MX2014010657A - Dispositivo de localizacion para evaluar la distancia entre una etiqueta rfid y una interfaz. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo (7) para evaluar la distancia de una etiqueta RFID desde una interfaz entre dos ambientes, incluyendo: una antena (13); un dispositivo (147) para medir la distancia entre la antena (13) del dispositivo (7) y la interfaz; un circuito de suministro de potencia (142, 143) configurado para suministrar la energía a la antena (13) de manera que la antena genera un campo electromagnético con diferentes valores de amplitud secuencial; un dispositivo (1) para detectar una respuesta de la etiqueta; un circuito de procesamiento (144) configurado para: determinar varios pares que incluyen, cada uno: una distancia medida entre la antena (13) y la interfaz; y un valor mínimo de campo electromagnético generado en la antena para la cual la etiqueta es detectada a esta distancia; y evaluar la distancia entre la etiqueta y la interfaz dependiendo de los pares determinados.

Description

DISPOSITIVO DE LOCALIZACION PARA EVALUAR IA DISTANCIA ENTRE UNA ETIQUETA RFID Y UNA INTERFAZ CAMPO DE LA INVENCION La invención se refiere a la ubicación de objetos enterrados, sumergidos o inaccesibles, y en particular a la ubicación de objetos mediante la activación de etiquetas de tipo RFID unidas a los objetos. De esta manera, la invención resulta ser particularmente más conveniente para la localización de tuberías de plástico.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION La localización de objetos enterrados o sumergidos con frecuencia resulta engañosa para personas situadas en la superficie. Dicha ubicación resulta ser necesaria en particular con una vista a llevar a cabo trabajos, ya sea para tener acceso a tuberías de agua o tuberías de gas, o para evitar dañarlas, o para actualizar los planes de la red. La localización basada únicamente en planos hechos cuando se colocaron las tuberías por lo general resulta ser inutilizable tomando en cuenta la falta de conflabilidad de los planos, en consideración de la pérdida de estos planos, o en consideración de un desplazamiento no controlado de las tuberías (por ejemplo, posterior a movimientos de terreno o trabajos de la tierra).

En consideración de la ausencia del acceso directo a dichas tuberías, un cierto número de procedimientos han sido afinados para facilitar su localización efectiva desde la superficie. Un procedimiento de localización conocido consiste en particular en la fijación de etiquetas RFID a tuberías en sitios estratégicos por anticipado, y después en la posterior localización de estas etiquetas desde la superficie utilizando un lector asociado con estas etiquetas.

Al determinar la posición horizontal y la profundidad de las diversas etiquetas, es en particular posible reconstruir en tres dimensiones una red subterránea de tuberías. La presencia de etiquetas en puntos singulares de la red (por ejemplo al nivel de las ramificaciones o dobleces de la tubería) facilita la reconstrucción de su plano.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Se conocen varios modos de comunicación entre un lector y una etiqueta RFID. En dichos sistemas, se establece un enlace mediante el campo magnético de radiofrecuencia entre el lector y una o más etiquetas.

Las antenas tipo antena de radiación de alta frecuencia y ultra alta frecuencia, cuyo tamaño es del orden de la mitad de la longitud de onda de la frecuencia de comunicación, son sensibles tanto al componente de campo magnético como al componente de campo eléctrico. La comunicación entre el lector y la etiqueta depende mucho de la estructura de las antenas de la etiqueta y del lector. Además, con referencia a las distancias involucradas mayores que la longitud de onda del campo electromagnético y de las características electromagnéticas del medio en el cual está enterrada la etiqueta, las frecuencias ultra altas conducen a diagramas de patrón de campo electromagnético que son más complejos y más confiables para ser perturbados. La humedad del medio además induce la absorción incrementada de las ondas. La confiabilidad de la ubicación entonces se ve afectada seriamente. En consideración de estas limitaciones, el uso de antenas tipo inductivo se ve favorecido para dichas aplicaciones. La comunicación entre un lector y etiquetas RFID es definido, por ejemplo, en los estándares ISO 15693 e ISO 18000-3 para la frecuencia de 13.56 MHz.

En el caso de antenas inductivas, las interacciones entre la antena del lector y la antena de la etiqueta se pueden describir mediante ecuaciones de acoplamiento inductivo (con un enfoque casi estático y el uso del cálculo de inductancias mutuas). El acoplamiento inductivo induce la transferencia de energía entre el lector y la etiqueta a través de inductancia mutua.

A través de su superficie, un circuito de conducción en serpentín de la etiqueta deriva el flujo del campo magnético producido por la antena del lector. La variación temporal de este flujo crea un voltaje inducido denominado la e..f (para fuerza electromotriz) dentro de este circuito en serpentín. Este voltaje es rectificado y por lo general se utiliza para energizar las funciones de la etiqueta.

El circuito en serpentín de la antena exhibe una inductancia. Esta inductancia es explotada asociándola con un elemento capacitivo agregado para formar un resonador paralelo. El voltaje disponible a través de las terminales de este resonador es entonces el producto del voltaje inducido por el coeficiente de sobretensiones (correspondiendo en general al coeficiente de calidad del resonador) permitiendo así la energización de un circuito integrado de la etiqueta. La energización remota de un circuito integrado de una etiqueta de identificación RFID requiere un voltaje mínimo (y potencia) para operar, típicamente del orden de un pico de unos pocos voltios y unos pocos cientos de micro vatios. De esta forma entonces existe un valor mínimo de campo magnético aplicado a la antena de la etiqueta hacia arriba de la cual la etiqueta es funcional y puede responder a las demandas del lector.

Para permitir la transmisión de datos desde la etiqueta al lector, la etiqueta modifica la ipedancia que muestra a través de las terminales del circuito de antena. Esta variación de la impedancia es detectada por el lector en consideración del acoplamiento inductivo.

Se conoce un cierto número de métodos de detección en los cuales un operativo utiliza un lector RFID para obtener la ubicación de las etiquetas RFID subterráneas.

