ЭЛЕКТРОННЫЙ ПАСПОРТ ИЗДЕЛИЯ Российский патент 2012 года по МПК G01S13/75 G06K19/00 

Предлагаемое устройство относится к области радиотехники и может быть использовано в системах идентификации объектов.

Известны радиочастотные устройства идентификации объектов на поверхностных акустических волнах (авт. свид. СССР №№1.773.191, 1.832.318; патенты РФ №№2.095.825, 2.126.165, 2.158.936, 2.176.092, 2.276.406, 2.276.796, 2.333.512, 2.334.440; патенты США №№4.068.232, 4.392.102, 4.620.191, 4.724.427, 4.857.893, 6.061.614; патент Великобритании №2.289.602; патенты WO №№93/13.495, 96/33.423, 98/41.829; патент ЕР №0.585.132; Морган Д. Устройства обработки сигналов на поверхностных акустических волнах. Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1990, с.12, рис.1, 2, и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является «Идентификационная метка, работающая с поверхностными акустическими волнами» (патент РФ №2.158.936, G01S 13/02, 1995), которая и выбрана в качестве прототипа.

Известная идентификационная метка работает с поверхностными акустическими волнами (ПАВ), в ней, по меньшей мере, один из отражателей имеет большую отражательную способность, чем остальные.

Идентификационные метки названного вида обозначаются более кратко ID-Tag, используются в системах идентификации для бесконтактной автоматической идентификации объектов и широко известны. В них электрический сигнал посредством преобразователя преобразуют в ПАВ, которая отражается на ряде отражателей, причем отраженную ПАВ с помощью преобразователя, который может быть таким же, как и преобразователь, преобразующий входной электрический сигнал, преобразуют снова в электрический сигнал. В зависимости от конфигурации отражателей возникает заданный код, который представляет эту ID-Tag. Представляющий код электрический сигнал передают обратно на излучающую сигнал опроса систему, за счет чего может идентифицироваться место, в котором расположена ПАВ-метка.

Однако известная ПАВ-метка за счет идентификационного кода обеспечивает определение только местоположения изделия, на котором она размещена, и не позволяет определять другие параметры исследуемого изделия, например давление, температуру, влажность, заряд и т.п.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей ПАВ-метки путем ее использования совместно с полупроводниковой меткой, т.е. создание интегральной метки, которая обеспечивает более полную характеристику исследуемого изделия.

Поставленная задача решается тем, что электронный паспорт изделия, содержащий, в соответствии с ближайшим аналогом, идентификационную метку, выполненную в виде пьезоэлектрической подложки, на которой расположен входной-выходной гребенчатый преобразователь, связанный с приемо-передающей антенной, и набор отражателей, при этом идентификационная метка работает с поверхностными акустическими волнами для систем идентификации, в которых прибор опроса и обработки опрашивает идентификационные метки посредством беспроволочно передаваемого сигнала опроса и обрабатывает переданный от них обратно кодированный ответный сигнал, причем кодирование ответного сигнала задано количеством и положением отражателей метки, предусмотрен, по меньшей мере, один последующий отражатель с большой относительно отражательной способности определяющих кодирование отражателей отражательной способностью, отражатель с большой отражательной способностью является последним в ряду отражателей при рассмотрении от гребенчатого преобразователя, отличается от ближайшего аналога тем, что он снабжен тонкой мембраной, размещенной между гребенчатым преобразователем и набором отражателей, и полупроводниковой меткой, размещенной на пьезоэлектрической подложке, выполненной в виде колебательного контура, который состоит из параллельно соединенных индуктивности и емкости полупроводникового диода и связан с приемо-передающей антенной, причем прибор опроса и обработки выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, первого узкополосного фильтра, второго усилителя мощности, циркулятора, второй вход которого через первый усилитель мощности соединен с выходом задающего генератора, а вход-выход связан с приемо-передающей антенной, полосового фильтра, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, второго узкополосного фильтра, третьего перемножителя, второй вход которого соединен с выходом полосового фильтра, фильтра нижних частот, блока сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, первого ключа, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, первого фазометра, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, и блока регистрации, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, последовательно подключенных к выходу первого узкополосного фильтра второго ключа, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения кодов, и второго фазометра, второй вход которого через третий узкополосный фильтр соединен с выходом циркулятора, а выход подключен к третьему входу блока регистрации.

