ES2355706T3 - Sistema de detección e identificación por radiofrecuencia. - Google Patents
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Abstract
Sistema (10) para detectar la presencia de un artículo, que comprende: un transmisor (12) para radiar una primera señal electromagnética que comprende una frecuencia principal; una etiqueta resonante (20) que incluye un primer circuito resonante para entrar en resonancia a la frecuencia principal y por lo menos un segundo circuito resonante para entrar en resonancia a una frecuencia secundaria predeterminada diferente de la frecuencia principal, estando afianzada la etiqueta (20) al artículo para generar una segunda señal electromagnética en respuesta a la recepción de la primera señal electromagnética, situándose la segunda señal electromagnética a la frecuencia principal y por lo menos la frecuencia secundaria de dicho por lo menos un segundo circuito resonante; y un receptor (14) para recibir la segunda señal electromagnética; estando adaptado el transmisor (12) para radiar la primera señal electromagnética a la frecuencia principal predeterminada; estando acoplado electromagnéticamente el o cada segundo circuito resonante al primer circuito resonante; un ordenador (46) que está conectado a una salida del receptor (14), procesando dicho ordenador (46) la segunda señal electromagnética recibida y generando una señal de salida cuando la o cada frecuencia secundaria es detectada en la segunda señal electromagnética; comprendiendo la etiqueta (20) un sustrato dieléctrico sustancialmente plano (22) que presenta una primera y segunda configuraciones conductoras (28, 60) en una primera y segunda superficies principales opuestas (24, 26) del mismo para formar el primer y segundo circuitos resonantes; incluyendo el primer circuito resonante un primer inductor (L p) situado en la primera superficie principal (24) del sustrato (22); comprendiendo el o cada segundo circuito resonante otro inductor (L s, L k, L n); y formando parte, cada uno de entre el primer y los otros inductores, de la primera configuración conductora (28) y estando situado en la primera superficie principal (24) del sustrato (22).
Description
La presente invención se refiere en general a sistemas de radiofrecuencia y, más particularmente, a un sistema para detectar la presencia de un artículo que comprende un transmisor para radiar una primera señal electromagnética que comprende una frecuencia principal; una etiqueta resonante que incluye un primer circuito resonante para entrar en resonancia a la frecuencia principal y por lo menos un segundo circuito resonante para entrar en resonancia a una 5 frecuencia secundaria predeterminada diferente de la frecuencia principal, estando afianzada la etiqueta al artículo para generar una segunda señal electromagnética en respuesta a la recepción de la primera señal electromagnética, situándose la segunda señal electromagnética en la frecuencia principal y por lo menos la frecuencia secundaria de dicho por lo menos un segundo circuito resonante; y un receptor para recibir la segunda señal electromagnética.
El uso de sistemas de radiofrecuencia para detectar y evitar el robo o la extracción no autorizada de artículos o 10 bienes de establecimientos minoristas y/u otras instalaciones, tales como bibliotecas, se ha extendido ampliamente. En general, dichos sistemas de seguridad, conocidos generalmente como sistemas de seguridad electrónica de artículos (EAS), utilizan una etiqueta que está asociada o afianzada al artículo a proteger. Las etiquetas pueden adoptar muchos tamaños, configuraciones y formas diferentes dependiendo del tipo particular de sistema de EAS que se esté usando, del tipo y tamaño del artículo, su embalaje, etcétera. En general, dichos sistemas de EAS se utilizan para detectar la 15 presencia de una etiqueta cuando el artículo protegido pasa a través o cerca de un área o zona de seguridad vigilada. En la mayoría de los casos, el área de seguridad vigilada está situada en o en la proximidad de una salida o entrada al establecimiento minorista u otra instalación.
Uno de estos sistemas de seguridad electrónica de artículos que ha obtenido una popularidad ampliamente extendida utiliza una etiqueta que incluye un circuito resonante el cual, cuando es interrogado por un campo 20 electromagnético que tiene unas características preestablecidas, entra en resonancia a una única frecuencia de detección predeterminada. Cuando un artículo que tiene una etiqueta resonante fijada se mueve hacia o pasa, de alguna otra manera, a través del área vigilada, la etiqueta se ve expuesta a un campo electromagnético creado por el sistema de seguridad. Al verse expuesta al campo electromagnético, se induce una corriente en la etiqueta, que crea un campo magnético el cual hace variar el campo electromagnético creado dentro del área vigilada. La magnitud y la fase de la 25 corriente inducida en la etiqueta es una función de la proximidad de la etiqueta al sistema de seguridad, la frecuencia del campo electromagnético aplicado, la frecuencia resonante de la etiqueta, y el factor Q de la etiqueta. El cambio resultante en el campo electromagnético creado dentro del área vigilada debido a la presencia de la etiqueta resonante puede ser detectado por el sistema de seguridad. Después de esto, el sistema de EAS aplica ciertos criterios de selección predeterminados en la firma de la señal detectada para determinar si el cambio en el campo electromagnético 30 dentro del área vigilada fue el resultado de la presencia de una etiqueta o de alguna otra fuente. Si el sistema de seguridad determina que el cambio en el campo electromagnético es el resultado de la presencia de una etiqueta resonante, el mismo activa una alarma para alertar al personal de seguridad apropiado u otros empleados.