La zona de detección pretende indicar el volumen (o por extensión el área de superficie del suelo) en el cual una etiqueta RFID es legible por el lector. La comunicación con la etiqueta es posible si el centro de la antena del lector está dentro del volumen e imposible si el centro de la antena está fuera de este volumen. La geometría de la zona de detección (forma y dimensión) depende de las características de la etiqueta (posicionamiento y sensibilidad) y las características de la antena del lector, así como el nivel de campo magnético producido por esta antena.

En la patente JP2005181111, las etiquetas RFID están fijas en tuberías enterradas. El lector, cuando está situado en la zona de detección, localiza la etiqueta mediante comunicación con esta última. Por consiguiente, el lector recupera un producto de información de profundidad que fue almacenada por anticipado en la etiqueta. El lector determina el posicionamiento horizontal de la etiqueta en una manera aproximada, con base en el hecho de que el lector está colocado en la zona de detección.

Dicho método de ubicación resulta ser relativamente impreciso en lo que respecta al posiciona iento horizontal y no hace posible determinar la profundidad efectiva de la etiqueta. Por lo tanto, el articulo de información de profundidad recuperado resulta ser impreciso en el caso de un reacondicionamiento de la superficie del suelo o de un desplazamiento de la tubería bajo el efecto de varios eventos, dicha variación resultando ser relativamente probable para tuberías cuyo tiempo de vida con frecuencia es entre 30 y 50 años.

Otro método de localización conocido está basado en la comunicación entre un lector y una etiqueta RFID de baja frecuencia (entre 80 y 120 kHz) y el uso de antenas tipo inductivo se ve favorecido para dichas aplicaciones. Las bajas frecuencias corresponden a longitudes de onda que son mucho mayores que las distancias de localización. Dicho método frecuentemente es implementado con etiquetas proporcionadas con resonadores simples y desprovistos de chips electrónicos. El resonador de la etiqueta crea un campo magnético secundario proporcional al campo magnético primario creado por la antena del lector.

El crecimiento y la disminución de la amplitud del campo secundario ocurre de acuerdo con una constante de tiempo dependiendo del factor de calidad del resonador. La amplitud del campo secundario medida por el lector es relativamente baja con respecto a la amplitud del campo primario. A fin de permitir la medición del campo secundario, el campo primario es emitido solo brevemente y la medición del campo secundario es ejecutada durante los periodos de extinción del campo primario. A fin de que la amplitud del campo secundario siga siendo apreciable por un tiempo lo suficientemente largo durante los periodos de extinción del campo primario, el resonador de la etiqueta muestra un factor de calidad lo suficientemente alto (típicamente entre 50 y 100).

La posición horizontal o la alineación vertical del centro de perspectiva de la etiqueta es determinada mediante el escaneo de la superficie del suelo con el lector. La posición horizontal de la etiqueta es identificada cuando la amplitud del campo secundario alcanza un máximo.

Debido a que las etiquetas proporcionadas con un simple resonador no pueden advertir al lector con respecto a su configuración, el lector además debe resolver un problema con dos factores desconocidos: la intensidad de la emisión del campo magnético secundario y la profundidad de la etiqueta. Para determinar estos dos factores desconocidos, el operativo coloca la plomada del lector con la etiqueta, y ejecuta dos mediciones a dos alturas predefinidas por arriba del suelo.

A fin de garantizar la precisión de la medición del campo secundario, este último es medido en una manera repetida y se calcula un promedio sobre los diversos valores medidos. Sin embargo, en consideración de los bajos valores de frecuencia de comunicación utilizados, la duración requerida para llevar a cabo las mediciones del campo secundario resulta ser en la práctica relativamente larga para el operador, típicamente varios segundos. Una vez la plomada con la etiqueta, esta duración de medición es doble a fin de medir el campo secundario a las dos alturas predefinidas. A fin de que la localización no sea excesivamente prolongada, la determinación de la alineación de la plomada de la etiqueta también se debe llevar a cabo haciéndolo con una ubicación aproximada del lugar para el cual el campo secundario proporciona una amplitud máxima. Además, la precisión de dicho método resulta depender relativamente de las perturbaciones magnéticas externas en frecuencias cercanas (por ejemplo, debido a la excitación de otras fuentes secundarias), estas amplitudes de campo secundario medidas en el lector siguen siendo muy pequeñas.

La invención está enfocada en resolver uno o más de estos inconvenientes. La invención entonces pertenece al dispositivo de localización evaluando una distancia de una etiqueta RFID con respecto a una interfaz entre dos medios, la etiqueta está colocada en el lado opuesto del dispositivo de localización con respecto a la interfaz. El dispositivo está definido en las reivindicaciones anexas.

La invención también pertenece a un método para localizar una etiqueta RFID con respecto a una interfaz entre dos medios, la etiqueta está colocada en el lado opuesto de un dispositivo de localización con respecto a la interfaz, definido en las reivindicaciones anexas.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Otras características y ventajas de la invención surgirán claramente a partir de la descripción de la misma que se proporciona a continuación, a manera de una indicación completamente no limitativa, con referencia a los dibujos anexos, en los cuales: La figura 1 es una representación esquemática de una tubería subterránea que necesita ser localizada, proporcionada con etiquetas RFID; La figura 2 es una representación esquemática de una fase de localización de una etiqueta RFID y de varios parámetros involucrados; La figura 3 es una representación eléctrica equivalente de la asociación de un lector y de una etiqueta RFID ambos de tipo inductivo implementados en una modalidad de un dispositivo de localización de acuerdo con la invención; La figura 4 es un diagrama en bloques de un dispositivo de localización de acuerdo con una modalidad de la invención; La figura 5 es un diagrama de un nivel de campo electromagnético generado por una antena para diversas distancias de limite de detección; La figura 6 es un diagrama que ilustra varias curvas de campo electromagnético al nivel de la etiqueta como una función de la distancia de la etiqueta desde una interfaz.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La localización de una etiqueta de acuerdo con la invención está basada en la determinación de varios valores mínimos del campo electromagnético para detectar la etiqueta, como una función de varias posiciones de un dispositivo de localización generando este campo electromagnético. La invención proporciona una solución para localizar etiquetas RFID que exhiben una alta precisión junto con una fácil manipulación. Esta localización puede ser independiente de la evolución del desempeño de la etiqueta, por ejemplo relacionado con su envejecimiento.

