ES2909130T3 - Etiqueta RFID para entornos hostiles acoplada inductivamente en bucle doble - Google Patents

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Abstract

Una etiqueta RFID (1) para su uso en entornos hostiles que comprende una antena UHF-SHF (2) hecha de un hilo textil electroconductor continuo, aislado eléctricamente, bordado sobre un sustrato textil (4), un transpondedor RFID encapsulado (3), y dicho sustrato textil (4) en el que se encuentra el transpondedor RFID encapsulado (3) y la antena UHF-SHF (2), caracterizada porque la antena UHF-SHF (2) tiene una zona central en la que el hilo electroconductor forma un bucle central doble (5) que se acopla inductivamente con el transpondedor RFID encapsulado (3), al formar el bucle central doble (5), el hilo textil electroconductor continuo se cruza en dos puntos de cruce (A, B) sin tener contacto eléctrico.

Description

DESCRIPCIÓN
Etiqueta RFID para entornos hostiles acoplada inductivamente en bucle doble
Descripción
Un sistema de identificación por radiofrecuencia mínima (RFID) consta de un lector interrogador conectado a una PC y una población de etiquetas unidas a los productos que identifican de manera única. Un software de aplicación maneja la información RFID para rastrear e inventariar estos productos. Se usan las etiquetas RFID pasivas que operan en el rango de frecuencia UHF (860-960MHz) o SHF (2,45 GHz).
Los objetos identificados mediante etiquetas RFID y destinados a su uso en entornos hostiles deberán cumplir los siguientes requisitos:
- inmersión repetida en el medio acuático
- exposición a altas temperaturas de hasta 200 °C, más de 20 minutos
- variaciones de alta temperatura -(8 °C/90 °C),
- químicos corrosivos
- presiones mecánicas de 40-60 bar,
- esfuerzos mecánicos repetidos (flexión, prensado, etc.)
- número de ciclos de uso superior a 300
Desde un punto de vista histórico, para las aplicaciones RFID, primero se usaron etiquetas RFID pasivas que operaban en el dominio HF (13,65 MHz). Constructivamente, estaban formadas por un circuito integrado conectado galvánicamente a una bobina multiespiral. El rango de lectura era inferior a un metro y la velocidad de lectura era de aproximadamente una etiqueta por segundo. Con la introducción de etiquetas RFID pasivas que operan en el rango UHF y con el desarrollo de protocolos de comunicación, el rendimiento ha aumentado espectacularmente a altas velocidades de lectura (10 etiquetas RFID/seg) y rangos de lectura de hasta 7 m.
Para las aplicaciones de seguimiento de textiles, se ha adoptado ampliamente el diseño de una etiqueta RFID compuesta por un transpondedor encapsulado, protegido así por el entorno hostil de las lavanderías industriales, y una antena UHF hecha de alambre metálico. El transpondedor encapsulado contiene un circuito integrado y una antena de campo cercano mediante la cual se acopla inductivamente a un segmento de la antena UHF.
Esta categoría incluye las etiquetas RFID UHF, objeto de las patentes EP 2405054 A1, DE 102007026720 A1, US 20090079574A1.
Pero incluso este diseño tiene sus límites. La encapsulación se logra al proteger los contactos entre los pines del circuito integrado (IC) y los terminales de la antena de campo cercano, pero en la antena UHF existen discrepancias importantes con relación a las características mecánicas y térmicas del sustrato textil con relación a los conductores metálicos de la antena UHF.
Aquí hay una breve lista de problemas con el uso de estas etiquetas en lavanderías industriales:
- aflojar las costuras y romper la tela, a la que se une la etiqueta RFID,
- el alambre metálico del que se hace la antena UHF se oxida en contacto con el agua y los químicos oxidantes usados en el proceso de lavado, mancha la tela y compromete su apariencia. También debido a la oxidación se ven afectados los parámetros eléctricos del material de la antena, e implícitamente sus prestaciones electromagnéticas,
- el material de alambre metálico del que se hace la antena almacena mucha más energía térmica que el soporte textil, esta diferencia provoca la penetración/perforación del material textil por el alambre metálico de la antena que sobresale del mismo,
- debido a la rigidez del alambre metálico, toda la etiqueta es poco flexible en comparación con el material textil del que se hace el artículo a identificar. La baja flexibilidad crea líneas de ruptura en la línea de la etiqueta RFID.
Estas conducen al desprendimiento del transpondedor RFID encapsulado 3 y, en consecuencia, a la pérdida de la identidad de los objetos textiles que se están monitoreando, a los problemas de apariencia del artículo textil, pero especialmente a los problemas para los clientes, respectivamente su daño al uso de artículos textiles (toallas, almohadas, sábanas) que fueron penetrados por los alambres metálicos.
Al mismo tiempo, las etiquetas UHF actuales tienen dimensiones considerables que las hacen inapropiadas, antiestéticas para identificar artículos pequeños (manteles).
El documento WO 2017060652 A1 describe una etiqueta RFID para su uso en entornos hostiles que comprende una antena hecha de un hilo electroconductor, aislado eléctricamente, bordado sobre un sustrato textil, un transpondedor RFID y un sustrato de material textil sobre el que se colocan el transpondedor RFID y la antena, en donde la antena tiene una zona central formada por un bucle por el que se acopla inductivamente con el transpondedor.
Los documentos US 20090795574 A1 y DE 102013102051 A1 ambos describen una antena de doble bucle para acoplarse a un transpondedor RFID.
La etiqueta RFID pasiva ideal para la identificación de artículos textiles que se mantienen en lavanderías y tintorerías es:
- de rendimiento electromagnético (alta distancia de lectura),
- de pequeño tamaño,
- flexible y resistente a la flexión,
- resistente al estrés químico,
- resistente a un número de exposiciones superior al producto que identifica, más de 200 ciclos de lavado.
Por lo tanto, una etiqueta RFID con rendimiento electromagnético, resistente y discreta.
Las formas de acercarse a este prototipo ideal son:
- el uso de materiales encapsulantes para proteger eficazmente el circuito integrado y sus contactos con la antena de campo cercano a nivel del transpondedor,
- diseñar una geometría de antena UHF/SHF para darle propiedades electromagnéticas superiores y al mismo tiempo tener el tamaño más pequeño posible,