Aunque los sistemas de seguridad electrónica de artículos del tipo antes descrito anteriormente funcionan de manera muy eficaz, una de las limitaciones del rendimiento de dichos sistemas hace referencia a las falsas alarmas. Se 35 producen falsas alarmas cuando el campo electromagnético creado dentro del área vigilada experimenta perturbaciones o cambios debido a una fuente que no sea una etiqueta resonante, y el sistema de seguridad, después de aplicar los criterios de detección predeterminados, sigue concluyendo que hay presente una etiqueta resonante dentro del área vigilada y activa una alarma, cuando, de hecho, no hay presente en realidad ninguna etiqueta resonante. Durante años, dichos sistemas de EAS se han sofisticado bastante en la aplicación de múltiples criterios de selección para la 40 identificación de etiquetas resonantes y en la aplicación de pruebas estadísticas en los criterios de selección aplicados a una supuesta señal de etiqueta resonante. No obstante, en algunas aplicaciones el número de falsas alarmas sigue siendo inaceptablemente alto. Por consiguiente, existe la necesidad de proporcionar una etiqueta resonante para ser usada en dichos sistemas de seguridad electrónica de artículos, que proporcione más información que la proporcionada por etiquetas resonantes actuales con el fin de ayudar a dichos sistemas de seguridad electrónica de artículos a 45 distinguir señales resultantes de la presencia de una etiqueta resonante dentro de un área vigilada y señales similares o relacionadas que son el resultado de otras fuentes, y presentando dicha etiqueta una estructura más compacta y siendo menos onerosa de fabricar que las etiquetas convencionales. Un método para proporcionar información adicional al sistema de EAS es proporcionar una etiqueta que responda a la señal de interrogación con una señal a una frecuencia diferente de la frecuencia de la señal de interrogación o a más de una frecuencia. Hasta el momento, las etiquetas 50 individuales que presentan una de estas propiedades requerían que la etiqueta incluyera un elemento activo tal como un transistor, o un elemento no lineal, tal como un rectificador o diodo, y ambos elementos mencionados excluyen la fabricación de la etiqueta como un dispositivo pasivo plano usando la tecnología en vigor para fabricar dichas etiquetas resonantes.
Otro método para proporcionar información adicional al sistema de EAS es disponer de dos o más etiquetas 55 resonantes, cada una de ellas con una frecuencia resonante diferente, afianzadas al artículo que se esté protegiendo. Por ejemplo, la frecuencia resonante de una segunda etiqueta podría estar desplazada con respecto a la frecuencia resonante de una primera etiqueta en una magnitud conocida. De esta manera, la detección simultánea de dos o más señales a frecuencias separadas predeterminadas, específicas, que presentan cada una de ellas las características de una señal de etiqueta resonante, tendría una probabilidad elevada de indicar la presencia de las múltiples etiquetas 60 resonantes en el área vigilada, puesto que la probabilidad de que alguna otra fuente o fuentes generen simultáneamente cada una de las múltiples señales a cada una de las frecuencias predeterminadas es muy pequeña.
El concepto de utilizar una pluralidad de etiquetas resonantes a frecuencias diferentes en cada artículo no ha sido aceptado de forma general debido al requisito de separar físicamente las etiquetas por una distancia sustancial con el fin de impedir que las etiquetas interaccionen de tal manera que las frecuencias resonantes respectivas se vean modificadas de una manera impredecible. La colocación de las etiquetas resonantes a una distancia sustancial una de otra resulta desventajosa debido a que, en el mejor de los casos, requiere operaciones de etiquetado independientes, 5 incrementándose sustancialmente de este modo el coste de aplicar las etiquetas resonantes. Además, simplemente algunos artículos no son suficientemente grandes para permitir una separación suficiente de las dos o más etiquetas con el fin de impedir la interacción. La separación de las etiquetas por una distancia significativa influye también en la orientación y, por lo tanto, la intensidad de la señal de las etiquetas, limitando de este modo la detectabilidad de una o más de las etiquetas. 10
Existen también sistemas de radiofrecuencia, conocidos en general como sistemas de identificación por radiofrecuencia (RFID), que funcionan con etiquetas resonantes para identificar artículos a los cuales está fijada la etiqueta resonante o el destino al que se deberían dirigir los artículos. El uso del etiquetado de circuitos resonantes para la identificación de artículos resulta ventajoso en comparación con la codificación óptica de barras ya que no se ve sujeto a problemas tales como enmascaramiento por suciedad, y pueden no requerir una alineación exacta de la 15 etiqueta con el sistema de detección de etiquetas. En general, las etiquetas resonantes usadas en sistemas de RFID almacenan información sobre el artículo activando (o desactivando) las configuraciones de circuitos resonantes que se han impreso, grabado o añadido de otra manera a la etiqueta. Típicamente, los sistemas que utilizan la detección con múltiples circuitos sintonizados interrogan secuencialmente a cada circuito resonante con una señal que tiene una frecuencia del circuito resonante y, a continuación, esperan a la energía que se vuelve a radiar desde cada uno de los 20 circuitos sintonizados a detectar. El resultado de hacer que se interrogue secuencialmente a la etiqueta a cada una de las diferentes frecuencias es un sistema de detección lento que limita la velocidad a la que se puedan manipular los artículos.
El documento US-A-5.510.769 da a conocer un sistema del tipo al que se ha hecho referencia de forma inicial anteriormente. El sistema comprende una etiqueta de múltiples frecuencias. En una forma de realización, la etiqueta de 25 múltiples frecuencias comprende un sustrato dieléctrico en general plano que tiene una primera y una segunda superficies principales en general opuestas. Un primer circuito resonante que incluye una primera bobina de inducción está situado en la primera superficie del sustrato, presentando el primer circuito resonante una primera frecuencia resonante predeterminada. Un segundo circuito resonante que incluye una segunda bobina de inducción está situado en la segunda superficie del sustrato. El segundo circuito resonante tiene una segunda frecuencia resonante 30 predeterminada que, preferentemente, es diferente de la primera frecuencia resonante predeterminada. La primera bobina de inducción está posicionada en el sustrato para superponerse parcialmente sobre la segunda bobina de inducción de una manera que minimice el acoplamiento magnético entre la primera y la segunda bobinas. La etiqueta de seguridad puede ser una etiqueta de múltiples frecuencias, pero únicamente pueden obtenerse más de dos frecuencias usando una etiqueta de seguridad compuesta que comprenda una primera etiqueta de seguridad y una segunda etiqueta 35 de seguridad que estén afianzadas entre sí de manera que nuevamente el acoplamiento magnético se sitúe en un nivel mínimo. Además, para lograr más de dos frecuencias resonantes, deben usarse etiquetas en las que cada etiqueta puede tener más de dos frecuencias resonantes.
El documento US-A-5.812.065 describe un transpondedor que tiene un circuito RLC resonante con uno o más componentes de almacenamiento de energía electromagnética que varían en respuesta a un campo de energía 40 modulador aplicado externamente. Además del campo de energía modulador externamente, una estación base transmite una señal portadora con una frecuencia esencialmente igual a la frecuencia resonante inactiva del circuito RLC. A medida que cambia(n) el(los) componente(s), varía la frecuencia resonante del circuito RLC, modulando la señal portadora con el campo de energía modulador externo. Los efectos de la modulación son detectados por la estación base. Se obtiene información (por ejemplo, la presencia de una etiqueta) recibiendo y demodulando la señal modulada 45 en la estación base. Se puede hacer variar (por ejemplo, mecánicamente) uno o más de los elementos del circuito (por ejemplo, diferentes realizaciones preferidas de uno o más condensadores, inductores, y resistores) para modular la señal portadora.
