DE60221511T2

DE60221511T2 - System und verfahren zur überwachung von entfernten gegenständen

Info

Publication number: DE60221511T2
Application number: DE60221511T
Authority: DE
Inventors: Curtis Lee Morgan Hill CARRENDER; Ronald W. Benton City GILBERT; Jeff W. Pasco SCOTT; David A. Kennewick CLARK
Original assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Current assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2002-04-01
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2022-04-02
Also published as: US20020149468A1; ATE368909T1; EP1382009B1; DE60221511D1; US6995652B2; JP2008181542A; EP1382009A1; JP2005510776A; WO2002084584A1

Description

Die vorliegende Erfindung wurde mit Regierungsförderung nach Vertrag DE-AC0676RL01830 mit dem US Department of Energy gemacht. Die Regierung hat bestimmte Rechte an der Erfindung.
Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft Radio- bzw. Funkfrequenzidentifizierungsvorrichtungen (RFID-Vorrichtungen) und insbesondere ein RFID-System, das RFID-Transponder und die zugehörigen Objekte außer Funktion setzt.
Stand der Technik
Die Datenfernübertragung mittels drahtloser Einrichtungen arbeitet typischerweise mit Hochfrequenztechnik. Eine Anwendung der Hochfrequenztechnik ist die Ortung, die Identifizierung und die Verfolgung von Objekten wie Tieren, Lagerbeständen und Fahrzeugen. Es sind Funkidentifizierungssysteme (RFID-Systeme) entwickelt worden, die die Überwachung entfernter Objekte erleichtern.
Wie in 1 gezeigt, weist ein RFID-System 10 grundsätzlich zwei Komponenten auf, nämlich eine Abfrage- oder Leseeinrichtung 12 und einen Transponder 14 (gewöhnlich als RF-Etikett bezeichnet). Die Abfrageeinrichtung 12 weist eine Antenne 16, und das RF-Etikett 14 weist eine Antenne 18 auf. Im Betriebszustand übermittelt die Abfrageeinrichtung 12 über ihre Antenne 16 ein Funkabfragesignal 20 an die Antenne 18 des RF-Etiketts 14. In Reaktion auf den Empfang des Abfragesignals 20 erzeugt das RF-Etikett 14 ein moduliertes Antwortsignal 22, das über die Etikettenantenne 18 in einem als Dauerstrichrückstreuung bekannten Vorgang an die Abfrageeinrichtung 12 zurückgesendet wird.
Der wesentliche Vorteil von RFID-Systemen liegt im berührungslosen Außersichtbetrieb. Die Abfrageeinrichtung 12 emittiert das Abfragesignal 20 in einem Bereich von einem Inch bis hundert Fuß und mehr, je nach Ausgangsleistung und der verwendeten Funkfrequenz. RFID-Etiketten können durch verschiedene Substanzen hindurch, wie Geruch, Dunst, Eis, Farbe, Schmutz, und bei sonstigen schwierigen Sicht- und Umgebungsbedingungen, bei denen Strichcodes oder sonstige optische Lesetechniken nutzlos wären, gelesen werden. Außerdem können RF-Etiketten mit hoher Geschwindigkeit gelesen werden und in den meisten Fällen nach weniger als hundert Millisekunden antworten.
RF-Etiketten lassen sich in drei Hauptgruppen einteilen, nämlich strahlbetriebene passive Etiketten, batteriebetriebene halbpassive Etiketten und aktive Etiketten. Diese unterscheiden sich in ihrer Funktionsweise.
Das strahlbetriebene RFID-Etikett wird oft als Passivelement bezeichnet, weil es die für seinen Betrieb erforderliche Energie aus dem auf es abgestrahlten Abfragesignal gewinnt. Das Etikett richtet das Feld gleich und ändert die Reflexionseigenschaften des Etiketts selbst und erzeugt so eine Reflektivitätsänderung, die von der Abfrageeinrichtung erkannt werden kann. Das batteriebetriebene halbpassive RFID-Etikett arbeitet ähnlich, indem es seinen Reflexionsquerschnitt moduliert, um ein Delta an die Abfrageeinrichtung zu reflektieren und eine Kommunikationsverbindung aufzubauen. In diesem Fall ist die Batterie die Energiequelle des Etiketts. Beim aktiven HF-Etikett schließlich wird ein Sender verwendet, um batteriegespeist eine eigene Funkfrequenzenergie zu erzeugen.