- uso de materiales eléctricamente conductores con parámetros mecánicos cercanos al textil, a la construcción de la antena UHF/SHF,
- los componentes de etiquetas que están en interacción directa tienen coeficientes de expansión térmica cercanos.
Las antenas UHF de las etiquetas RFID disponibles en el mercado se fabrican con alambre metálico aislado eléctricamente, unido a un soporte textil mediante costura o bordado. Tienen la forma serpenteante (documento EP 2405054 A1), o bucles cruzados (documento WO 2013128299 A1). Todos tienen las vulnerabilidades y limitaciones descritas en el párrafo [0006].
La presente invención supera los inconvenientes antes mencionados asociados con las soluciones de la técnica anterior al proporcionar una etiqueta que tiene las características mencionadas en la reivindicación independiente 1.
Otras características preferidas de la presente invención se exponen en las reivindicaciones dependientes adjuntas.
La presente invención propone para la antena UHF-SHF un hilo electroconductor fabricado con alambre metálico de acero inoxidable que resiste la acción de los agentes oxidantes. Al usar el alambre textil electroconductor para fabricar la antena UHF-SHf , debido a su flexibilidad, el hilo textil electroconductor permite realizar geometrías imposibles de conseguir con un alambre metálico aislado eléctricamente. Es posible fabricar curvas de radio muy pequeño sin crear esfuerzos mecánicos en la estructura de la etiqueta. Además la antena UHF-SHF fabricada en hilo textil electroconductor es muy discreta y no se siente, se integra de manera natural en el material textil del producto que identifica.
Otras características y ventajas de la presente invención resultarán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, dada en relación con los dibujos acompañantes, en los cuales:
- La Figura 1 muestra una vista esquemática de la etiqueta RFID de doble bucle de acuerdo con una primera modalidad de la invención;
- La Figura 2 muestra en detalle el bucle doble de acuerdo con la primera modalidad de la invención;
- La Figura 3 muestra una vista esquemática de la etiqueta RFID de doble bucle de acuerdo con una segunda modalidad de la invención;
La antena UHF-SHF 2 tiene una geometría particularmente innovadora caracterizada porque tiene en la región central un bucle doble 5 a través del cual se proporciona un acoplamiento inductivo eficiente con el transpondedor RFID encapsulado 3, con lo que se obtiene de esta manera una etiqueta RFID electromagnéticamente eficiente.
El bucle doble 5 también permite una etiqueta RFID pequeña, discreta y fácil de integrar incluso en artículos textiles de pequeño tamaño.
La antena RFID pasiva UHF-SHF puede fabricarse en dos variantes Figura 2 y Figura 3. En la primera modalidad, Figura 2, el hilo textil electroconductor está eléctricamente aislado y permite que el hilo se solape en ciertos puntos (A, B, C, D) sin contacto eléctrico. Para la segunda modalidad, Figura 3, la geometría de la antena UHF-SHF permite el uso de un hilo textil electroconductor no aislado. Ambas variantes están bordadas.
En la primera modalidad, Figura 2, el bucle doble 5 de la antena UHF 2 a través del cual se hace el acoplamiento inductivo con el transpondedor RFID encapsulado 3, ha creado una antena UHF con transferencia de energía eficiente e integridad de la información, con dimensiones de diseño sustancialmente reducidas. No hay contacto eléctrico en los puntos A, B, C y D.
En la segunda modalidad de la antena UHF-SHF, Figura 3, el dibujo del bordado se realiza de modo que el hilo textil electroconductor se borda de manera continua sin cruces en su trayectoria.
Después del bordado, al doblar sobre la línea de puntos y solapar los dos bucles P y Q, se formará un bucle doble (5). El bucle P tiene un diámetro menor que el bucle Q. Se observa que, después del doblado y el solapamiento, las corrientes en los dos bucles tienen la misma dirección, contribuyendo juntas a un acoplamiento inductivo eficiente. Antes de doblarse entre los dos bucles P y Q, el transpondedor encapsulado (3) se fijará con adhesivo en el bucle P. Después del plegado y el solapamiento el transpondedor encapsulado (3) se asegurará entre los dos bucles P y Q.
La presente invención es complementaria a la solicitud de patente rumana a 201600791 (publicada como RO 132616), que propuso un transpondedor RFID diseñado para operar en entornos agresivos. El transpondedor RFID se describió como diseñado para usarse de manera independiente para aplicaciones RFID cuyo rango de lectura es en centímetros y con una antena UHF-SHF para aplicaciones RFID cuyo rango de lectura es del orden de metros.
El diseño de esta etiqueta al empotrar en su estructura el transpondedor encapsulado 3, objeto de la solicitud de patente rumana a 2016 00791 (publicada como RO 132616), supera los problemas creados por las discrepancias dimensionales entre los pequeños circuitos integrados y las antenas, están conectados galvánicamente, lo que requiere el uso de tecnologías costosas (unión de cables) o inadecuadas para el entorno hostil de la lavandería industrial (unión con adhesivos conductores).
El diseño de la etiqueta busca una medida recta con relación a las dimensiones de los objetos que identifica y el tamaño de la etiqueta. No se cae en una excesiva miniaturización cuando no es
necesario.
Se propone un diseño máximo para el diseño máximo alcanzable con los componentes disponibles actualmente, manteniendo la medida.
- transpondedor con un número mínimo de contactos galvánicos, igual al número de pines activos del circuito integrado, contactos galvánicos robustos que usan un circuito integrado en paquete SOT323, soldados en la tecnología SMT barata y madura, en los terminales de la antena de campo cercano, encapsulados y por lo tanto protegidos del entorno hostil de la lavandería industrial,
- acoplamiento inductivo entre el transpondedor encapsulado (3) y la antena UHF-SHF (2),
- la homogeneidad de los componentes de la antena UHF-SHF (2) - sustrato textil y la antena, ambos de material textil,
- se redujo sustancialmente la longitud de la etiqueta mediante el uso del bucle doble de la antena UHF-SHF, - una etiqueta nacida y no hecha para el mundo textil por los materiales usados (hilo textil sobre sustrato textil), y los métodos de fabricación (bordado del hilo textil sobre el sustrato textil).
Referencias
Figure imgf000004_0001