El documento WO 00/04519 A1 da a conocer un sistema que comprende una etiqueta resonante. La etiqueta resonante incluye un primer circuito resonante para entrar en resonancia a una frecuencia principal de un transmisor y 50 un segundo circuito resonante para entrar en resonancia a una frecuencia secundaria diferente de la frecuencia principal, estando acoplados electromagnéticamente el primer y el segundo circuitos resonantes. Es la segunda señal a la frecuencia secundaria la que es detectada por el receptor o bucles de detección.
Un objetivo de la invención es proporcionar una etiqueta pequeña y económica que sea capaz de reducir la tasa de falsas alarmas, que tenga una estructura más compacta y que resulte menos onerosa de fabricar. 55
Este objetivo se alcanza con un sistema que comprende las características de la reivindicación 1. En las reivindicaciones subordinadas, se definen otras formas de realización de la invención.
La presente invención utiliza una etiqueta que tiene una pluralidad de circuitos resonantes, cada uno de los cuales está acoplado electromagnéticamente a un circuito resonante receptor. Al producirse una interrogación mediante un impulso a la frecuencia de recepción, la etiqueta radia una señal electromagnética detectable que tiene componentes 60
de frecuencia que se corresponden con las frecuencias resonantes de los circuitos resonantes.
Por consiguiente, la presente invención es capaz de reducir la tasa de falsas alarmas en aplicaciones de EAS sin la necesidad de etiquetas separadas con frecuencias distintas que se colocan en un artículo; y además, es capaz de proporcionar información almacenada sobre la etiqueta en aplicaciones de RFID. Además, la etiqueta del sistema según la invención tiene una estructura más compacta y resulta menos onerosa de fabricar que la etiqueta dada a conocer por 5 el documento WO 00/04519 A1.
El sumario anterior, así como la siguiente descripción detallada de formas de realización preferidas de la invención, se entenderá mejor cuando se lea conjuntamente con los dibujos adjuntos. Con el fin de ilustrar la invención, en los dibujos se muestran formas de realización preferidas actualmente. No obstante, debería entenderse que la invención no se limita a las disposiciones y funcionalidades precisas representadas. 10
En los dibujos:
la figura 1 es un diagrama de bloques esquemático de un sistema de detección e identificación por radiofrecuencia según una forma de realización preferida de la invención;
la figura 2 es un diagrama esquemático de un circuito eléctrico de una etiqueta resonante de doble frecuencia según una forma de realización preferida; 15
la figura 3 es una vista superior en planta de una etiqueta resonante de doble frecuencia que tiene un circuito eléctrico equivalente al diagrama esquemático del circuito eléctrico de la figura 2;
la figura 4 es una representación de la respuesta, en el dominio del tiempo, de un prototipo del circuito de la figura 2;
la figura 5 es una representación de la respuesta, en el dominio de la frecuencia, del prototipo del circuito de la 20 figura 2;
la figura 6 es un diagrama que ilustra las características de interrogación y respuesta del sistema de radiofrecuencia de la figura 1;
la figura 7 es un diagrama de flujo del funcionamiento del sistema de radiofrecuencia para detectar la presencia de un artículo; y 25
la figura 8 es un diagrama de flujo del funcionamiento del sistema de radiofrecuencia para determinar la presencia de información almacenada en una pluralidad de circuitos resonantes.
Haciendo referencia a los dibujos, en los que las mismas designaciones de referencias numéricas se aplican a elementos correspondientes durante todas las figuras, se muestra en la figura 1 un diagrama de bloques esquemático de una forma de realización preferida de un sistema de RF 10 para detectar un artículo y/o para identificar información 30 sobre el artículo, al cual se ha fijado una etiqueta que tiene características electromagnéticas específicas. Preferentemente, el sistema de RF 10 es de un tipo denominado sistema de impulsos-escucha, en el que, hacia una zona de detección e identificación, se radian impulsos de energía electromagnética de radiofrecuencia (RF) que tienen una anchura de impulso, una frecuencia de impulso y una frecuencia portadora predeterminadas. Tras la radiación de cada impulso hacia la zona de detección e identificación, el sistema de RF 10 sondea el campo electromagnético dentro 35 de la zona para determinar si en la zona de detección e identificación hay presente una etiqueta que tiene las características electromagnéticas específicas.
Preferentemente, el sistema de RF 10 incluye un transmisor 12 para radiar una primera señal electromagnética a una o más frecuencias principales predeterminadas. Preferentemente, el transmisor 12 incluye un amplificador RF de clase D, en contrafase, de un diseño convencional, que genera una señal modulada por amplitud de impulsos que tiene 40 una duración de los impulsos de aproximadamente cinco (5) microsegundos y que tiene una frecuencia portadora del orden de 13,5 MHz. No obstante, tal como apreciarán los expertos en la materia, la frecuencia portadora de la señal de salida del transmisor 12 no se limita a los 13,5 MHz. Según se contempla, dentro del alcance de la invención se situaría un transmisor que pueda funcionar a frecuencias portadoras de un valor tan bajo como 1,5 MHz y de un valor tan alto como 7.000 MHz. Además, la anchura de los impulsos de la señal modulada por amplitud de impulsos no se limita a 45 cinco (5) microsegundos. Tal como apreciarán los expertos en la materia, la anchura de los impulsos del transmisor 12 se seleccionaría para que se correspondiese con las características de la etiqueta específica usada en el sistema de RF 10, situándose dicha opción de diseño dentro del alcance de la invención.
La forma de realización preferida incluye también un sintetizador de frecuencias 52. Preferentemente, el sintetizador de frecuencias es un sintetizador de frecuencias digital similar al sintetizador de frecuencias digital descrito 50 en el documento US-A-6232878. El sintetizador de frecuencias 52 proporciona una primera señal de salida para excitar el transmisor 12 a la frecuencia principal. El sintetizador de frecuencias 52 proporciona además una segunda señal de salida para excitar una parte de mezclador convencional 40 de un receptor superheterodino 14. La frecuencia de la segunda señal de salida del sintetizador de frecuencias 52 puede ser la misma que la frecuencia principal o puede ser
diferente con respecto a esta última (es decir, una frecuencia secundaria) dependiendo del modo seleccionado de funcionamiento del sistema de RF 10, según se describe posteriormente.