Die Reichweite solcher Etiketten ist je nach Übertragungsleistung von Abfrageeinrichtung 12 und HF-Etikett 14 unterschiedlich groß. Batteriebetriebene Etiketten, die mit 2,450 MHz arbeiten, sind gewöhnlich auf einen Bereich von weniger als zehn Metern beschränkt. Jedoch können ausreichend leistungsstarke Einrichtungen je nach Frequenz und Umgebungsbedingungen einen Bereich von bis zu 200 Metern erreichen.
Es wurden Sicherheitssysteme entwickelt, die RFID-Vorrichtungen zur Schaffung einer Zugangsberechtigung nur für autorisiertes Personal, d.h. Beschäftigte, die ein Etikett tragen dürfen, verwenden. Ein Nachteil solcher Systeme besteht je doch darin, dass Etiketten verlorengehen oder gestohlen und dann von nicht autorisierten Personen verwendet werden können, was ein Sicherheitsrisiko ist. Außerdem können nicht mehr zugangsberechtigte oder entlassene Beschäftigte das Etikett weiter verwenden oder das Etikett manipulieren, um an die darin gespeicherten Informationen zu gelangen.
Die US-Patentschrift A-6025780 betrifft elektronische Produktsicherheitssysteme (EAS-Systeme) zur Erkennung und Verhinderung von Diebstahl oder widerrechtlicher Entfernung von Produkten oder Waren aus Einzelhandelsgeschäften und sonstigen Einrichtungen. Es wird ein Sicherheitsetikett verwendet, das am Produkt befestigt wird, so dass das EAS-System das Vorhandensein oder das Fehlen eines Sicherheitsetiketts erkennen kann. In der Schrift wird die Möglichkeit erörtert, die als Sicherheitsetikett verwendeten RFID-Etiketten so zu inaktivieren, dass sie leicht reaktiviert werden können.
Die US-Patentschrift A-6181248 betrifft inaktivierbare Produktsicherheitsetiketten, die zur Diebstahlsverhinderung an Produkten befestigt werden. Ein solches Etikett funktioniert in einem magnetischen Wechselfeld, beispielsweise zwischen den Säulen eines am Ausgang eines Geschäfts angebrachten Erfassungssystems. Wenn das Produkt freigegeben worden ist, kann das Etikett inaktiviert werden.
Keine dieser Patentschriften betrifft die Steuerung der Produkte oder Objekte selbst, an denen ein RFID-Etikett befestigt ist.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen ein Verfahren und ein System zur Steuerung von Objekten wie RFID-Etiketten und den zugehörigen ansteuerbaren Objekten.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Funkidentifizierungs- und Steuereinrichtung zur Rückverfolgung eines ansteuerbaren Objekts in Reaktion auf ein Abfragesignal von einer entfernten Funkfrequenzidentifizierungsabfrageeinrichtung bereitgestellt, die folgendes aufweist: eine Empfangsschaltung, die innerhalb des betriebsfähigen bzw. ansteuerbaren Objekts ausgebildet ist und die konfiguriert ist, um die Abfragesignale zu empfangen und ein moduliertes Radiofrequenzsignal durch Dauerstrichrückstreuung als Antwort darauf zurückzugeben, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung angepasst ist, um ein Deaktivierungssignal zu empfangen, und dass die Empfangsschaltung konfiguriert ist, um die Empfangsschaltung und das Objekt als Antwort auf das Deaktivierungssignal permanent nicht betriebsbereit zu machen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel nutzt die Empfangsschaltung das ansteuerbare Objekt als Ganzes oder wenigstens einen Teil davon als Empfangsantenne.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Empfangsschaltung so konfiguriert, dass sie die Betätigung des Objekts in Reaktion auf ein Aktivierungssignal ermöglicht.