Структурная схема интегрированной метки изображена на фиг.1. Структурная схема прибора опроса и обработки представлена на фиг.2.

Интегрированная метка содержит идентификационную метку 1 на поверхностных акустических волнах (ПАВ) и полупроводниковую метку 8.

Идентификационная метка 1 на ПАВ выполнена в виде пьезоэлектрической подложки 2, на которой расположены входной-выходной гребенчатый преобразователь 3, тонкая мембрана 7, набор 4 отражателей, в последнем ряду которых помещен отражатель 5 при рассмотрении от гребенчатого преобразователя 5 с большой отражающей способностью.

Полупроводниковая метка 8 размещена на пьезоэлектрической подложке 2, выполнена в виде колебательного контура, который состоит из параллельно соединенных индуктивности 9 и емкости 10 полупроводникового диода и связан с приемо-передающей антенной 6.

Прибор 11 опроса и обработки содержит последовательно включенные задающий генератор 12, первый перемножитель 14, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 12, первый узкополосный фильтр 15, второй усилитель 16 мощности, циркулятор 17, второй вход которого через первый усилитель 13 мощности соединен с выходом задающего генератора 12, а вход-выход связан с приемо-передающей антенной 18, полосовой фильтр 19, второй перемножитель 21, второй вход которого соединен с выходом фильтра 24 нижних частот, второй узкополосный фильтр 23, третий перемножитель 22, второй вход которого соединен с выходом полосового фильтра 19, фильтр 24 нижних частот, блок 26 сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом блока 25 памяти, первый ключ 27, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра 23, первый фазометр 30, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 12, и блок 32 регистрации, второй вход которого соединен с выходом фильтра 24 нижних частот. К выходу первого узкополосного фильтра 15 последовательно подключены второй ключ 28, второй вход которого соединен с выходом блока 26 сравнения, и второй фазометр 31, второй вход которого через третий узкополосный фильтр 29 соединен с выходом циркулятора 17, а выход подключен к третьему входу блока 32 регистрации. Второй 21 и третий 22 перемножители, второй узкополосный фильтр 23 и фильтр 24 нижних частот образуют демодулятор 20 ФМн-сигналов.

Электронный паспорт изделия работает следующим образом.

В приборе 11 опроса и обработки задающим генератором 12 формируется высокочастотное колебание

u₁(t)=U₁·cos(w₁t+φ₁), 0≤t≤T₁,

где U₁, w₁, φ₁, T₁ - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания,

которое после усиления в первом усилителе 13 мощности через циркулятор 17 поступает в приемо-передающую антенну 18 в качестве первого запросного сигнала.

Одновременно высокочастотное колебание u₁(t) поступает на два входа первого пермножителя 14, на выходе которого образуется следующее высокочастотное колебание:

u₂(t)=U₂·cos(w₂t+φ₂), 0≤t≤T₁,

где ;

w₂=2w₁;φ₂=2φ₁,

которое выделяется узкополосным фильтром 15 и после усиления в усилителе 16 мощности через циркулятор 17 поступает в приемо-передающую антенну 18 в качестве второго запросного сигнала.

Первый u₁(t) и второй u₂(t) запросные сигналы излучаются приемо-передающей антенной 18 в эфир, облучают интегральную метку и через приемо-передающую антенну 6 поступают на гребенчатый преобразователь 3 и колебательный контур 8. Причем резонансная частота гребенчатого преобразователя 3 настроена на частоту w₁, а резонансная частота колебательного контура 8 настроена на частоту w₂. Резонансная частота гребенчатого преобразователя 3 определяется расстоянием между электродами. Гребенчатый преобразователь 3 формирует в пьезоэлектрической подложке 2 акустические волны, которые распространяются по ее поверхности, проходят мембрану 7 и отражаются набором отражателей 4 и 5. Акустические волны, отраженные от набора 4 и 5 отражателей, опять преобразуются в сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн)

u₃(t)=U₃·cos[w₁t+φ_к(t)+φ₁+Δφ₁], 0≤t≤T₁,

где φ_к(t)={0; π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с внутренней структурой гребенчатого преобразователя 3;

Δφ₁ - фазовый сдвиг, обусловленный величиной изменения температуры окружающей среды.