El sistema de RF 10 incluye además una etiqueta de doble resonancia 20 para recibir una primera señal electromagnética del transmisor 12 y para generar una segunda señal electromagnética en respuesta a la recepción de la primera señal electromagnética. La segunda señal electromagnética comprende un componente de frecuencia que se 5 corresponde con la frecuencia principal de la primera señal electromagnética y también un segundo componente de frecuencia que se corresponde con una frecuencia secundaria predeterminada que es diferente de la frecuencia principal.
Haicendo referencia a continuación a la figura 2, se muestra una representación esquemática eléctrica de una etiqueta de doble frecuencia 20 de acuerdo con una primera forma de realización preferida de la presente invención. La 10 etiqueta de doble frecuencia 20 incluye cuatro componentes, a saber, un primer elemento inductivo o inductancia Lp, un segundo elemento inductivo o inductancia Ls, un primer elemento capacitivo o capacidad Cp y un segundo elemento capacitivo o capacidad Cs. Los inductores y condensadores mencionados anteriormente forman un primer circuito resonante que entra en resonancia a la frecuencia principal y un segundo circuito resonante que entra en resonancia a la frecuencia secundaria. Preferentemente, el primer y segundo circuitos resonantes están acoplados 15 electromagnéticamente. Si se desea, se pueden añadir elementos o componentes inductivos y/o capacitivos adicionales, tal como se muestra mediante las líneas de trazos en la figura 2, y los componentes Lk, Ln y Ck, Cn para formar circuitos resonantes adicionales que están acoplados electromagnéticamente al primer circuito resonante. Tal como se muestra en la figura 2, la segunda inductancia Ls está conectada en serie con la segunda capacidad Cs. La primera capacidad Cp está conectada en paralelo con la primera inductancia Lp. La red en serie (Ls y Cs) se conecta a 20 continuación a la red en paralelo (Lp y Cp). Preferentemente, los inductores Lp y Ls están acoplados magnéticamente entre sí con un coeficiente de acoplamiento K.
Los valores de las inductancias Lp, Ls, las capacidades Cp, Cs y el coeficiente de acoplamiento K se seleccionan de manera que la etiqueta de doble frecuencia 20, tal como está configurada en la figura 2, entre en resonancia simultáneamente a la primera y la segunda frecuencias de resonancia. 25
Preferentemente, la frecuencia de resonancia del primer circuito resonante se sitúa en una banda de frecuencias Industriales, Científicas y Médicas (ISM) según haya asignado la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU). Las bandas actuales asignadas para ISM incluyen bandas de frecuencias a 13, 27, 430-460, 902-916 y 2.350-2.450 MHz. Preferentemente, la frecuencia de resonancia del segundo circuito resonante se sitúa dentro de una banda de frecuencias asignada a sistemas de EAS, que incluyen actualmente de forma aproximada 1,95, 30 3,25, 4,75 y 8,2 MHz. En la forma de realización preferida, la frecuencia de resonancia del primer circuito resonante se sitúa en aproximadamente 13,56 MHz, y la frecuencia de resonancia del segundo circuito resonante se sitúa en aproximadamente 8,2 MHz. Los métodos para seleccionar los valores de las inductancias y las capacidades con el fin de cumplir los requisitos de frecuencia de la etiqueta de doble frecuencia 20 son bien conocidos para los expertos ordinarios en la materia y no es necesario describirlos en el presente documento para entender de forma detallada la 35 presente invención. Las capacidades pueden estar concentradas o distribuidas dentro de las inductancias, tal como se describirá posteriormente en la presente memoria.
La figura 3 es una vista superior en planta de la etiqueta de doble frecuencia 20 de acuerdo con el circuito eléctrico mostrado en la figura 2. La etiqueta de doble frecuencia 20 está compuesta por un sustrato dieléctrico sustancial plano 22 que tiene una primera superficie o cara principal 24 y una segunda superficie o cara principal 40 opuesta 26. El sustrato 22 se puede construir con cualquier material sólido o estructura compuesta u otros materiales siempre que el sustrato sea aislante, relativamente delgado y se pueda usar como dieléctrico. Preferentemente, el sustrato 22 se forma con un material dieléctrico aislado, por ejemplo, un material polimérico tal como polietileno. No obstante, los expertos en la materia reconocerán que, en la formación del sustrato 22, se pueden utilizar alternativamente otros materiales dieléctricos. Tal como se ilustra en la figura 3, el sustrato 22 es transparente. No 45 obstante, la transparencia no es una característica necesaria del sustrato 22.
Los componentes del circuito de la etiqueta 20 según se ha descrito anteriormente se forman en ambas superficies o caras principales 24, 26 del sustrato 22 conformando una configuración con un material conductor. Es decir, en la primera cara 24 del sustrato 22, que se ilustra arbitrariamente en la figura 3 como la cara inferior o posterior de la etiqueta 20, se forma una primera configuración conductora 28 (representada con el color más claro de la figura 3). 50 En la segunda cara 26 del sustrato 22, se forma una segunda configuración conductora 60 (representada con el color más oscuro en la figura 3). Las configuraciones conductoras 28, 60 se pueden formar sobre las superficies de sustrato 24, 26, respectivamente con materiales eléctricamente conductores de un tipo conocido y de una manera que es bien conocida para los en la técnica de la vigilancia electrónica de artículos. Preferentemente, la configuración del material conductor se conforma mediante un proceso sustractivo (es decir, grabado) con el cual, mediante ataque químico, el 55 material no deseado se elimina después de que el material deseado haya sido protegido, típicamente con una tinta impresa resistente al grabado. En la forma de realización preferida, el material conductor es aluminio. No obstante, el aluminio se puede sustituir por otros materiales conductores (por ejemplo, oro, níquel, cobre, bronces, latón, grafito de alta densidad, epoxis conductores cargados con plata o similares) sin cambiar la naturaleza de la etiqueta 20 ó su funcionamiento. De modo similar, se pueden utilizar otros métodos (troquelado o similares) para formar las 60 configuraciones conductoras 28, 60 en el sustrato 22. La etiqueta 20 se puede fabricar mediante un proceso del tipo
descrito en el documento US-A-3.913.219. No obstante, si se desea se pueden usar otros procesos de fabricación.