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern einer RFID-Vorrichtung bereitgestellt, die mit einem betriebsfähigen Objekt verbunden ist. Das Verfahren schließt die Übertragung eines Deaktivierungssignals an die Einrichtung und das Empfangen und Verarbeiten des Deaktivierungssignals zur Inaktivierung der Vorrichtung und des Objekts ein. Vorzugsweise wird die Vorrichtung irreversibel inaktiviert. Das Objekt kann eine Waffe sein und die Vorrichtung kann so konfiguriert sein, dass das Objekt oder die Waffe in Reaktion auf ein Aktivierungssignal in Betrieb gesetzt oder in Reaktion auf das Deaktivierungssignal dauerhaft außer Betrieb gesetzt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Inaktivierung eines Objekts zur Verfügung gestellt, das eine Radio- bzw. Funkfrequenz-Identifikationsvorrichtung (RFID-Vorrichtung) aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Empfangen eines Abfragesignals von einer entfernten Radiofrequenz-Identifikationsabfrageeinheit (RFID-Einheit) an der Vorrichtung und Zurückgeben eines modulierten Radiofrequenzsignals durch Dauerstrichrückstreuung als Antwort darauf, gekennzeichnet durch Senden eines Deaktivierungssignals an die Vorrichtung; Empfangen des Deaktivierungssignals an der Vorrichtung; und Verarbeiten des Deaktivierungssignals, um die Vorrichtung und das Objekt permanent nicht betriebsbereit zu machen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Dem besseren Verständnis der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung dienen die Zeichnungen, die folgendes zeigen:
1 ist ein Schema eines bereits bekannten RFID-Systems;
2A und 2B sind RFID-Systeme, die erfindungsgemäße RFID-Vorrichtungen nutzen; und
3 ist ein Fernidentifikations- und Steuersystem gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Zunächst wird auf 2A Bezug genommen, die ein RFID-System 24 zeigt, das eine Abfrageeinheit 26 aufweist, die eine Antennenschaltung 28 hat, die so konfiguriert ist, dass sie Funksignale an eine RFID-Vorrichtung 30 mit Antenne 32 senden und von dieser empfangen kann. Die Abfrageeinheit 26 enthält eine Sendeschaltung 34, die mit der Antenne 28 verbunden ist. Der Sender 34 ist so konfiguriert, dass er Abfragesignale 35 an die RFID-Vorrichtung 30 überträgt. Zusätzlich ist der Sender 34 so konfiguriert, dass er Steuersignale 37 einschließlich eines Deaktivierungssignals erzeugt, die von der RFID-Vorrichtung 30 empfangen werden.
In der RFID-Vorrichtung 30 ist die Empfangsschaltung 36 mit der Antenne 32 verbunden. Die Antenne 32 kann so konfiguriert sein, dass sie sowohl Abfrage- als auch Steuersignale empfängt, oder es können mehrere Antennen verwendet werden. Die Empfangsschaltung 36 ist in üblicher Weise so konfiguriert, dass sie die RFID-Vorrichtung 30 zur Rücksendung eines Funksignals (nicht eingezeichnet) in Reaktion auf die Abfragesignale 35 der Abfrageeinheit 26 aktiviert. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die RFID-Vorrichtung 30 ein passives RFID-Etikett, das zur Antwort an die Abfrageeinheit 26 die modulierte Rückstreuungsreflexion der Abfragesignale 35 nutzt.
Der Empfangsschaltung 36 ist eine Steuerschaltung 33 beigeordnet, die so konfiguriert ist, dass sie auf die Steuersignale 37, einschließlich eines Deaktivierungssignals, der Abfrageeinheit 26 reagiert. Das Deaktivierungssignal wird von der Steuerschaltung 33 empfangen und verarbeitet, um die RFID-Vorrichtung 30 dauerhaft außer Betrieb zu setzen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Steuersignal ein moduliertes Signal, das mit derselben Frequenz wie das Abfragesignal übertragen wird.