Esta solución de localización es lo suficientemente discriminatoria con respecto a otras fuentes de campo secundario u otras posibles etiquetas RFID. Además, esta solución es particularmente fácil de implementar para operativos bajo condiciones reales. Además, la invención hace posible llevar a cabo la localización incluso en la presencia de obstáculos del suelo que inducen a un espacio relativamente restringido para llevar a cabo las mediciones.

A continuación la descripción analizará la ubicación horizontal de una etiqueta seguido por la publicación de su profundidad con respecto a la superficie horizontal. Sin embargo, la invención también aplica a la evaluación de la distancia entre una etiqueta y una interfaz no horizontal. La interfaz asegura la separación entre dos medios, la etiqueta y un dispositivo están colocados en cualquier lado de la interfaz. El dispositivo de localización que se describe a continuación entonces muestra: - una función para determinar la posición con respecto a una interfaz sustancialmente plana, en la proyección de esta interfaz a lo largo de su normal; una función para evaluar la distancia entre la etiqueta y la interfaz.

La invención típicamente se puede aplicar a la localización de tuberías subterráneas. La figura 1 ilustra en una manera esquemática una tubería subterránea 3 enterrada en un medio subterráneo 4, tal como tierra. La superficie superior de la tierra 4 forma una interfaz 5 entre dos medios, en este caso de diferentes naturalezas, concretamente la tierra 4 y el aire. Transpondedores RFID o etiquetas 2 son fijadas en lugares apropiados sobre la tubería 3, por ejemplo, a intervalos regulares, al nivel de las ramificaciones o codos hechos en la tubería 3. Para dicha aplicación, se utilizarán etiquetas 2 que pueden operar bajo la tierra o en un medio húmedo.

La figura 2 representa eL posicionamiento de una antena 13 de un dispositivo para la localización de la etiqueta 2 enterrada en el suelo 4. La antena 3 aquí está ubicada plomada con la etiqueta 2. ze corresponde a la distancia entre la antena 13 y el suelo 5, mientras que zp corresponde a la distancia entre el suelo 5 y la etiqueta 2. El dispositivo de localización que se describe más adelante en particular está enfocado en la evaluación de esta distancia zp y/o La posición de la alineación de plomada de la etiqueta 2.

La localización de una etiqueta de acuerdo con la invención está basada en la determinación de varios valores mínimos del campo electromagnético para detectar la etiqueta, como una función de varias posiciones de la antena del dispositivo de localización que genera este campo electromagnético.

El dispositivo de localización, de acuerdo con una modalidad de la invención, incluye un dispositivo para detectar una respuesta de la etiqueta 2. En esta modalidad, el dispositivo de detección es implementado en la forma de un lector RFID 1.

La figura 3 proporciona un ejemplo esquemático de la representación eléctrica convencional del lector 1 y de la etiqueta RFID 2 sin contacto de acoplamiento inductivo que desea localizar.

En el lado del lector RFID 1, el circuito de antena 11 puede ser moldeado por un inductor de antena equivalente 111, en serie con una resistencia 113 y un condensador 112. El circuito de antenas 11 está conectado a un circuito electrónico 12 del lector 1. La impedancia de salida del lector RFID 1 se puede modelar mediante una resistencia 121, conectada en serie con el circuito de antena 11 y un suministro de energía 122.

En el lado de la etiqueta 2, el circuito de antena 21 se puede moldear mediante un inductor equivalente 211. El circuito de antena 21 está conectado a un circuito electrónico 22. El circuito electrónico 22 contiene un condensador 222. El consumo eléctrico de este circuito electrónico se puede modelar mediante una resistencia 221 conectada en paralelo con el inductor equivalente 211 El acoplamiento inductivo induce la transferencia de energía entre el lector y la etiqueta mediante inductancia mutua. Un voltaje alterno o fuerza electromotriz es entonces inducida en la etiqueta 2. Este voltaje es rectificado y utilizado para energizar las funciones de la etiqueta 2. El voltaje disponible a través de las terminales de este resonador entonces es el producto del voltaje inducido por el coeficiente de sobretensión (correspondiendo en general al coeficiente de calidad del resonador) permitiendo así la energización de un circuito integrado de la etiqueta 2. La energización remota del circuito integrado de la etiqueta 2 requiere un voltaje mínimo para operar, típicamente del orden de un pico de pocos voltios. Existe entonces un valor mínimo de campo magnético aplicado a la antena de la etiqueta 2 hacia arriba del cual la etiqueta es funcional y puede responder a las demandas del lector.

Los lineamientos de diseño para los sistemas RFID de tipo inductivo son definidos en particular en los estándares ISO 15693, ISO 18000-3 e ISO 14443. Estos estándares arreglan en particular la frecuencia de la portadora de la señal a 13.56 MHz. Para permitir la transmisión de datos desde la etiqueta 2 al lector RFID 1, la etiqueta modifica, en una manera conocida por sí misma, la impedancia que exhibe a través de las terminales del circuito de antena. Esta variación de impedancia es detectada por el lector en consideración del acoplamiento inductivo. El lector 1 entonces es configurado para detectar una respuesta o una ausencia de respuesta de la etiqueta 2.

Durante la localización de la etiqueta 2, el lector 1 busca periódicamente detectar una respuesta de la etiqueta 2. A intervalos regulares, el campo de radiofrecuencia del lector 1 es activado por la excitación de su antena con un voltaje sinusoidal a su frecuencia resonante por una duración predeterminada. Por la duración de la activación, el lector emite varias solicitudes en una manera recurrente de acuerdo con el protocolo estandarizado. Posterior a estas solicitudes, el lector 1 mantiene su campo activado para detectar una respuesta opcional de la etiqueta 2.

