用于埋入深处的物品的识别传感器制造技术

一种用于RFID型无线通信和非接触式识别系统的应答器，其旨在附连在埋入式物品上(或附连在埋入式物品附近)，所述应答器包括：‑一组天线区段(200x)，其由构成至少一个第一天线元件(203‑1)和至少一个第二天线元件(203‑2)的导电体组成；‑印刷电路，其包括RFID芯片和至少一个调谐电容器(202x)；以及连接器(281)，其允许所述天线区段的电连接。

Identification Sensors for Submerged Objects

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于埋入深处的物品的识别传感器
本专利技术涉及专用于埋入式结构的RFID识别传感器领域，具体地涉及适用于深处的RFID识别传感器。
技术介绍
现如今，允许水、气、电力和通讯分布的基础设施和网络已经明显增多。安全、规章和立法约束使得能够精确定位这些埋入式结构变得有必要。继续检测和/或识别这些元件的兴趣变得明显，并且已经开发了第一技术，以允许对埋入式结构进行检测或RFID类型识别(射频识别)。由COMMISSARIATAL'ENERGIEATOMATIQUEETAUXENERGIESALTERNATIVES于2011年6月14日提交的国际专利申请WO2011157941提出了一种湿式天线，所述湿式天线可以用于实现用于埋入物品的检测器/RFID应答器RFID。本申请的教导是针对关于外部环境的容差问题的第一重要步骤。图9中示出了对此已知天线的操作：一组环(300t、300d)印刷在薄基板上。顶部环(300t)面向底部环(300d)。由于面对面的环之间的短距离，所实现的布置引起示出非常重要的分布式电容(380)。当天线区段(300t、300d)构成电感器时，充当天线的调谐能力的是此电容。Moebius环和分布式电容(380)的实施方式允许对由于外部环境而产生的变化的相对免疫性。然而，所述过程对制造过程仍然非常敏感。实际上，分布式电容是三个直接参数的函数：每个区段(300t)和(300d)的宽度、每个区段(300t)和(300d)之间的基板的厚度以及其间的这些区段的对齐。最后，第四间接参数是所述基板的介电常数值，所述值可以根据含水量和温度变化。然后，关于制造成本，所实施的过程需要基板的强制性存在，所述基板必须采用金属履带双面印刷。就其本身而言，本专利申请的申请人提交了专利申请WO2012/062471，其目的是涉及一种装配有识别传感器或RFID标签的聚合物管。一般来说，应该想到无线通信和非接触式识别技术，也被称作RFID，更具体地涉及HF场技术(本实例中13.56MHz)，对于这种技术，通信基本上是基于磁场的。在此频率范围内，读取距离一般小于1米。然后，系统由发射器(主动部分，是电力发电机)和应答器(被动部分，无线地接收电力)组成。如图1和图2中分别所示，RFID应答器通常包括串联连接(图1)或并联连接(图2)的至少三个元件构成，即天线(100)、RFID芯片(101)和电容器(102)。天线(100)由一个或多个环组成，所述环用于收集由位于地面上的RFID发射器产生的电磁发射功率的一部分。在这一点上，天线具有允许激活RFID芯片的最小区域。实际上，此表面与由接收器对最小电磁功率的感测相对应，所述最小电磁功率与被发射的最大电力、检测距离和RFID芯片的功率需求有关。环的数量将关于RFID芯片的最小激活电压确定。天线具有指定的电感器Lant。此电感值是天线的几何函数。举例来说，由N个连续的或重叠的环构成的圆形天线的近似值如下，所述环的半径为R且线径为a：并且μ0＝4π*10-7其中In是纳氏对数。RFID芯片可以被比作标记为Ctag的电容器。说明性值为大约20pF(20*10-12F)。所述布置必须在与信号频率接近的频率处共振，并且如技术人员已知的，确定共振频率的方程是：其中Cacc＝C102+Ctag针对图1(并联耦合)或针对图2(串联耦合)。Cacc与共振系统的调谐能力相对应。如果Lant由天线的几何结构设置，则f0由系统设置，并且仍旧只使用Cacc作为调节参数。此值由已知公式给出：可以使用其它技术，如图3和图4所示，其中可以看到RFID芯片101通过耦合器103与共振电路隔离开。此外，应注意的是，为了减小频率偏移(由于温度变化、容差分散或布置了应答器的环境而引起的分量值的偏移)的影响，传统设计需要使用相对低的品质因数(一般大约30到40)。然而，天线表面区域和/或环数增加越多，Lant就增大越多，品质因数与Lant成比例，后者也会增大，直至出现问题。对遇到的与RFID标签大规模工业化相关的新问题的陈述如上所述，用于埋入式结构的RFID标签的实施方式需要使RFID标签对潮湿环境不敏感，而上述专利申请WO2011157941已经大大解决了这一问题。然而，考虑大规模生产用于埋入物品的RFID标签的新问题对于制造商似乎至关重要。实际上，当Lant增大时(即表面增大或环数增加)，会观察到Cacc必须减小，以维持频率f0处的电路共振。对于一个给定实施方式，如果Lant＝11μH(11*10-6H)，其中例如，f0＝13.56MHz(13.56*106Hz)，则Cacc＝12.52pF。然后，可以看到实际上不可能使电路的部件并联，如图1所示。只可能继续保持如图2所示的串联，根据技术人员所熟知的公式，需要C102＝33.5pF，但是这样做时，且仍然根据所熟知的公式，我们加入了由Ctag，C102形成的分压器桥。在实例中，这引入了端101处的大约三分之一的电压降，然后降低应答器的检测能力。当考虑所需部件(即，所需的额外耦合器)时或从制造角度考虑，为了定位装配有耦合元件的预置芯片，使用图3和图4中所示的耦合方法，例如，如在TAGSYS于2006年7月5日提交的美国专利2009/0027208中所描述的，可以改善所述情形，但是对于大规模工业化，代价相对较高。