Tal como se ha mencionado anteriormente, la primera y segunda configuraciones conductoras 28, 60 forman conjuntamente el circuito resonante según se ha descrito anteriormente. En la forma de realización según se muestra en la figura 3, ambas inductancias o elementos inductivos Lp y Ls se proporcionan respectivamente en forma de bobinas conductoras 62, 64, formando parte, ambas, de la primera configuración conductora 28. Por consiguiente, ambas 5 inductancias Lp y Ls se sitúan en la primera cara 24 del sustrato 22. Preferentemente, las dos bobinas conductoras 62, 64 se enrollan en la misma dirección, tal como se muestra, para proporcionar una cantidad especificada de acoplamiento inductivo entre ellas. Adicionalmente, las primeras placas 66, 68 de cada uno de los elementos capacitivos o capacidades Cp y Cs se forman como parte de la primera configuración conductora 28 en la primera cara 24 del sustrato 22. Finalmente, las segundas placas 70, 72 de cada una de las capacidades Cp y Cs se forman como parte de 10 la segunda configuración conductora 60 y se sitúan en la segunda cara 26 del sustrato 22. Preferentemente, una conexión eléctrica directa se extiende a través del sustrato 22 para conectar eléctricamente la primera configuración conductora 28 a la segunda configuración conductora 60 con el fin de mantener continuamente, de este modo, ambas caras del sustrato 22 sustancialmente con el mismo nivel de carga estática. Haciendo referencia a la figura 3, la primera configuración conductora 28 incluye una plataforma en general cuadrada 74 en el extremo más interior de la porción de 15 bobina 62, que forma la primera inductancia Lp. De manera similar, una plataforma en general cuadrada 78 se forma como parte de la segunda configuración conductora 60 y se conecta, por medio de una vigueta conductora 80, a la porción de la segunda configuración conductora 60 que forma la segunda placa 70 de la primera capacidad Cp. Tal como se muestra en la figura 3, las plataformas conductoras 74, 78 están alineadas entre sí. La conexión eléctrica directa se realiza mediante una conexión de soldadura pasante (no representada), que se extiende entre la plataforma 20 conductora 74 de la primera configuración conductora 28 y la plataforma conductora 78 de la segunda configuración conductora 60. Preferentemente, la conexión eléctrica directa entre las plataformas 74, 78 se forma mediante una soldadura según una manera que es bien conocida para los expertos ordinarios en la técnica de EAS.
Haciendo referencia a continuación a la figura 4, se muestra una representación de la respuesta transitoria de un prototipo de la forma de realización preferida de la etiqueta de doble frecuencia 20 después de ser radiada con un 25 campo electromagnético pulsado que tiene una anchura de impulso de cinco (5) microsegundos y una frecuencia portadora de 13,56 MHz. El prototipo se diseñó para presentar simultáneamente una resonancia tanto a 13,56 MHz como a 8,2 MHz. El prototipo de la etiqueta se situó en el centro de una antena de bucle rectangular fabricada a partir de cinta de cobre de una (1) pulgada y se radió aplicando una señal de radiofrecuencia (RF) a la antena. Se usó una sonda conectada a un osciloscopio para medir el campo electromagnético residual (de decaimiento) en las proximidades del 30 prototipo de la etiqueta cuando se desconectaba la señal transmitida. La figura 4 muestra claramente la presencia de por lo menos dos componentes de frecuencia en la señal de decaimiento en el dominio del tiempo. La señal en el dominio del tiempo representada en la figura 4 se transformó subsiguientemente al dominio de la frecuencia actuando sobre los datos de la señal con una transformada rápida de Fourier (FFT). En la figura 5, se muestra el resultado de aplicar la FFT a los datos de la figura 4, presentándose en la primera picos evidentes en el espectro de la frecuencia a 35 aproximadamente 13,56 MHz y a aproximadamente 8,2 MHz.
La forma de realización preferida del sistema de RF 10 incluye además un receptor superheterodino 14 de diseño convencional para recibir la segunda señal electromagnética de una antena 30 a través de un conmutador de antena 50 y un filtro pasabanda 32, y para convertir la señal RF recibida en una señal de banda base. El receptor comprende un amplificador de RF 36, un filtro pasabanda 38, el mezclador 40, un filtro pasobajo 42 y un conversor 40 analógico-a-digital 44. El amplificador de RF 36 y el filtro pasabanda 38 tienen un ancho de banda para cubrir el intervalo de las señales que se desea detectar. En la forma de realización preferida, el amplificador de RF 36 y el filtro pasabanda tienen un ancho de banda que se extiende desde aproximadamente 5,0 MHz hasta aproximadamente 15,0 MHz. La característica pasabanda del amplificador de RF 36 y el filtro pasabanda 38 podría ser una característica pasabanda individual sustancialmente plana, una característica de múltiples bandas de paso, o se podría sintonizar con una 45 pluralidad de anchos de banda más estrechos dependiendo de las necesidades del diseño.
Preferentemente, la salida del filtro pasabanda 38 está conectada al mezclador 40. El mezclador 40 recibe la señal de salida del filtro pasabanda 38 y la segunda señal de salida del sintetizador de frecuencias 52 y convierte la frecuencia de la señal de salida del filtro pasabanda 38 en una señal de banda base multiplicando entre sí la señal de salida del filtro pasabanda 38 y la segunda señal de salida del sintetizador de frecuencias 52. La salida del mezclador 40 50 se filtra por medio del filtro pasobajo 42 antes de aplicar la señal de banda base al conversor analógico-a-digital 44. El conversor analógico-a-digital 44 convierte la señal de banda base analógica en una señal digital compatible con una entrada a un ordenador 46. Tal como apreciarán los expertos en la materia, el receptor 14 no se limita a la aceptación de una señal de entrada que se extienda desde aproximadamente 5,0 MHz hasta aproximadamente 15,0 MHz. Según se contempla, dentro del alcance de la invención se sitúa un receptor capaz de recibir frecuencias de un valor tan bajo 55 como 1,5 MHz y de un valor tan alto como 7.000 MHz.