Следует отметить, что тонкая мембрана 7 реагирует на температуру окружающей среды и не реагирует на давление, а полупроводниковая метка 8, наоборот, реагирует на давление и не реагирует на температуру.

На тонкую мембрану 7 воздействует температура, вызывающая ее деформацию. Скорость ПАВ в области мембраны 7 изменится, что вызывает и изменение фазы отраженной ПАВ в соответствии с деформацией мембраны.

При сжатии полупроводниковой метки 8 колебательный контур изменяет свою резонансную частоту за счет изменения межатомного расстояния. С увеличением сжатия (гидростатического давления) полупроводникового кристалла уменьшается межатомное расстояние, увеличивается перекрытие электронных орбит, что приводит к резкому увеличению электрической проводимости (переход полупроводник - металл) и изменению частоты колебательного контура на некоторую величину Δw (w₂+Δw, где w₂ - резонансная частота колебательного контура).

Таким образом, полупроводниковая метка 8 представляет собой электродинамическую пассивную структуру, которая при попадании в электромагнитное поле зондирующего сигнала u₂(t) прибора 11 опроса и обработки создает рассеянный радиосигнал с частотой w₂+Δw, которая выше частоты w₂ зондирующего сигнала на некоторую величину Δw, определяющую величину давления.

Так как между частотой и фазой существует интегрально-дифференциальная связь, то любые изменения частоты приводят к изменению фазы. Поэтому целесообразно использовать фазовые набеги, связанные с изменением величины давления.

Рассеянный полупроводниковой меткой радиосигнал

u₄(t)=U₄·cos[w₂t+φ₄+Δφ₂], 0≤t≤tТ₁,

где Δφ₂ - фазовый сдвиг, обусловленный силой давления на полупроводниковую метку,

вместе с радиосигналом с фазовой манипуляцией u₃(t) излучаются приемо-передающей антенной 6 в эфир, улавливаются приемо-передающей антенной 18 прибора 11 опроса и обработки и через циркулятор 17 поступают на входы полосового фильтра 19 и узкополосного фильтра 20. Причем частоты настройки w_н1 и w_н2 полосового фильтра 19 и узкополосного фильтра 29 выбраны следующим образом: w_н1=w₁, w_н2=w₂. Полосовым фильтром 19 выделяется сложный ФМн-сигнал u₃(t), который поступает на первые входы перемножителей 21 и 22. На второй вход перемножителя 22 подается опорное напряжение с выхода узкополосного фильтра 23

u₀(t)=U₀·cos(w₁t+φ₁+Δφ₁), 0≤t≤T₁,

на выходе перемножителя 22 образуется суммарное напряжение

u_∑(t)=U_н·cosφ_к(t)+U_н·cos[2w₁t+φ_к(t)+2φ₁+2Δφ₁],

где ;

из которых фильтром 24 нижних частот выделяется низкочастотное напряжение

U_н(t)=U_н·cosφ_к(t), 0≤t≤T₁,

которое пропорционально идентификационному коду изделия, на котором размещена интегральная метка.

Низкочастотное напряжение u_н(t) фиксируется блоком 32 регистрации и одновременно поступает на второй вход перемножителя 21. На выходе последнего образуется гармоническое колебание

u₅(t)=U₅·cos(w₁t+φ₁+Δφ₁)+U₅·cos(w_ct+2φ_к(1)+φ₁+Δφ₁]=U₀·cos(w₁t+φ₁+Δφ₁),

где ; 2U₅=U₀,

которое используется в качестве опорного напряжения, выделяется узкополосным фильтром 23 и подается на второй вход перемножителя 22.

Низкочастотное напряжение u_н(t) одновременно поступает на первый вход блока 26 сравнения кодов, на второй вход которого подаются идентификационные коды всех изделий, подлежащих исследованию. Если сравниваемые коды равны, то в блоке 26 сравнения кодов формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющие входы ключей 27 и 28, открывая их. В исходном состоянии ключи 27 и 28 всегда закрыты.

