Носитель данных для идентификации объектов и способ управления им

 

Носитель данных для идентификации объектов, в частности газовых баллонов, содержит датчик данных и источник питания. При этом каждый носитель данных содержит по меньшей мере один отражатель высокочастотных сигналов, собственной частотой которого управляет датчик данных, причем характеристика собственной частоты содержит индивидуальную маркировку носителя данных в виде кода. Техническим результатом является снижение энергопотребления носителя с высокой дальностью считывания. 3 с.и 13 з.п.ф-лы, 10 ил.

Настоящее изобретение относится к носителю данных для идентификации объектов, в частности грузов, содержащему датчик данных и источник питания, а также к способу управления носителем данных.

Носители данных названного рода размещают, в частности, на транспортируемых объектах, с тем чтобы регистрировать их во время производственного процесса и использования. За счет этого можно управлять производственным процессом и транспортировкой или использованием этих объектов.

Примером подобных объектов являются газовые баллоны, используемые в Европе в количестве около 70 млн. штук, а в США - в количестве более 100 млн. штук, причем их наполняют на наполнительных установках, например, кислородом для медицинского оборудования и после этого транспортируют к потребителям. Пустые баллоны возвращают для повторного наполнения.

Поскольку газовые баллоны изготовлены из листовой стали, они могут поддерживаться в обороте в течение около 10 лет. Однако из-за различных путей оборота, различного назначения и различных отрезков времени использования потери газовых баллонов в год составляют порядка до 3% от всего имеющегося количества.

Для сокращения этих потерь известно, что газовые баллоны снабжают носителем данных, несущим индивидуальную маркировку, которую можно считывать бесконтактным путем и использовать для идентификации и слежения за газовыми баллонами.

Известные носители данных с питаемым от батарейки передатчиком данных имеют, однако, относительно высокое энергопотребление и из- за своей комплексной конструкции относительно дороги в изготовлении.

В качестве альтернативы этому было предложено снабдить носители данных индуктивно питаемыми передатчиками данных. Эти передатчики данных обладают, однако, небольшой дальностью действия, так что идентификация объектов возможна только на небольших расстояниях, из-за чего при транспортировке баллонов, например грузовыми автомобилями, возникают проблемы.

В основе настоящего изобретения лежит задача создания носителя данных для идентификации объектов, обладающего небольшим энергопотреблением и высокой дальностью считывания, а также способа управления им.

Эта задача решается, согласно изобретению, посредством носителя данных названного выше рода, который содержит, по меньшей мере, один отражатель высокочастотных сигналов, собственной частотой которого управляет датчик данных, и посредством способа управления носителем данных, при котором управление отражательной антенной осуществляют с периодическим повторением с помощью датчика данных, при этом продолжительность периода соответствует заданному промежутку времени, этот промежуток времени разделен, по меньшей мере, на два отрезка, и на первом отрезке собственную частоту отражательной антенны модулируют с помощью датчика данных таким образом, что посредством сканирующего устройства считывают индивидуальную маркировку, а на втором отрезке не происходит управления собственной частотой отражательной антенны.

Носитель данных согласно изобретению отличается небольшим энергопотреблением, поскольку он не содержит активного передающего элемента.

Способ управления носителем данных обеспечивает дальнейшее снижение энергопотребления и при одновременной эксплуатации нескольких носителей данных - уменьшение интенсивности блокирования и, тем самым, высокую вероятность распознавания.

Предпочтительно при этом, если, по меньшей мере, один отражатель сигналов носителя данных образован щелевой антенной. Это уменьшает до минимума воздействие на окружающую среду.

Оптимально далее, если щелевая антенна изготовлена из пластмассовой основы с металлическим покрытием, причем металлическое покрытие имеет щель. Это обеспечивает простое и экономичное изготовление.