Claims (3)

REIVINDICACIONES
1. Una etiqueta RFID (1) para su uso en entornos hostiles que comprende una antena UHF-SHF (2) hecha de un hilo textil electroconductor continuo, aislado eléctricamente, bordado sobre un sustrato textil (4), un transpondedor RFID encapsulado (3), y dicho sustrato textil (4) en el que se encuentra el transpondedor RFID encapsulado (3) y la antena UHF-SHF (2), caracterizada porque la antena UHF-SHF (2) tiene una zona central en la que el hilo electroconductor forma un bucle central doble (5) que se acopla inductivamente con el transpondedor RFID encapsulado (3), al formar el bucle central doble (5), el hilo textil electroconductor continuo se cruza en dos puntos de cruce (A, B) sin tener contacto eléctrico.
2. La etiqueta RFID (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la antena UHF-SHF (2) se hace de hilo textil electroconductor por bordado continuo, que parte de un extremo del hilo electroconductor al otro extremo del hilo electroconductor, y tiene bucles individuales en cada extremo, y el bucle central doble (5) que consta de un primer bucle con un diámetro más pequeño, seguido de un segundo bucle concéntrico con un diámetro mayor.
3. La etiqueta RFID (1) de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque el hilo electroconductor se cruza en cada uno de los bucles individuales en un punto de cruce (C, D) sin tener contacto eléctrico.
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