TWI730647B

TWI730647B - 感應線圈裝置

Info

Publication number: TWI730647B
Application number: TW109106712A
Authority: TW
Inventors: 林明星; 古東明; 林慧葉; 吳冠叡; 許志清
Original assignee: 國立雲林科技大學
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2021-06-11
Also published as: TW202134953A

Abstract

一種感應線圈裝置，安裝時是於一感應地墊的有源發射線圈可拆卸地設置一共振線圈，該共振線圈至少部分繞經該有源發射線圈周圍並且設有一共振線圈端子；本發明使用時，該共振線圈的共振線圈端子是與晶片計時系統的主機電連接，當該共振線圈連接該主機時，可以作為有源發射線圈，或者當該共振環不連接該主機時，可作為被動式的共振環使用，能夠增加該有源線圈周圍磁場強度，提升激發後讀取晶片標籤的距離，使本發明感應磁場可感應的區域擴及有源發射線圈周圍更完整，進而減少漏讀率。

Description

感應線圈裝置

本發明涉及一種線圈形式的感應元件，尤其涉及一種感應線圈裝置。

無線射頻識別(RFID)是一種非接觸式的自動識別系統，可應用於倉儲與物流管理、門禁管控、防盜與防偽、航空行李識別、公路收費、醫療管理、車胎監控、動物識別追蹤、活動賽事計時…，等等系統。上述無線射頻識別(RFID)依操作頻段可分為：(1)LF band(30-300kHz)，(2)HF band(3-30MHz，例如學生證讀卡頻段13.56MHz)，(3)UHF band(860-960MHz)，(4)RF_ISM band(2.400-2.485GHz、5.725-5.875GHz、24.00-24.25GHz)。

雙頻帶RFID晶片計時系統一般採用近場(near-field)感應耦合(inductive coupling)，採用地墊(地墊分別設置於起點、中間點或終點等處)內部設置繞線的線圈來產生LF磁場與賽事用晶片標籤進行耦合(此晶片標籤繫綁在參賽者鞋帶處)；感應地墊內部有LF發射線圈與HF RFID系統之讀取器，也就是晶片計時系統的主機的發射與接收線圈，而由於地墊內部發射用LF線圈常會於地墊左右兩側產生較弱的磁場區域，而有容易漏讀的區域，進而影響RFID系統的讀取品質。

由於現有感應墊周圍的磁場凹陷，用於運動賽事晶片計時的系統時會造成感應晶片無法激活或失效的問題。為此，本發明透過線圈共振提升感應磁場，達到使感應墊周圍感應磁場的區域完整，感測效果更可靠的功效。

為達到上述創作目的，本發明提供一種感應線圈裝置，其構造包括一個以上的共振線圈，係用於裝置在一感應地墊設有的有源發射線圈上，各共振線圈至少部分繞經該有源發射線圈周圍並且分別設有一共振線圈端子，當所述各共振線圈的該共振線圈端子與一晶片計時系統的主機連接時，產生與該有源發射線圈同方向的磁場。

進一步，本發明進一步設有一地墊，該地墊是沿橫向延伸的長矩形墊體，於該地墊設有一接收線圈，該有源發射線圈以及該接收線圈皆環繞為長矩形，設有數個所述的共振線圈，且所述的數個共振線圈是以沿該地墊長邊延伸的方向橫向間隔排列。

本發明使用時，本案例是安裝於運動賽事計時的感應地墊，該感應地墊包括該有源發射線圈，將晶片計時系統的主機連接該感應地墊的有源發射線圈與各共振線圈，提供該有源發射線圈電源使該感應地墊的上方產生感應磁場。當運動賽事的參賽者的晶片標籤移動經過該感應地墊時，晶片標籤內部的晶片會受感應磁場激發產生高頻的磁場回傳訊號給該感應地墊將訊號傳回該主機獲得資訊。

本發明的功效在於，藉由共振環近場耦合原理，讓本發明各共振線圈在未接上晶片計時系統的主機時，可作為被動式的共振環，使LF磁場的強度得到提升而提升整體地墊讀取晶片標籤的讀取距離，改善地墊左右兩側磁場弱區的問題；同時藉由各共振線圈繞製方向至少部分繞經地墊周圍的設計，使各共振線圈接上晶片計時系統的主機時，可以藉由主機同時提供兩組以上的LF訊號，一組LF訊號給該有源發射線圈，其他組LF訊號分別供給各共振線圈的方式，讓有源發射線圈配合各共振線圈可以產生更強的磁場，提升整體地墊讀取晶片標籤的激發距離，以改善磁場弱區問題，增加整體感應地墊的讀取距離，進而降低漏讀率。