El sistema de RF incluye además una antena 30 para radiar la primera señal electromagnética y para proporcionar la segunda señal electromagnética recibida desde la etiqueta 20 hacia el receptor 14. Preferentemente, la antena es una antena de bucle que proporciona una zona de detección e identificación en el campo cercano próximo a la antena 30 y en general prevé la cancelación del campo electromagnético en el campo lejano. Una antena adecuada 60 es la que se da a conocer en el documento US-A-5602556. No obstante, se podrían usar otros tipos de antenas. La antena 30 está conectada al transmisor 12 mediante el conmutador de antena 50 cuando el transmisor 12 está
transmitiendo la primera señal electromagnética, es decir, durante el “periodo de impulsos”, y está conectada al receptor 14 cuando se desea recibir la segunda señal electromagnética, es decir, durante el periodo de “escucha”.
La forma de realización preferida del sistema de RF 10 incluye además un ordenador 46 conectado a una salida del receptor 14. El ordenador 46 procesa la segunda señal electromagnética recibida y genera una señal de salida cuando una firma de la segunda señal electromagnética recibida cumple un criterio predeterminado. Tal como se 5 describe posteriormente, los criterios para generar la señal de salida pueden incluir la detección de solamente la frecuencia secundaria o pueden incluir la detección tanto de la frecuencia principal como de la frecuencia secundaria. Dicho procesado para detectar la presencia de etiquetas resonantes es ampliamente conocido por los expertos en la materia y, por motivos de brevedad, no se describe de forma adicional en el presente documento. El ordenador 46 proporciona además la temporización y el control globales para el sistema de RF 10. Preferentemente, el ordenador 46 10 comprende un chip de ordenador procesador de señal digital, disponible comercialmente, seleccionado de una familia tal como la TMS320C54X, disponible en Texas Instruments Corporation, una memoria de acceso aleatorio (RAM) volátil y una memoria de solo lectura (ROM) no volátil. Un código de software, ejecutable por ordenador, almacenado en la ROM y que se ejecuta en el chip de ordenador y en la RAM, controla el sistema de RF 10 proporcionando señales de control a través de cables de control 34 para controlar la frecuencia del sintetizador de frecuencias 52, la anchura de impulso de 15 la señal de salida del transmisor 12 y la posición del conmutador de antena 50.
Haciendo referencia a continuación a las figuras 6 y 7, se muestran un diagrama de temporización y un diagrama de flujo adjunto de un proceso 100 que ilustra el funcionamiento del sistema de RF 10 para detectar una etiqueta resonante 20 que tiene dos circuitos resonantes acoplados electromagnéticamente, de acuerdo con la forma de realización preferida. En los instantes de tiempo t0 a t1 (etapa 102), el ordenador 46 controla el sintetizador de 20 frecuencias 52 para generar una señal a la frecuencia principal, controla el conmutador de antena 50 para conectar el transmisor 12 a la antena 30 y activa el transmisor 12 para generar un impulso de energía RF con el fin de formar la primera señal electromagnética a la frecuencia principal predeterminada. Desde los instantes de tiempo t2 a t3 (etapa 104), el ordenador 46 controla el conmutador de antena 50 para conectar la antena 30 al receptor 14, preparando de este modo el receptor 14 para recibir la segunda señal electromagnética a la frecuencia principal. La segunda señal 25 electromagnética recibida por el receptor 14 a la frecuencia principal es procesada por el ordenador 46 (etapa 106) para determinar si la señal cumple unos criterios predeterminados que caracterizan la señal de decaimiento de la etiqueta resonante 20 a la frecuencia principal, almacenándose dichos criterios en el ordenador 46. Si la señal recibida cumple los criterios almacenados para la señal de decaimiento, el ordenador 46 retransmite la primera señal electromagnética a la frecuencia principal en los instantes de tiempo t4 a t5 (etapa 108). Si la señal de decaimiento no cumple los criterios 30 predeterminados, se repite la etapa 102. En los instantes de tiempo t6 a t7 (etapa 110), el ordenador 46 controla el sintetizador de frecuencias 52 para generar una señal a la frecuencia secundaria predeterminada y controla el conmutador de antena 50 para conectar el receptor 14 a la antena 30 con el fin de preparar el receptor para recibir la segunda señal electromagnética a la frecuencia secundaria. La segunda señal electromagnética recibida por el receptor 14 a la frecuencia secundaria es procesada por el ordenador 46 (etapa 112) para determinar si la señal cumple unos 35 criterios predeterminados, almacenados también en el ordenador 46, que caracterizan la señal de decaimiento de la etiqueta resonante 20 a la frecuencia secundaria. Si la señal recibida cumple los criterios almacenados para la señal de decaimiento a la frecuencia secundaria, el ordenador 46 genera una alarma que indica la presencia de una etiqueta resonante 20 dentro de la zona de detección (etapa 114). Si la señal de decaimiento no cumple los criterios predeterminados, el proceso de detección de la etiqueta resonante 20 vuelve a la etapa 102. 40
Tal como apreciarán los expertos en la materia, la detección de las señales de decaimiento de la etiqueta resonante 20 tanto a la frecuencia principal como a la frecuencia secundaria reduce sustancialmente la tasa de falsas alarmas para un sistema de EAS que funcione en un entorno de interferencias. No obstante tal como apreciarán adicionalmente los expertos en la materia, no es necesario detectar secuencialmente los componentes de frecuencia principal y de frecuencia secundaria de la segunda señal electromagnética, según se describe en la forma de realización 45 preferida. Las frecuencias principal y secundaria también se podrían detectar de manera simultánea sobre la base de una transmisión individual de la frecuencia principal. Además, es posible la detección de la etiqueta resonante 20 detectando únicamente la frecuencia principal o únicamente la frecuencia secundaria sola, y la misma se sitúa dentro del alcance de la invención.