Die Deaktivierung der Vorrichtung 30 kann nach verschiedenen Verfahren erfolgen. Bei dem hier behandelten Ausführungsbeispiel besitzt die Empfangsschaltung 36 einen Speicher 38 und ist die Steuerschaltung 33 so konfiguriert, dass der Speicher 38 verändert oder gelöscht wird, um die Vorrichtung 30 irreversibel zu deaktivieren. Alternativ dazu kann die Empfangsschaltung 36, wie in 26 gezeigt, so konfiguriert sein, dass in Reaktion auf das Deaktivierungssignal ein Sicherungselement 39 durchschmilzt, so dass die Antenne 32 geerdet wird oder ihre Betriebseigenschaften geändert werden. Die Empfangsschaltung 36 kann so konfiguriert sein, dass ein elektrisch leitendes Verbindungselement in der RFID-Vorrichtung 30 (nicht eingezeichnet) auf bekannte Weise, die hier nicht näher beschrieben wird, bricht.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Empfangsschaltung 36 so konfiguriert sein, dass die Antenne 32 oder die zugehörige Antennenschaltung außer Funktion gesetzt wird, beispielsweise durch Änderung ihrer Betriebseigenschaften. Bei einer passiven RFID-Vorrichtung können die Rückstreuungs- oder Modulationseigenschaften der Antennenschaltung dauerhaft geändert werden, so dass die Vorrichtung 30 nicht mehr auf spätere Abfrage- und Steuersignale anspricht.
Nun wird auf 3 Bezug genommen, die eine Hochfrequenzidentifizierungs- und Steuervorrichtung 40 zur Ortung und Steuerung eines betätigbaren Objekts in Reaktion auf Abfragesignale 52 und Steuersignale 50 von einer entfernten RFID-Abfrageeinheit, beispielsweise der oben bei dem Ausführungsbeispiel von 2A beschriebenen Abfrageeinheit 26, zeigt. Zu Erläuterungszwecken wird das Objekt bei diesem Ausführungsbeispiel als Waffe 42 bezeichnet, die einen Controller 44 hat, der die Betätigung der Waffe 42 ermöglicht oder sperrt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die RFID-Vorrichtung 40 eine Ausgangsschaltung 45 als Teil der Empfangsschaltung 46 auf, die mit einer in der Waffe 42 ausgebildeten Antenne 48 verbunden ist. Die Ausgangsschaltung 45 ist mit dem Controller 44 gekoppelt, der so konfiguriert ist, dass er die Betätigung der Waffe 42 steuert. Bei Empfang eines Steuersignals 50 bewirkt die Empfangsschaltung 46, dass die Ausgangsschaltung 45 ein Aktivierungs- bzw. ein Deaktivierungssignal an den Controller 44 ausgibt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Steuersignal 50 ein Deaktivierungssignal, das von der Empfangsschaltung 46 und der Ausgangsschaltung 45 empfangen und verarbeitet wird, so dass der Controller 44 die Betätigung der Waffe 42 inaktiviert. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Empfangsschaltung 46 und die Ausgangsschaltung 45 so konfiguriert, dass sie ein Steuersignal 50 empfangen, das bewirkt, dass der Controller 44 die Betätigung der Waffe 42 aktiviert. Im Idealfall ist die Ausgangsschaltung 45 über eine Steuersignalleitung 54 mit dem Controller 44 verbunden.
Die Empfangsschaltung 46 ist so konfiguriert, dass sie im Betrieb in Reaktion auf ein Abfragesignal ein moduliertes Hochfrequenzsignal zurücksendet, das bei einem Ausführungsbeispiel die Waffe 42 identifiziert und Angaben über den Standort der Waffe liefert. In Reaktion auf ein Steuersignal 50, das ein Aktivierungssignal ist, bewirken die Empfangsschaltung 46 und die Ausgangsschaltung 45, dass der Controller 44 die Betätigung der Waffe 42 freigibt. Entsprechend wird die Waffe 42 in Reaktion auf ein Steuersignal 50, das ein Deaktivierungssignal ist, zeitweise oder vorzugsweise dauerhaft deaktiviert.
Beim hier behandelten Ausführungsbeispiel ist der Controller 44 so konfiguriert, dass er das Signal von der Steuersignalleitung 54 empfängt und über herkömmliche Schaltungen den Aktivierungs- bzw. Deaktivierungsbefehl ausgibt. Diese beinhalten bekannte Schalter, Sicherungen und Elemente, die ähnliche Funktionen in Reaktion auf ein Steuersignal ausführen, sind jedoch nicht hierauf beschränkt.