10:地墊

20:線圈構造

21:有源發射線圈

211:有源發射線圈端子

22:接收線圈

221:接收線圈端子

30:共振線圈

31:共振線圈接頭

A:主機

B:晶片標籤

C:量測點

d:讀取距離

圖1是本發明第一較佳實施例的仰視平面示意圖。

圖2是本發明第一較佳實施例標示量測點的俯視圖示意圖。

圖3是本發明第一較佳實施例的量測架構示意圖。

圖4是本發明第二較佳實施例的仰視平面示意圖。

為能詳細瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如下。

如圖1至圖3所示的本發明第一較佳實施例所示，本發明提供一種感應線圈裝置，是在一市售的運動賽事計時用的地墊10安裝一共振線圈30，該地墊10為包含一線圈構造20的感應地墊，其中：該地墊10是沿橫向延伸的長矩形墊體，如本較佳實施例中該地墊10厚度為1.5公分，橫向延伸的長度為2.5公尺。

該線圈構造20結合在該地墊10背面並且包括環繞在該地墊10周圍的一有源發射線圈21以及一接收線圈22，該有源發射線圈21環繞在該接收線圈22的外圍，並且該有源發射線圈21以及該接收線圈22分別設有一有源發射線圈端子211以及一接收線圈端子221，在本較佳實施例中該有源發射線圈21為4匝的線圈，該該接收線圈22為1匝的線圈且兩者皆環繞為長矩形的形狀。

該共振線圈30以固定件結合或以黏膠、膠帶黏貼而可拆卸地設置在該地墊10的背面，該共振線圈30環繞在該地墊10的周圍並且環繞的範圍涵蓋該線圈構造20，該共振線圈30環繞為長矩形的形狀並且設有一共振線圈端子31。在本較佳實施例中該共振線圈是8匝或12匝的線圈，其匝數大於該有源發射線圈21或該接收線圈22，當該共振線圈30的該共振線圈端子31與一晶片計時系統的主機A連接時，由該主機A接收LF訊號後能產生與該有源發射線圈21同方向的磁場，使得該地墊10上的整體磁場能夠獲得提升，藉此提升能啟動晶片標籤B的激發後讀取距離。

當本發明第一較佳實施例使用時，是將該地墊10連同該線圈構造20以及安裝的該共振線圈30放置於地面作為運動賽事計時用的感應地墊，接著將該線圈構造20的該有源發射線圈端子211以及該接收線圈端子221分別與晶片計時系統的主機A連接，以該主機A提供該有源發射線圈端子211一組LF訊號，使該地墊10上產生感應磁場；以下利用實驗說明該共振線圈端子31作為共振環的形態以及作為有源發射線圈的形態時，所能達到的提升該地墊10上方磁場能啟動晶片標籤的讀取距離d。

請參看圖2所示的地墊10上的量測點C的示意圖(圖中以A至F配合1至4的矩陣排列方式表現24個量測點C的位置)，以及圖3所示的可啟動晶片標籤B的讀取距離d的量測架構圖。首先，將本發明的該共振線圈30由該地墊10的背面拆卸下來，對只設有該線圈構造20的該地墊10進行量測，過程中是將該晶片標籤B分別置於各設置好之量測點C上方來測量有效的讀取距離d，可發現到地墊10上的磁場弱區會在該地墊10的左、右兩側(A1至A4點以及F1至F4點)。

接著將該共振線圈30安裝回該地墊10的背面，並對該共振線圈30的該共振線圈端子31是否接上主機A接收LF訊號再次於各量測點C進行讀取距離d之量測，可發現在該地墊10增設該共振線圈30後，該地墊10上的磁場弱區(A1 至A4點及F1至F4點)的讀取距離d都得到了改善，所提升的距離較原讀取距離d高出20cm至30cm。

針對是否連接該主機10之讀取距離d之量測，也發現接上主機後該地墊10外圍的讀取距離d(B1至E1點及B4至E4點)都較未連接該主機之讀取距離d(B1至E1點及B4至E4點)增加了10cm左右，證明該共振線圈30接上主機10後對於總磁場提升優於未連接主機10，但兩者都足以達到加強該地墊10上低頻磁場弱區的效果，更易啟動晶片標籤並增加整體地墊10上的讀取距離d，進而減少漏讀率。

本發明除前述第一較佳實施例，是設有一共振線圈30以外，如圖4所示的本發明第二較佳實施例，本發明也可在該地墊10的背面設有其他數量的共振線圈30，例如以左、右間隔的排列方式設有三個所述的共振線圈30，各共振線圈30為圓形的形狀，只要每個共振線圈30都有部分繞經該地墊10的該有源發射線圈21周圍，使各共振線圈30能以連接或不連接該主機的方式來作為有源的發射線圈或作為共振環，就能提升該地墊10周圍激發後讀取晶片標籤A的讀取距離d。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用以限定本發明主張的權利範圍，凡其它未脫離本發明所揭示的精神所完成的等效改變或修飾，均應包括在本發明的申請專利範圍內。