La figura 4 es un diagrama en bloques de un dispositivo 7 para localizar una etiqueta RFID, de acuerdo con una modalidad de la invención. El dispositivo 7 incluye un lector 1 tal como se ilustra en la figura 1, la antena 13 y un circuito de supervisión 14.

La antena 13 es del tipo de acoplamiento inductivo. La antena 13 es convenientemente optimizada para operación sobre la superficie del suelo (con un efecto de suelo débil). La antena 13 puede ser de cualquier tipo apropiado, por ejemplo tal como se describió en el documento FR2961354. La antena muestra sustancialmente una forma de bucle rectangular o circular. La antena 13 es proporcionada de manera conveniente con una sonda de corriente 134.

El circuito de supervisión 14 comprende un suministro de energía 142 conectado a las terminales de la antena 13. Un circuito de control 143 define la energía eléctrica aplicada por el suministro de energía 142 al circuito de antena 13, y en consecuencia la amplitud del campo electromagnético generado por este circuito de antena. El circuito de supervisión 14 también comprende un circuito de procesamiento 144 y un circuito de medición 145. El circuito de medición 145 recupera las mediciones de la sonda de corriente 134. Aunque las funciones de los circuitos 143, 144 y 145 se ilustran de forma independiente, varias de estas funciones por supuesto pueden ser implementadas por un solo circuito integrado, el dispositivo 7 además comprende una memoria 146.

El dispositivo 7 comprende un sensor 147 de la distancia entre la antena 13 y la interfaz 5 entre los dos medios, en este caso un sensor que indica la distancia ze entre la antena 13 y el suelo 5. Dicho sensor 147 es conocido por sí mismo y puede ser un sensor óptico (por ejemplo, basado en un haz láser), sensor acústico (por ejemplo de tipo sonar) o sensor de radio (de tipo radar). El dispositivo 7 también puede ser proporcionado con un nivel que le permita al operativo verificar la posición horizontal de la antena 13 durante la localización. El sensor 147 está conectado al circuito de procesamiento 144. El dispositivo 7 incluye o está conectado a un despliegue 6 proporcionando, en particular, el valor de la distancia zp al operativo y, en caso de ser apropiado, instrucciones que van a ser ejecutadas por el operativo.

Como una alternativa, el dispositivo 7 puede estar desprovisto de cualquier sensor para medir la distancia ze entre la antena 13 y el suelo 5. El dispositivo 7 entonces puede determinar esta distancia ze a través de otro medio. El dispositivo 7, por ejemplo, puede solicitar al operativo que coloque el dispositivo 7 a una distancia determinada del suelo por medio del despliegue 6. El operativo entonces puede colocar el dispositivo 7 a la distancia solicitada, interponiendo, por ejemplo, cuñas de grosor calibrado entre el dispositivo 7 y el suelo 5, o utilizando un trípode con altura ajustable en el cual se puede fijar el dispositivo 7 y comprendiendo graduaciones que indican la distancia entre el dispositivo 7 y el suelo 5 para un ajuste determinado. El usuario podrá confirmar que el dispositivo 7 está a la distancia correcta presionando un botón apropiado, de manera que el dispositivo 7 puede determinar que está posicionado a la distancia solicitada del suelo 5.

El dispositivo 7 de manera conveniente comprende un sensor del nivel de campo en la antena 13. Dicho sensor hace posible graficar el nivel efectivo del campo electromagnético producido por la antena 13 a fin de poder tomar en cuenta posibles fluctuaciones de la impedancia de esta antena 13 y del nivel de energía proporcionado por el suministro de energía 14 en esa antena 13. Tal como en el ejemplo ilustrado, este sensor se puede implementar en la forma de una sonda de corriente 134 midiendo la corriente que pasa a través de la antena 13.

El circuito de supervisión 14 también comprende un circuito de procesamiento 144 y un circuito de medición 145. El circuito de medición 145 recupera las mediciones de la sonda de corriente 134. Aunque las funciones de los circuitos 143, 144 y 145 se ilustran de manera independiente, varias de estas funciones por supuesto pueden ser implementadas a través de un solo circuito integrado. El dispositivo 7 además comprende una memoria 146.

El principio de la localización de la etiqueta 2 por el dispositivo 7 de acuerdo con la invención se basa en la propiedad de que la etiqueta 2 se vuelve funcional y emite una respuesta ascendente de un umbral de campo electromagnético (para una frecuencia angular o) aplicado a su antena (Hs). Este umbral es un valor promedio, aplicado de manera perpendicular a la superficie de la antena de la etiqueta 2, el cual genera un voltaje inducido suficiente (e.m.f) en este circuito de antena de manera que un circuito 22 de la etiqueta es energizado por un voltaje mínimo Vps volviéndolo funcional, con referencia a la función de transferencia del resonador equivalente (caracterizado por un factor de calidad Q y una frecuencia angular de sintonización wq).

- - S es la sección del circuito de antena de la etiqueta 2 atravesada por el flujo electromagnético.

A manera de ejemplo, este voltaje Vps es típicamente del orden de unos pocos voltios r.m.s. El valor Hs típicamente es del orden de unas pocas decenas a unos pocos cientos de mA/m r.m.s, como una función de las características de la antena de la etiqueta.

Posteriormente, se asumirá que este valor Hs del campo electromagnético es constante a través del proceso de localización de la etique 2, sin embargo sin requerir que esto se conozca por anticipado.

Durante una primera fase, se determina la alineación de la plomada de la etiqueta 2 en la superficie 5. Cuando una etiqueta 2 es correctamente orientada (plano de su antena horizontal) y cuando esta última no es perturbada por un objeto conductor de grandes dimensiones en el suelo 4, la zona de detección de la etiqueta 2 generalmente es una elipse.