En la práctica, las frecuencias de resonancia de los circuitos resonantes que comprenden la etiqueta resonante 50 20 presentan tolerancias de fabricación que pueden dar como resultado que las frecuencias correspondientes a las frecuencias de decaimiento se desvíen con respecto a las frecuencias principal y secundaria predeterminadas de manera suficiente como para deteriorar la detección de la etiqueta resonante 20. Preferentemente, el primer circuito resonante de la etiqueta resonante 20 se ajusta mediante un láser u otros medios de manera que la frecuencia de resonancia del primer circuito resonante se sitúe aceptablemente cerca de la frecuencia principal predeterminada. En 55 este caso, se puede estrechar el ancho de banda del receptor para detectar la frecuencia principal y el mismo se puede ensanchar para detectar la frecuencia secundaria con el fin de tener en cuenta las tolerancias del segundo circuito resonante a la frecuencia secundaria. Alternativamente, el segundo circuito resonante también se puede ajustar de manera que se aproxime a la frecuencia secundaria predeterminada.
En los casos en los que el primer y/o el segundo circuito resonante de la etiqueta resonante 20 presentan una 60 incertidumbre de la frecuencia de resonancia que es desventajosamente elevada en comparación con el ancho de banda de RF máximo aceptable del receptor 14, son viables las siguientes alternativas:
a. Explorar la frecuencia de la primera señal electromagnética a través del intervalo de incertidumbre del primer circuito resonante, tal como se realiza comúnmente para los sistemas de EAS de tipo impulsos-escucha; cuando se indica una detección a la frecuencia principal, volver a transmitir la primera señal electromagnética a la frecuencia principal indicada y detectar la segunda señal electromagnética a la frecuencia secundaria: (1) utilizando un ancho de banda de RF en el receptor 14 que abarque el intervalo de incertidumbre del segundo circuito resonante, (2) usando un 5 banco paralelo de filtros, tal como el proporcionado por una FFT para abarcar el intervalo de incertidumbre del segundo circuito resonante, o (3) volviendo a transmitir continuamente la frecuencia principal y explorando el intervalo de incertidumbre del segundo circuito resonante.
b. Explorar la frecuencia de la primera señal electromagnética a través del intervalo de incertidumbre del primer circuito resonante; para cada transmisión de la frecuencia principal: detectar la segunda señal electromagnética a la 10 frecuencia secundaria: (1) utilizando un ancho de banda de RF en el receptor 14 que abarque el intervalo de incertidumbre del segundo circuito resonante, (2) usando un banco paralelo de filtros, tal como el proporcionado mediante una FFT para abarcar el intervalo de incertidumbre del segundo circuito resonante, o (3) volviendo a transmitir continuamente la frecuencia principal y explorando el intervalo de incertidumbre del segundo circuito resonante.
La presente invención no se limita meramente a detectar la presencia de una etiqueta resonante 20 en una 15 zona de detección detectando el decaimiento de uno o dos circuitos resonantes, como función de vigilancia EAS. La presente invención incluye también dentro de su alcance una capacidad de identificación por radiofrecuencia (RFID) que utiliza una única etiqueta que tiene dos o más circuitos resonantes, (véase la figura 2), estando diseñado cada circuito resonante para presentar una resonancia a una frecuencia diferente. Una etiqueta de este tipo tendría un único primer circuito resonante que presenta resonancia a una frecuencia principal y una pluralidad de segundos circuitos resonantes, 20 presentando resonancia cada una de dichos segundos circuitos resonantes a una frecuencia diferente y estando acoplado electromagnéticamente cada uno de dichos segundos circuitos resonantes al primer circuito resonante. Por ejemplo, la etiqueta resonante 20 podría incluir un primer circuito resonante a la frecuencia principal y cuatro segundos circuitos resonantes diferentes, que presente resonancia cada uno de ellos a una frecuencia de resonancia diferente dentro del alcance de detección de los equipos asociados. Mediante la identificación de las frecuencias particulares a las 25 que presentan resonancia los diversos circuitos resonantes de la etiqueta, es posible obtener información de identificación a partir de la etiqueta.
En la forma de realización actualmente preferida, el intervalo preferido de las frecuencias de detección se extiende desde aproximadamente 10 MHz hasta aproximadamente 30 MHz. No obstante, se podría usar cualquier otro intervalo de frecuencias. Usando equipos de fabricación del estado de la técnica, es posible producir, en cantidades 30 comerciales, una etiqueta económica de identificación por radiofrecuencia que tiene en la misma dos o más circuitos resonantes con el fin de establecer una firma única, siendo controlable la frecuencia de resonancia de cada circuito resonante de manera que el circuito resonante presente resonancia a una frecuencia predeterminada con una precisión de más o menos 200 kHz. De esta manera, dentro del intervalo de frecuencias de detección comprendido entre 10 y 30 MHz, es posible disponer de hasta 50 circuitos resonantes, cada uno de los cuales entra en resonancia a una frecuencia 35 diferente sin solaparse o interferir entre ellos. De este modo, suponiendo una etiqueta con cuarto circuitos resonantes independientes, el primer circuito resonante podría entrar en resonancia a una primera frecuencia seleccionada dentro del intervalo de frecuencias de detección, por ejemplo, 14,4 MHz, dejando 49 frecuencias disponibles dentro del intervalo de frecuencias de detección para los otros tres circuitos resonantes de la etiqueta. A continuación, la segunda frecuencia de resonancia se podría seleccionar para entrar en resonancia a una segunda frecuencia, dentro del intervalo 40 de frecuencias de detección, por ejemplo, 15,6 MHz, dejando 48 posibles frecuencias para los otros dos circuitos resonantes de la etiqueta. La tercera frecuencia de resonancia se podría seleccionar y la etiqueta se podría fabricar para entrar en resonancia a una tercera frecuencia, por ejemplo, 20 MHz, dejando 47 posibles frecuencias para la cuarta frecuencia de resonancia. A continuación, se podría seleccionar la cuarta frecuencia de resonancia, y la etiqueta se podría fabricar para entrar en resonancia a una cuarta frecuencia, por ejemplo, 19,2 MHz. A continuación, a una etiqueta 45 que presente cuatro frecuencias de resonancia específicamente identificadas y una única firma, cuando la misma es interrogada, se le podría asignar un número de identificación particular. Debido al número de frecuencias potenciales dentro del intervalo de frecuencias de detección, una etiqueta que tenga sobre ella cuatro circuitos resonantes, cada uno con una frecuencia diferente, es capaz de tener aproximadamente 5,2 millones de combinaciones o aproximadamente 22 bits de datos. 50