Предпочтительна также форма выполнения изобретения, у которой для управления собственной частотой отражателя сигналов предусмотрен управляемый датчиком данных импеданс. Это исключает необходимость в подвижных деталях и уменьшает подверженность отражателя сигналов к помехам.

Предпочтительной является также форма выполнения изобретения по п. 5, поскольку за счет этого происходит особенно эффективная модуляция собственной частоты.

Форма выполнения изобретения, у которой носитель данных залит под давлением в синтетический материал, уменьшает опасность механических повреждений и повышает тем самым надежность.

Предпочтительно также, если несколько изогнутых в форме части окружности отражателей сигналов объединены в круговое кольцо, за счет чего носитель данных особенно простым образом может быть размещен на горлышке бутылки или газового баллона.

Предпочтительно также, если для считывания носителя данных предусмотрено сканирующее устройство с высокочастотным передающим устройством и высокочастотным приемным устройством, а также обрабатывающей схемой.

Предпочтительна форма выполнения способа согласно изобретению, когда продолжительность второго отрезка (В) времени во много раз больше продолжительности первого отрезка (А).

Предпочтительно также, если первый отрезок времени имеет синхронизирующий и контрольный сигналы. За счет этого можно снизить затраты на схему сканирующего устройства и уменьшить опасность ошибок сканирования.

Интенсивность распознавания повышается, если индивидуальная маркировка хранится в виде цифрового кода в датчике данных, этот код преобразуют в ортогональную последовательность импульсов, с помощью которой модулируют собственную частоту отражателя сигналов.

Интенсивность блокирования можно уменьшить за счет того, что в одной группе датчиков данных заданные промежутки времени имеют разную длительность, причем они преимущественно составляют каждый раз целочисленное кратное заданной продолжительности, и промежутки времени смещены по отношению друг к другу и/или за счет использования элементов управления временем с ограниченной точностью заданные промежутки (А и В) времени имеют разную продолжительность.

Изобретение более подробно поясняется с помощью чертежей, представляющих: фиг. 1 - блок-схема сканирующего устройства для носителя данных согласно изобретению; фиг. 2 - блок-схема носителя данных; фиг. За, 3b - схематичные изображения отражательных антенн; фиг. 4 - носитель данных для газовых баллонов; фиг. 5 - монтаж носителя данных на газовом баллоне; фиг. 6 - установка для идентификации газовых баллонов; фиг. 7 - временная диаграмма управления частотой отражательной антенны датчиком данных; фиг. 8 - временная диаграмма первого отрезка времени этого управления частотой; фиг. 9 - дополнение временной диаграммы из фиг. 8;
фиг. 10 - вероятность взаимных помех в течение времени считывания.

Сканирующее устройство на фиг. 1 содержит считывающее устройство 1, с помощью которого считывают код носителя 2 данных. Устройство 1 содержит высокочастотный передатчик 11, присоединенную к нему передающую антенну 12 и устройство 13 приема с приемной антенной 14. Носитель 2 данных содержит отражательную антенну 21.

Для повышения надежности распознавания может быть целесообразным оборудовать сканирующее устройство несколькими приемными 12 и передающими 14 антеннами и/или также несколькими ВЧ-передатчиками 11 и приемными устройствами 13, которые при необходимости могут работать на разных частотах.

Принцип действия сканирующего устройства следующий.

ВЧ-сигналы, передаваемые считывающим устройством 1 через передающую антенну 12, попадают к носителю 2 данных, причем они в том случае, если частота передаваемого сигнала совпадает с собственной частотой отражательной антенны 21 носителя данных 2, поглощаются ею, а в случае несовпадения частот отражаются в зависимости от различия в частотах. Поскольку собственная частота отражательной антенны 21 носителя данных модулируется в периодические промежутки времени посредством последовательности импульсов в соответствии с цифровым кодом носителя 2 данных, происходит считывание кода и, тем самым, индивидуальной маркировки соответствующего носителя 2 данных, благодаря чему можно идентифицировать соответствующий объект.