При этом гармоническое колебание u₅(t) с выхода узкополосного фильтра 23 через открытый ключ 27 поступает на первый вход фазометра 30, на второй вход которого подается высокочастотное колебание u₁(t). Фазометр 30 измеряет фазовый сдвиг Δφ₁, пропорциональный температуре изделия, фиксируется блоком 32 регистрации.

Гармоническое колебание u₂(t) с выхода узкополосного фильтра 15 через открытый ключ 28 поступает на первый вход фазометра 31, на второй вход которого с выхода узкополосного фильтра 29 подается гармоническое колебание u₄(t). Фазометр 31 измеряет фазовый сдвиг Δφ₂, пропорциональный давлению на изделие, фиксируется блоком 32 регистрации.

Таким образом, предлагаемый паспорт изделия по сравнению с базовым объектом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает дистанционное измерение температуры и давление исследуемого изделия, а также определение его идентификационного кода. Это достигается совместным использованием ПАВ-метки и полупроводниковой метки, размещенных на одной пьезоэлектрической подложке, т.е. интегральной метки, которая обеспечивает более полную характеристику исследуемого изделия, его электронный паспорт. Тем самым функциональные возможности известного устройства расширены.

Предлагаемое устройство относится к области радиотехники и может быть использовано в системах идентификации объектов. Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей ПАВ-метки путем ее использования совместно с полупроводниковой меткой, т.е. создание интегральной метки, которая обеспечивает более полную характеристику исследуемого изделия. Электронный паспорт изделия содержит интегральную метку и прибор опроса и обработки. Интегральная метка состоит из ПАВ-метки 1 и полупроводниковой метки 8, размещенных на одной пьезокристаллической подложке 2. Она содержит также входной-выходной гребенчатый преобразователь 3, набор отражателей 4 и 5, приемо-передающую антенну 6, мембрану 7, индуктивность 9 и емкость 10 полупроводникового диода. Прибор 11 опроса и обработки содержит задающий генератор 12, первый 13 и второй 16 усилитель мощности, первый 14, второй 21 и третий 22 перемножители, первый 15, второй 23 и третий 29 перемножители, циркулятор 17, приемо-передающую антенну 18, полосовой фильтр 19, демодулятор 20 ФМн-сигнала, фильтр 24 нижних частот, блок 25 памяти, блок 26 сравнения кодов, первый 27 и второй 28 ключи, первый 30 и второй 31 фазометры и блок 32 регистрации. 2 ил.

Электронный паспорт изделия, содержащий идентификационную метку, выполненную в виде пьезоэлектрической подложки, на которой расположен входной-выходной гребенчатый преобразователь, связанный с приемопередающей антенной, и набор отражателей, при этом идентификационная метка работает с поверхностными акустическими волнами для систем идентификации, в которых прибор опроса и обработки опрашивает идентификационные метки посредством беспроволочно передаваемого сигнала опроса и обрабатывает переданный от них обратно кодированный ответный сигнал, причем кодирование ответного сигнала задано количеством и положением отражателей метки, предусмотрен, по меньшей мере, один последующий отражатель с большой относительно отражательной способности определяющих кодирование отражателей отражательной способностью, отражатель с большой отражательной способностью является последним в ряду отражателей при рассмотрении от гребенчатого преобразователя, отличающийся тем, что он снабжен тонкой мембраной, размещенной между гребенчатым преобразователем и набором отражателей, и полупроводниковой меткой, размещенной на пьезоэлектрической подложке, выполненной в виде колебательного контура, который состоит из параллельно соединенных индуктивности и емкости полупроводникового диода и связан с приемопередающей антенны, причем прибор опроса и обработки выполнен в виде антенны, причем прибор опроса и обработки выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, первого узкополосного фильтра, второго усилителя мощности, циркулятора, второй вход которого через первый усилитель мощности соединен с выходом задающего генератора, а вход-выход связан с приемопередающей антенной, полосового фильтра, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, второго узкополосного фильтра, третьего перемножителя, второй вход которого соединен с выходом полосового фильтра, фильтра нижних частот, блока сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, первого ключа, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, первого фазометра, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, и блока регистрации, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, последовательно подключенных к выходу первого узкополосного фильтра второго ключа, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения кодов, и второго фазометра, второй вход которого через третий узкополосный фильтр соединен с выходом циркулятора, а выход подключен к третьему входу блока регистрации.