Para implementar esta fase, en circuito de control 143 puede controlar la aplicación inicial de una potencia alta o máxima mediante el suministro de energía 142. Tan pronto como el circuito de procesamiento 144 detecta una respuesta de la etiqueta 2, éste determina que la antena 13 está situada en la zona de detección de la etiqueta 2 para esta energía. Este producto de información puede ser retroalimentado al operativo por medio del despliegue 6. El circuito de control 143 posteriormente controla la aplicación de un nivel de energía inferior e indica al operativo que una investigación más precisa de la alineación de la plomada está en avance. Se le solicita al operativo desplazar el dispositivo 7 horizontalmente hasta que éste queda colocado en una zona de detección más .restringida de la etiqueta 2. Tan pronto como el circuito de procesamiento 144 detecta una respuesta de la etiqueta 2 para la potencia inferior, éste determina que la antena 13 está situada en la zona de detección de la etiqueta 2 y proporciona este producto de información al operativo. Al repetir estas fases de disminución de energía, el dispositivo 7 puede reducir la zona de detección de la etiqueta 2 a un área relativamente restringida de la superficie del suelo (típicamente de 50 x 50 mm). El circuito de procesamiento 144 almacena el valor mínimo P0 para el cual aun detecta una respuesta desde la etiqueta 2. La alineación de la plomada de la etiqueta 2 entonces puede ser determinada con alta precisión, además sin requerir cálculos.

Durante una segunda fase, la distancia zp de la etiqueta 2 desde el suelo 5 es determinada a esta alineación de la plomada, determinando la potencia de emisión mínima de la antena 13 para la cual se detecta la etiqueta 2, por varias distancias ze del dispositivo 7 por arriba de la alineación de la plomada de la etiqueta 2.

De acuerdo con una primera variante, se asume que el operativo coloca la antena 13 sobre el suelo 5 (se le puede proporcionar una directriz para este propósito mediante el despliegue 6) a la alineación a la plomada determinada para la etiqueta 2 para una primera serie de mediciones. A continuación, se invita al operativo a subir la antena 13 a diversas distancias ze por arriba del suelo para varias series nuevas de mediciones. El circuito de procesamiento 144 puede invitar, por ejemplo, al operativo a subir la antena 13 por incrementos de 50 mm, por ejemplo, por medio del despliegue 6. El circuito de procesamiento 144 puede invitar al operativo a subir la antena e indicarle que mantenga esta antena 13 a esta distancia ze por la duración de la medición, el circuito de procesamiento 144 determinando esta distancia de la antena 13 por medio del sensor 147 o mediante la validación de esta distancia por el usuario por medio de una interfaz apropiada.

Para diversas distancias ze, el circuito de control 143 entonces controla la aplicación de varias potencias por el suministro de energía 142 en la antena 13, estas diversas potencias son mayores que el valor almacenado P0. Los diversos valores de potencia pueden ser aplicados en la forma de secuencias repetitivas de solicitudes/respuestas definidas en un protocolo de comunicación RFID. Para cada distancia ze, el circuito de procesamiento 144 determina la potencia mínima del suministro de energía 142 para el cual se obtiene una respuesta desde la etiqueta 2, observando que hacia arriba de una cierta potencia, no se obtiene respuesta alguna de la etiqueta 2.

Para cada una de las distancias ze medidas, el circuito de procesamiento 144 almacena un valor de campo electromagnético medido en la antena 13 para esta potencia mínima. Para cada una de las distancias medidas ze, el circuito de procesamiento 144 entonces almacena una medición en la memoria 146, en la forma de un par Ek=(zek; Hk), k siendo el índice de una medición, zek siendo el valor de la distancia correspondiente ze, y Hk siendo la amplitud del campo en la antena 13, medido a esta distancia zek para la potencia de detección mínima.

De acuerdo con una segunda variante, se asume que el operativo coloca la antena 13 en el suelo 5 (se le puede proporcionar una directriz para este propósito por medio del despliegue 6) en la alineación de la plomada determinada para la etiqueta 2. El circuito de procesamiento 144 entonces lanza una secuencia repetitiva de solicitudes/respuestas para determinar la distancia límite de detección ze a diversos niveles de potencia. Se invita al operativo a ejecutar una manipulación lenta de levantamiento de la antena hasta una distancia d, con dmin<d, dmin siendo establecido por la precisión deseada del cálculo de la distancia entre la etiqueta 2 y el suelo 5.

En esta variante, la potencia aplicada por el suministro de energía 142 a la antena 13 comienza a un valor al menos igual al valor almacenado P0 y después se incrementa a diversos niveles discretos. Cuando el operativo sube la antena 13, el circuito de procesamiento 144 determina la distancia zek hasta la cual la potencia Pk aplicada a la antena hace posible obtener una respuesta desde la etiqueta 2. Cuando se determina un rompimiento en la detección de la etiqueta 2, la potencia del suministro de energía 142 se incrementa a P+i a fin de determinar la distancia ze+i.

Para cada una de las distancias limite zek determinadas, el circuito de procesamiento 144 entonces almacena una medición en la memoria 146, en la forma de un par Ek=(zek; Hk).

Para confirmar cada distancia de límite de detección zek, se puede validar una distancia de límite: cuando se identifica una distancia de límite, la secuencia de investigación continúa en forma transitoria con la misma potencia para verificar que la etiqueta 2 no es detectada a una mayor distancia ze. Una distancia de limite zek será validada si ésta no es seguida por otra distancia de detección ze la cual es mayor para esta potencia.

De acuerdo con una tercera variante, se asume que el operativo coloca la antena 13 en el suelo 5 en la alineación de la plomada determinada por la etiqueta 2. El circuito de procesamiento 144 entonces lanza una secuencia repetitiva de preguntas/respuestas para determinar la distancia de límite de detección ze a diversos niveles de potencia. Se invita al operativo a ejecutar una manipulación lenta del levantamiento de la antena hasta una distancia d, con dmin<d, dmin siendo fijo por la precisión deseada de estimación de la distancia zp entre la etiqueta 2 y el suelo 5.