另外，应答器的总效率会由于耦合器的存在而降低，由于后者的固有效率。此外，已经发现没有一个所述已知解决方案，尤其是上述专利申请WO2011157941中所描述的前述解决方案，使得能够保证调谐频率的良好的容差。可见，此频率f0将取决于三个不同的直接参数：环(100、200x)的制造过程(影响电感值)、调谐电容器(102、202x)的容差以及最后寄生电容(280x、201的能力)的容差。第四参数间接地是操作温度，与标称温度(通常25℃)相比，所述温度将围绕不同的值-特别是能力漂移。对由于温度引起的变化已经进行了测量，并且如图8b所示，并且可以观察到在0℃到40℃范围内频率偏移为大约140Khz。如果考虑部件值的容差，则例如调谐电容的标称值的2％的变化就会引起共振频率上130kHz的变化。总之，在不考虑其它影响(尤其是环境产生的影响)的情况下，共振频率的最小可能变化为270kHz。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是提供用于埋入深处——多达至少三米——的RFID芯片的检测装置以检测和识别埋入式结构。本专利技术的另一目的是提供用于检测RFID芯片的检测装置或应答器，其具有高品质因数(大约100)，同时允许谐振频率的大容差，例如，允许约400kHz的漂移。本专利技术的第三目的是提供制造成本低的应答器，其与其它已知的解决方案相比具有更好的能效。本专利技术的第四目的是提供适用于旨在被埋入的结构的RFID标签的应答器，所述应答器包括确保信号的接收、响应信号的重传、频率调谐以及由RFID芯片执行的信号处理的所有组件，同时允许谐振频率的最小为270kHz的可能变化。本专利技术的第五目的是在以下意义上并且在允许的气候条件的范围内改进制造RFID标签的工艺：通过允许调谐频率的更大容差，达到允许分量(分量的标称值……)和导体实施方式(布局、绝缘体的性质……)两者具有更大灵活性的实现方式，因为RFID标签在0℃到40℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于RFID型无线通信和非接触式识别系统的应答器，其被配置成附连到旨在被埋入的结构，所述应答器包括：一组天线区段，其由构成至少第一天线元件(203‑1)和至少第二天线元件(203‑2)的电线组成，连接器(281)，其包括RFID芯片和至少一个调谐电容(202x)以及耦合装置，所述耦合装置允许所述天线区段的电耦合；其特征在于，所述天线区段以小于3mm，并且优选地小于1mm的距离被布置成彼此靠近，以允许出现能够扩宽RFID谐振频率的容差带的耦合能力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.23 FR 16/013921.一种用于RFID型无线通信和非接触式识别系统的应答器，其被配置成附连到旨在被埋入的结构，所述应答器包括：一组天线区段，其由构成至少第一天线元件(203-1)和至少第二天线元件(203-2)的电线组成，连接器(281)，其包括RFID芯片和至少一个调谐电容(202x)以及耦合装置，所述耦合装置允许所述天线区段的电耦合；其特征在于，所述天线区段以小于3mm，并且优选地小于1mm的距离被布置成彼此靠近，以允许出现能够扩宽RFID谐振频率的容差带的耦合能力。2.根据权利要求1所述的应答器，其特征在于，所述天线区段被同心地布置在同一平面中并且电连接到所述连接器(281)，其中两个紧邻的天线区段以小于3mm的距离，并且优选地1mm的距离布置，以允许出现能够扩宽RFID谐振频率的容差带的耦合电容器。3.根据权利要求1所述的应答器，其特征在于，所述天线区段具有彼此重叠的平面，其中两个紧邻的天线区段以小于3mm的距离，并且优先地小于1mm的距离定位，从而允许出现能够扩宽RFID谐振频率的容差带的耦合电容器。4.根据权利要求1所述的应答器，其特征在于，所述天线区段被布置以便形成扭曲物(282)，从而允许出现能够扩展RFID谐振频率的容差带的耦合能力。5.根据权利要求1所述的应答器，其特征在于，所述天线区段在具有两个或更多个导体的同一导体电缆内以两个或更多个进行分组，以便在所述天线区段中的每一个之间显示出介于50pF/m与75pF/m之间的线性电容。6.根据权利要求1所述的应答器，其特征在于，其包括印刷电路，所述印刷电路包括用于连接三个天线区段(701、702、703)的连接器(281)，所述连接器(281)包括：第一输入电极(284-1)、第二输入电极(284-2)和第三输入电极(284-3)，其用于分别连接第一天线区段(701)、第二天线区段(702)和第三天线区段(703)的第一端；第四输出电极(285-1)、第五输出电极(285-2)和第六输出电极(285-3)，其用于连接所述第一天线区段(701)、所述第二天线区段(702)和所述第三天线区段(703)的第二端；其特征在于，所述集成电路包括：第一电路(286-3)，其用于经由RFID芯片将所述第一输入电极(284-1)连接到所述第六输出电极(285-3)；第二电路(286-1)，其用于将所述第二输入电极(284-2)连接到所述第四输出电极(285-1)；第三电路(286-2)，其用于经由电容(202x)将所述第三输入电极(284-3)连接到所述第五输出电极(285-2)。7.根据权利要求6所述的应答器，其特征在于，所述第一天线区段(701)、所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·勒巴斯特，T·尼温，M·帕洛马雷斯，
申请(专利权)人：艾略特创新解决公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR