordnung kann auch ein Fahrzeug in einer Fahrbahn bzw. in der zu fahrenden Bahn geführt werden. Dazu befindet sich eine Vielzahl der Transponder Tr in der Fahrbahn. Die hintereinanderliegenden Transponder definieren die Spur oder Bahn. Das Lesegerät mit den dargestellten Antennen befindet sich dann vorzugsweise am Fahrzeug, relativ nah über der Fahrbahn. Es ist für die Führung des Fahrzeugs am günstigsten, wenn der Transponder Tr mehr oder weniger mittig in der Idealspur C unter der Antennenanordnung erwartet wird. Bei Überfahrt über den Transponder Tr wird die augenblickliche Position mehr oder weniger fortwährend im Erfassungsbereich gemessen. Bis zum nächsten Transponder muss das Fahrzeug ggf. mehr oder weniger frei fahren. Bei automatisch fahrenden Fahrzeugen geschieht dies mit Hilfe von weiteren Sensoren, beispielsweise auch mit odometrischen Sensoren. Bei Fahrt durch einen Fahrer kann die Anordnung ebenfalls zur Erfassung der Fahrzeugposition, beispielsweise für logistische Anwendungen, verwendet werden. Die Überfahrt über den Transponder Tr wird mit den Empfangsantennen in Längsrichtung EAL1 und EAL2 festgestellt. Die tatsächliche Istspur (I) hat in der Regel eine Abweichung X von der Idealspur C. Diese Abweichung wird durch die Empfangsantennen in Querrichtung EAQ1 und EAQ2 festgestellt.
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Eine dreidimensionale Erfassung über den Transponder wäre auch möglich, wenn mehrere Empfangsantennen in Z-Richtung, also in der Höhe, mit unterschiedlichen Abständen zum Transponder angeordnet sind. Hierfür ist jedoch keine kreuzende Antenne notwendig. Vorteilhaft sind dann zwei Referenzantennen, die unterschiedlich weit vom Transponder entfernt sind. Als Antennen sind Luftspulen geeignet, die in der Regel mehrere Windungen aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3723332 C2 [0003]
- DE 102007018503 B4 [0004]