En esta variante, la potencia aplicada por el suministro de energía 142 a la antena 13 comienza a un valor al menos igual al valor almacenado PO. Cuando la antena 13 es subida con este nivel de potencia y cuando varias solicitudes/respuestas culminan en una no detección de la etiqueta 2, el circuito de control 143 ordena la aplicación sobre una rampa de potencia ascendente.

Para cada una de las distancias de límite ze determinadas durante una rampa de potencia ascendente, el circuito de procesamiento 144 entonces almacena una medición en la memoria 146, en la forma de un par Fk=(zek; Hk).

Si varias solicitudes/respuestas sucesivas culminan en una detección de la etiqueta 2, el circuito de control 143 ordena la aplicación de una rampa de potencia descendente. Durante la aplicación de una rampa de potencia descendente, el circuito de procesamiento 144 determina una distancia de limite ze y una potencia de limite correspondiente a un límite de detección de la etiqueta 2. Cuando se determina una distancia de límite ze y una potencia de límite, se aplica una nueva rampa de potencia ascendente a la antena 13 otra vez.

A fin de confirmar que la potencia medida y la distancia medida de hecho corresponden a un limite de detección, la rampa descendente continúa de manera transitoria para verificar que no ocurra una nueva detección para una potencia inferior y una distancia mayor ze.

Para cada una de las distancias de limite ze determinadas durante una rampa de potencia descendente, el circuito de procesamiento 144 entonces almacena una medición en la memoria 146, en la forma de un par Ek=(zek; ¾).

La velocidad de las rampas ascendente y descendente será lo suficientemente rápida de manera que el movimiento de elevación de la antena 13 no puede contrarrestar la disminución en la amplitud del campo de la etiqueta 2 al nivel de esta antena 13.

La distinción entre las mediciones Ek y Fk hace posible tomar en cuenta umbrales de detección que son potencialmente un poco diferentes cuando pasan de un estado de detección a un estado de no detección en comparación con el paso de un estado de no detección a un estado de detección (fenómenos de histéresis con respecto a los umbrales). Un primer cálculo de la distancia zp entonces podrá llevarse a cabo sobre la base de las mediciones Ek y un segundo cálculo de la distancia zp podrá llevarse a cabo sobre la base de las mediciones Fk. La distancia zp adoptada podrá ser el promedio de los valores obtenidos por estos dos cálculos.

Para estas variantes, la distancia máxima de elevación de la antena 13 se pueden fijar ya sea mediante un valor ergonómico (por ejemplo, 400 o 500 mm por arriba del suelo), o por una distancia para la cual el campo generado por la antena 13 ya no es suficiente para detectar una respuesta de la etiqueta 2.

De manera conveniente, el nivel de potencia proporcionado por el suministro de energía 142 a la antena 13 está sujeto a un valor de corriente que pasa a través de la antena 13 y medido por la sonda de corriente 134. El suministro de energía 142 puede recibir instrucciones por parte del control 143 para aplicar valores de potencia discretos a la antena 13. Estas potencias pueden seguir, por ejemplo, un avance cuadrático (por ejemplo, con los siguientes valores en vatios: [0.5, 1, 1.5, 2, 3, 4, 5, 6, 7.5, 9, 10.5, 12] o los siguientes valores: [0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5, 7.5, 8, 9, 9.5, 10.5, 11, 12] o incluso los siguientes valores: [0.5, 0.75, 1, 1.25, 1.5, 1.75, 2.25, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, 6.25, 6.75, 7.5, 8.25, 9, 9.75, 10.5, 11.25, 12.25])a fin de tener un campo de radiofrecuencia generado por la antena 13 que sea sustancialmente lineal.

La ubicación de la etiqueta puede comprender un paso preliminar que consiste en establecer una comunicación con una etiqueta (modo de inventario). La localización de la etiqueta posteriormente puede ser implementada con la ayuda del identificador de esta etiqueta ( modo direccionado por ejemplo).

Con base en la interrogación de una etiqueta 2 por medio de su identificación para obtener su detección, es posible llevar a cabo una detección de esta etiqueta incluso si la respuesta medida por el circuito de medición 145 está fuertemente degradada. Por lo tanto es posible limitar al máximo los casos donde la potencia de emisión de la antena 13 es suficiente para obtener una respuesta de la etiqueta 2, sin que la respuesta de esta etiqueta sea detectada por el lector. Dicho modo de detección resulta ser conveniente, en particular en un ambiente ruidoso donde la respuesta de la etiqueta recibida en la antena 13 puede ser fuertemente perturbada.

Mediante la interrogación de una etiqueta 2 por anticipado, el contenido del cuadro de respuesta de la etiqueta 2 es conocido, siendo posible que este último sea definido en un estándar de comunicación conocido por anticipado. Por ejemplo, es posible ejecutar un cálculo para la correlación entre el cuadro de respuesta esperado y la respuesta medida por el circuito de medición 145 e identificado por el circuito de procesamiento 144. El circuito de procesamiento 144, por ejemplo, puede determinar que la etiqueta es detectada si el valor de correlación calculado alcanza un umbral predefinido. En consecuencia, incluso si la respuesta medida para la etiqueta 2 está dañada por errores (por ejemplo, si la prueba de redundancia cíclica es errónea), no obstante es posible observar la etiqueta 2 como habiendo respondido y, por lo tanto, siendo detectada.

Una determinación ejemplar de la distancia zp será proporcionada en un caso particular para un campo electromagnética de alta frecuencia. Una frecuencia de comunicación de 13.56 MHz, cuya longitud de onda en vacio es aproximadamente 22 m, es tomada como una suposición. En suelo húmedo, esta longitud de onda será dividida entre aproximadamente 5, es decir, una longitud de onda de aproximadamente 4 m. Las expresiones convencionales para campos magnéticos estáticos entonces se pueden utilizar con una aproximación razonable. Además, se asume que el campo magnético generado por la antena 13 no se ve perturbado por la presencia del suelo.