Auch wenn bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt worden sind, ist davon auszugehen, dass an diesen verschiedene Änderungen vorgenommen werden können. Beispielsweise kann das RFID-Etikett, auch wenn es als passives Element (ohne eigene Energiequelle, beispielsweise eine Batterie) beschrieben ist, als halbpassives Element konfiguriert werden, das eine Batterie hat, um Zubehörschaltungen betreiben zu können. Zusätzlich können die offenbarten Ausführungsbeispiele der Erfindung auf Wunsch mit einem aktiven RFID-Etikett kombiniert werden.
Auf Wunsch können die offenbarten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit der früheren Erfindung des Anmelders kombiniert werden, die in der am 6. Juni 2000 eingereichten US-Anmeldung Nr. 09/589,001 mit dem Titel „Remote Communication System and Method" offenbart ist und vollinhaltlich Bestandteil der vorliegenden Beschreibung ist. Die Kombination der vorliegenden Erfindung mit einem Doppelfrequenz-RF-Etikett erhöht die am Etikett verfügbare Energie und damit die Reichweite.
Im einzelnen überträgt eine Abfrageeinheit ein Energiesignal mit einer ersten Frequenz, das der RFID-Vorrichtung über eine Leistungsschaltung in der RFID-Vorrichtung Energie zuführt. Die Abfrageeinheit überträgt Abfragesignale und Steuersignale mit einer zweiten Frequenz oder mit einer zweiten und einer dritten Frequenz, die in der oben beschriebenen Weise von der RFID-Vorrichtung verarbeitet werden.
Schlussbemerkung
Aus Vorstehendem ist zu entnehmen, dass zwar zum Zweck der Erläuterung bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben worden sind, dass jedoch im Rahmen des Schutzumfangs der Erfindung verschiedene Abwandlungsmöglichkeiten gegeben sind.

Claims

Vorrichtung zur Radiofrequenz-Identifikation und Steuerung zum Verfolgen eines betriebsfähigen Objekts (42) als Antwort auf ein Abfragesignal von einer entfernten Radiofrequenz-Identifikation(RFID)-Abfrageeinheit (26), wobei die Vorrichtung aufweist: eine Empfangsschaltung (36), die innerhalb des betriebsfähigen Objekts (42) ausgebildet ist und konfiguriert ist, um die Abfragesignale zu empfangen und ein moduliertes Radiofrequenzsignal durch Dauerstrich-Rückstreuung als Antwort darauf zurückzugeben, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung angepasst ist, um ein Deaktivierungssignal zu empfangen, und dass die Empfangsschaltung konfiguriert ist, um die Empfangsschaltung (36) und das Objekt (42) als Antwort auf das Deaktivierungssignal permanent nicht betriebsbereit zu machen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Empfangsschaltung konfiguriert ist, um Radiofrequenzsignale als Antwort auf die Abfragesignale zurückzugeben, die Daten betreffend des Betriebszustands des Objekts aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Empfangsschaltung (36) eine Empfangsantenne (48) aufweist, wobei das betriebsfähige Objekt zumindest einen Abschnitt von dieser aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Empfangsschaltung (36) eine Empfangsantenne (48) aufweist, die insgesamt aus dem betriebsfähigen Objekt gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Empfangsschaltung (36) eine passive Schaltung aufweist, die durch die Abfragesignale von der Abfrageeinheit angetrieben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Empfangsschaltung batteriebetrieben ist und eine aktive Sendeschaltung aufweist.
System mit einer Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einem betriebsfähigen Objekt in der Form einer Waffe, wobei die RFID-Vorrichtung konfiguriert ist, um die modulierten Dauerstrich-Rückstreuung-Radiofrequenzsignale zu verwenden, um Daten betreffend des Betriebszustands der Waffe zu senden.
Verfahren zum Deaktivieren eines Objekts (42), das eine Radiofrequenz-Identifikations(RFID)-Vorrichtung (40) aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Empfangen eines Abfragesignals von einer entfernten Radiofrequenz-Identifikation(RFID)-Abfrageeinheit an der Vorrichtung und Zurückgeben eines modulierten Radiofrequenzsignals durch Dauerstrich-Rückstreuung als Antwort darauf; gekennzeichnet durch Senden eines Deaktivierungssignals (37) an die Vorrichtung; Empfangen des Deaktivierungssignals an der Vorrichtung; und Verarbeiten des Deaktivierungssignals, um die Vorrichtung (40) und das Objekt (42) permanent nicht betriebsbereit zu machen.