La figura 8 es un diagrama de flujo de un proceso preferido 200 para usar el sistema de RF 10, tal como se muestra en la figura 1, para identificar las frecuencias de resonancia de la etiqueta de RFID interrogando a la etiqueta a la frecuencia principal de la etiqueta de RFID y detectando la presencia o ausencia de una firma de decaimiento predeterminada a cada una de N frecuencias de resonancia secundarias. En la etapa 202, el ordenador 46 controla el sintetizador de frecuencias 52 para generar una señal a la frecuencia principal, controla el conmutador de antena 50 55 para conectar el transmisor 12 a la antena 30 y activa el transmisor 12 para generar un impulso de energía de RF con el fin de formar la primera señal electromagnética a la frecuencia principal predeterminada. En la etapa 204, el ordenador 46 controla el conmutador de antena 50 para conectar la antena 30 al receptor 14, preparando de este modo el receptor 14 para recibir la segunda señal electromagnética a la frecuencia principal. La segunda señal electromagnética recibida por el receptor 14 a la frecuencia principal es procesada por el ordenador 46 (etapa 206) para determinar si la señal 60 cumple unos criterios predeterminados que caracterizan la señal de decaimiento de la etiqueta resonante 20 a la frecuencia principal, almacenándose dichos criterios en el ordenador 46. Si la señal recibida cumple los criterios
almacenados para la señal de decaimiento, el ordenador 46 fija un contador al número entero “uno” (etapa 208) y vuelve a transmitir la primera señal electromagnética a la frecuencia principal (etapa 210). En la etapa 212, el ordenador 46 controla el sintetizador de frecuencias 52 para generar una señal a la frecuencia secundaria predeterminada Késima y controla el conmutador de antena 50 para conectar el receptor 14 a la antena 30 con el fin de preparar el receptor para recibir la segunda señal electromagnética a la frecuencia secundaria Késima. Se procesa la segunda señal 5 electromagnética recibida por el receptor 14 a la frecuencia secundaria para determinar si la señal cumple los criterios predeterminados de firma de decaimiento, y el ordenador 46 almacena un resultado del procesado (etapa 214). En la etapa 216, el valor actual del contador se compara con el número “N” que representa el número de frecuencias secundarias a recibir. Si el valor K del contador es menor que N, se continúa con el proceso 200 en la etapa 210. Si el valor K del contador es igual a N, se completa el proceso 200 informando sobre qué frecuencia secundarias se 10 recibieron que presentaban la firma de decaimiento predeterminada (etapa 218), y, en la etapa 202, se inicia nuevamente el proceso de RFID 200.
En resumen, la presente invención proporciona un sistema y un método para interrogar a una etiqueta resonante a una única frecuencia (principal) y para recibir información almacenada en la etiqueta mediante uno o más circuitos resonantes que entran en resonancia a frecuencias diferentes a la frecuencia principal. Por consiguiente, la 15 presente invención proporciona unos medios para reducir la tasa de falsas alarmas de un sistema de EAS y unos medios para interrogar a una etiqueta de RFID con el fin de recibir información almacenada en la etiqueta radiando energía electromagnética solamente a la frecuencia única (principal).
Los expertos en la materia apreciarán que se podrían realizar cambios en las formas de realización descritas anteriormente sin apartarse, por ello, del amplio concepto inventivo de la misma. Se entiende, por lo tanto, que la 20 presente invención no se limita a las formas de realización particulares dadas a conocer, sino que está destinada a abarcar modificaciones dentro del alcance de la presente invención según definen las reivindicaciones adjuntas
Claims (6)
- REIVINDICACIONES1. Sistema (10) para detectar la presencia de un artículo, que comprende:un transmisor (12) para radiar una primera señal electromagnética que comprende una frecuencia principal;una etiqueta resonante (20) que incluye un primer circuito resonante para entrar en resonancia a la frecuencia principal y por lo menos un segundo circuito resonante para entrar en resonancia a una frecuencia secundaria 5 predeterminada diferente de la frecuencia principal, estando afianzada la etiqueta (20) al artículo para generar una segunda señal electromagnética en respuesta a la recepción de la primera señal electromagnética, situándose la segunda señal electromagnética a la frecuencia principal y por lo menos la frecuencia secundaria de dicho por lo menos un segundo circuito resonante; yun receptor (14) para recibir la segunda señal electromagnética; 10estando adaptado el transmisor (12) para radiar la primera señal electromagnética a la frecuencia principal predeterminada;estando acoplado electromagnéticamente el o cada segundo circuito resonante al primer circuito resonante;un ordenador (46) que está conectado a una salida del receptor (14), procesando dicho ordenador (46) la segunda señal electromagnética recibida y generando una señal de salida cuando la o cada frecuencia secundaria es 15 detectada en la segunda señal electromagnética;comprendiendo la etiqueta (20)un sustrato dieléctrico sustancialmente plano (22) que presenta una primera y segunda configuraciones conductoras (28, 60) en una primera y segunda superficies principales opuestas (24, 26) del mismo para formar el primer y segundo circuitos resonantes; 20incluyendo el primer circuito resonante un primer inductor (Lp) situado en la primera superficie principal (24) del sustrato (22);comprendiendo el o cada segundo circuito resonante otro inductor (Ls, Lk, Ln); yformando parte, cada uno de entre el primer y los otros inductores, de la primera configuración conductora (28) y estando situado en la primera superficie principal (24) del sustrato (22). 25
- 2. Sistema según la reivindicación 1, en el que la primera señal electromagnética está modulada por amplitud de impulsos.
- 3. Sistema según la reivindicación 1, en el que el receptor (14) detecta también la frecuencia principal y genera una señal de salida únicamente cuando se detectan tanto la frecuencia principal como la o cada frecuencia secundaria.
- 4. Sistema según la reivindicación 1, en el que el receptor (14) se sintoniza sucesivamente con la frecuencia 30 principal y con la o cada frecuencia secundaria.
- 5. Sistema según la reivindicación 1, en el que las frecuencias principal y secundaria no están relacionadas armónicamente entre sí.
- 6. Sistema según la reivindicación 1, en el que la etiqueta (20) es de un tipo pasivo que incluye únicamente elementos inductivos y capacitivos. 35
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US20239100P | 2000-05-08 | 2000-05-08 | |
| US202391P | 2000-05-08 |
Publications (1)
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