Con este modelado simplificado, el campo H aplicado a la etiqueta 2 es expresado por la siguiente relación: ~ Con H0 siendo el campo magnético producido por el dispositivo 7 en el centro de sonido de la antena 13, Rant el radio de esta antena en el caso de una forma circular, y con z la distancia total entre el centro de esta antena y el centro de la etiqueta 2, es decir z=(ze+zp).

La distancia de limite zenm del paso entre la detección de la etiqueta y su no detección durante una elevación de la antena del dispositivo 7 está conectada con el nivel de alta frecuencia de la antena 13, caracterizado, por ejemplo, por el campo H0 producido por la antena 13 en su centro. El umbral de campo electromagnético para activar la etiqueta entonces es expresado por la siguiente relación: Por lo tanto es posible graficar el nivel de campo H0 como una función de la elevación de limite zeiim, y de esta manera por medio de ejemplo colocar los puntos de medición {Hk,dk}por medio de la siguiente relación.

Se puede graficar una curva correspondiente a través de un procedimiento de cuadrados mínimos. Los valores obtenidos a través de dicho procedimiento en los parámetros Hs y zp pueden resultar insuficientemente precisos pero, no obstante hace posible determinar la calidad de las mediciones a través de la desviación de los puntos de medición con respecto a esta curva. La figura 5 ilustra un diagrama con niveles de campo HQ en incrementos de 0.2 mA/m c hacia arriba de 1.1 mA/mc.

Para cada par de mediciones o punto del ejemplo anterior (los 8 pares de valores {Hk,dk}), es posible gue se busgue estimar el campo magnético producido por la antena 13 en el suelo 4 desde la superficie 5 a una distancia suficiente (por ejemplo 1.5 m) cuando esta antena 13 es colocada a una distancia ze=dk y con una corriente en su circuito de antena de manera que el campo que éste produce en el centro de su antena es H0=Hk. De esta manera se obtiene una red de curvas que cruza en un punto que corresponde a la distancia buscada bajo el suelo 5, con un valor de campo en este punto que corresponde al umbral de campo de la etiqueta 2, tal como se ilustra en la figura 6.

Sobre esta base, el método para determinar la distancia zp puede ser de la siguiente forma. Un modelo del campo generado por la antena 13 a una cierta plomada de distancia con esta antena se puede establecer con la siguiente relación: Sobre la base de las mediciones almacenadas en la memoria 146, de manera opcional inicialmente se rechazan las mediciones anormales. Por consiguiente, se eliminan las mediciones que se apartan demasiado del modelo proporcionado, por ejemplo, por el diagrama de la figura 5. Si un número demasiado grande de mediciones se apartan del modelo, el circuito de procesamiento 144 puede decidir que el cálculo de la distancia entre la etiqueta 2 y el suelo 5 es incierto y puede solicitar una repetición de la medición por parte del operativo.

Para cada medición de limite de detección almacenada, se calcula una estimación del campo electromagnético generado en el suelo por el dispositivo 7 cuando su antena está colocada a la distancia zek almacenada en la memoria 146. Un modelo de la distribución del campo generado por la antena del dispositivo 7 está basado para este propósito. También es posible contemplar el almacenamiento de perfiles de campo electromagnético de referencia y extrapolar la distribución del campo electromagnético buscado para las diversas mediciones mediante la interpolación entre los perfiles almacenados. Tal como se ilustra en la figura 6, es posible determinar las distribuciones del campo de la antena del dispositivo 7 verticalmente en linea con la etiqueta 2 para las diversas mediciones. Para cada medición, se establece un diagrama del campo al nivel de la etiqueta 2 como una función de la distancia con respecto a la superficie. La distancia es determinada mediante la determinación de la distancia indicada por la intersección entre varios de estos diagramas. En la práctica, está disponible un número de intersecciones igual a N*(N-l)/2, con N el número de diagramas o de mediciones almacenadas. Una sola intersección podrá ser determinada mediante la interpolación entre las múltiples intersecciones calculadas, eliminando, en caso de ser necesario, algunas intersecciones que muestren una dispersión demasiado grande con respecto a las otras.

Dicho modo de determinación de la distancia zp es convenientemente independiente del desempeño de la etiqueta 2 (factor de calidad y frecuencia de sintonización de su antena) y de su revolución con el paso del tiempo como una función de envejecimiento o de cambios en las condiciones del suelo o clima.

El uso de altas frecuencias de comunicación (que yacen entre 3 y 30 MHz) hace posible obtener tiempos de ubicación que son particularmente reducidos, y por lo tanto particularmente valiosos mientras que son para el operativo del dispositivo. Una duración reducida de la localización es aun más conveniente para la precisión de las mediciones, debido a que los movimientos del operativo sobre una duración de medición reducida también serán relativamente limitados. Dicho margen de frecuencia supera un prejuicio téenico común de acuerdo con el cual seria inapropiado para la propagación satisfactoria en un medio tal como tierra o agua.

En el ejemplo ilustrado, se utiliza una medición de la corriente que pasa a través de la antena 13 como un parámetro representativo del campo generado por esta antena. También se puede utilizar cualquier otro parámetro representativo, por ejemplo, por medio de un agnetómetro que mide el campo generado al nivel de la antena 13.

Claims (17)

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito la presente invención, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo (7) para localizar una distancia de una etiqueta RFID con respecto a una interfaz entre dos medios, la etiqueta estando colocada en el lado opuesto del dispositivo de localización con respecto a la interfaz, caracterizado porque comprende: - una antena (13) del tipo de acoplamiento inductivo; un dispositivo (147) para determinar la distancia entre la antena (13) del dispositivo (7) y la interfaz; - un circuito de energización (142, 143) configurado para energizar la antena (13) de manera que la antena genera un campo electromagnético con varios valores de amplitud sucesivos; - un dispositivo (1) para detectar una respuesta de la etiqueta; - un circuito de procesamiento (144) configurado para: - determinar varios pares cada uno incluyendo: - una distancia determinada entre la antena (13) y la interfaz; y - un valor de campo electromagnético mínimo generado al nivel de la antena para el cual la etiqueta es detectada a esta distancia; - evaluar la distancia entre la etiqueta y la interfaz como una función de los pares determinados.

2.- El dispositivo de localización de conformidad con la reivindicación 1, que además comprende una memoria que contiene relaciones normalizadas entre una distancia de la etiqueta desde la interfaz, y el campo electromagnético generado por la antena (13) a esta distancia desde la interfaz (5), el circuito de procesamiento estando configurado para evaluar la distancia (zp) entre la etiqueta (2) y la interfaz sobre la base de dichas relaciones almacenadas y dichos valores mínimos determinados del campo electromagnético.

3.- El dispositivo de localización (7) de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito de procesamiento (144) está configurado para: - determinar, para varios de esos pares, una relación entre una distancia de la etiqueta desde la interfaz, y el campo electromagnético generado por la antena (13) a esta distancia desde la interfaz (5); - evaluar la distancia (zp) entre la etiqueta (2) y la interfaz como correspondiendo a un cruce entre varias relaciones determinadas.

4.- El dispositivo de localización de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el circuito de procesamiento está configurado para generar dicha relación para al menos tres de esos pares y para evaluar la distancia (zp) entre la etiqueta (2) y la interfaz mediante la interpolación entre los cruces entre dichas relaciones.

5.- El dispositivo de localización (7) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende un sensor para medir la corriente (134) que pasa a través de la antena (13), el circuito de procesamiento (144) está configurado para determinar el campo electromagnético generado al nivel de la antena (13) como una función de la corriente medida.

6.- El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el circuito de procesamiento (144) está configurado para determinar cada uno de esos pares ordenando la generación de varios valores de campo magnético para una y la misma distancia determinada entre la antena (13) y la interfaz (5), y reteniendo para cada par el valor de campo magnético más bajo induciendo la detección de la etiqueta para la distancia determinada correspondiente.

7.- El dispositivo de localización de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el circuito de procesamiento (144) está configurado para determinar cada uno de esos pares ordenando la generación de uno y el mismo valor de campo magnético para varias distancias determinadas entre la antena (13) y la interfaz (5), y reteniendo para cada par el valor de distancia máximo induciendo la detección de la etiqueta para el valor de campo magnético correspondiente.

8.- El dispositivo de localización de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el circuito de procesamiento (144) está configurado para determinar cada uno de esos pares ordenando, durante una variación de la distancia entre la antena (13) y la interfaz (5): - cuando una respuesta de la etiqueta es detectada, ordenando la generación de valores de campo que diminuyen de manera sucesiva hasta que se detecta la ausencia de respuesta por parte de la etiqueta; cuando se detecta una ausencia de respuesta por parte de la etiqueta, ordenar la generación de valores de campo que aumentan de forma sucesiva hasta que se detecta una respuesta de la etiqueta.

9.- El dispositivo de localización de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8 que además comprende una interfaz para comunicación con el usuario (6), el circuito de procesamiento (124) está configurado para emitir solicitudes de desplazamiento de la antena (13) por medio de esta interfaz de comunicación.

10.- El dispositivo de localización de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque antena (13) y el circuito de energización (142) están configurados para generar un campo electromagnético que exhibe una frecuencia que yace entre 3 y 30 MHz.

11.- El dispositivo de localización de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el circuito de procesamiento (144) comprende un modo de localización de la posición de la etiqueta (2) sobre la interfaz (5) de acuerdo con una normal a esta interfaz, en cuyo modo de localización, para una y la misma distancia entre la antena (13) y la interfaz, el circuito de procesamiento (144) está configurado para: - ordenar la generación de uno y el mismo valor de campo magnético en la ausencia de la detección de la etiqueta; - ordenar la reducción en el valor del campo magnético generado durante una detección de la etiqueta.

12.- El dispositivo de localización de conformidad con las reivindicaciones 9 y 11, caracterizado porque el circuito de procesamiento (144) está configurado para indicar una detección de la etiqueta en el modo de localización por medio de dicha interfaz de comunicación.

13.- El dispositivo de localización de conformidad con la reivindicación 11 o 12, caracterizado porque el circuito de procesamiento (144) está configurado para almacenar el valor de campo magnético más bajo para el cual se detecta la etiqueta en el modo de localización.

14.- El dispositivo de localización de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el circuito de procesamiento, cuando este inicia la determinación de dichos pares, ordena la generación de un campo magnético correspondiente al valor de campo magnético más bajo almacenado en el modo de localización.

15.- El dispositivo de localización de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho dispositivo de determinación incluye un dispositivo (147) para medir la distancia entre la antena (13) del dispositivo (7) y la interfaz.

16.- Un método para localizar una etiqueta RFID (2) con respecto a una interfaz (5) entre dos medios, la etiqueta estando colocada en el lado opuesto de un dispositivo de evaluación (7) con respecto a la interfaz, el método comprende: la generación de un campo electromagnético con varios valores de amplitud sucesivos con una antena (13) del tipo de acoplamiento inductivo del dispositivo de evaluación (7); - la determinación (147) de la distancia entre la antena (13) y la interfaz (5) durante la generación del campo; - la determinación de la detección o de otra manera de una respuesta de la etiqueta; - la determinación de varios pares, cada uno incluyendo: - una distancia determinada entre la antena (13) y la interfaz (5); y - un valor mínimo de campo electromagnético generado al nivel de la antena para el cual la etiqueta es detectada a esta distancia; - la evaluación de la distancia entre la etiqueta y la interfaz como una función de los pares determinados.

17.- El método para localizar una etiqueta RFID {2 ) de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque dicha determinación de la distancia entre la antena y la interfaz se ejecuta a través de una medición de la distancia entre la antena y la interfaz.