Носитель 2 данных, поясняемый с помощью фиг. 2, содержит отражательную антенну 21, датчик 22 данных, управляемый импеданс 23 и батарейку в качестве источника 24 питания.

Источник 24 питания может быть также реализован, например, индуктивно заряжаемым питающим контуром или фотогальваническим элементом.

Управляемый импаденс 23 управляется датчиком 22 данных, который снабжен индивидуальной маркировкой соответствующего носителя данных и питается от батарейки 24. За счет управляемого импаданса 23 происходит модуляция собственной частоты отражательной антенны 21 таким образом, что она либо в значительной степени совпадает с частотой передаваемого сигнала, либо значительно отличается от нее, причем индивидуальной маркировкой носителя данных является временная характеристика собственной частоты отражательной антенны 21.

Отражательная антенна 21 выполнена в виде щелевой антенны и более подробно поясняется с помощью фиг. За и 3b.

Щелевая антенна на фиг. 3a состоит из металлического листа 3 с щелью 31, длина которой составляет 1> , где - длина волны передаваемого сигнала. Между обоими краями щели 31 расположен емкостный диод, изменяющий электрически эффективную длину щели 31 и, тем самым, собственную частоту образованной металлическим листом щелевой антенны 3 в зависимости от приложенного напряжения.

В качестве альтернативы отдельному емкостному диоду управляемый импеданс может быть также реализован двумя емкостными диодами, которые по высокой частоте включены последовательно, а по низкой - параллельно.

На фиг. 3b изображен вариант выполнения щелевой антенны, у которой щель 31a проходит только по половине ее длины, причем управляемый импеданс, в частности емкостный диод 32, расположен на одном конце щели 31a.

Также за счет этого устройства происходит изменение электрически эффективной длины щели 31a в зависимости от напряжения на емкостном диоде или диодах.

Изображенный на фиг. 4 носитель 2 данных состоит из металлического кольца 4, по окружности которого выполнено три щели 41, образующих три отражательные антенны. Далее он содержит генератор 22 данных, питаемый от батарейки 24 в качестве источника питания и управляющий управляемыми импедансами 23, которые вставлены в щели 41 и присоединены к их продольным краям.

Управляемые импедансы 23 реализованы емкостными диодами и модулируют собственную частоту образованных щелями 41 отражательных антенн в соответствии с приложенным к ним напряжением, так что характеристика собственной частоты является индивидуальной маркировкой носителя данных. Эта информация передается дальше к отраженным антенной ВЧ-сигналам, поскольку отражательные свойства отражательной антенны, как известно, зависят от степени совпадения ВЧ-сигнала и собственной частоты антенны. За счет облучения отражательной антенны ВЧ-сигналом и приема отраженного ВЧ-сигнала можно на относительно больших расстояниях считывать индивидуальную маркировку носителя данных, причем энергопотребление носителя данных можно поддерживать на очень низком уровне.

На фиг. 5 изображен кругообразный носитель 2 данных для газовых баллонов 5, закрепляемый на их горловине. Благодаря выполнению с тремя отражательными антеннами 41 отражательные свойства, в основном, не зависят от направления, так что носитель данных может быть считан с любого направления и положение газового баллона во время считывания не играет роли.

Отражательная антенна 4 образована в данном примере металлическим листом, снабженным, по меньшей мере, одной щелью 41. Она может быть также реализована обычной печатной платой с металлическим покрытием.

Для повышения механической прочности отражательная антенна, датчик данных, батарейка и управляемый импеданс могут быть залиты в синтетический материал, причем необходимо обеспечить, чтобы эта оболочка не создавала помех ВЧ-полю, ухудшая функционирование носителя данных. В качестве альтернативы носитель данных может быть также заключен в обычный корпус, преимущественно из непроводящей пластмассы.

При считывании одновременно нескольких носителей данных и, тем самым, одновременном отражении ими сигналов наложение отраженных сигналов может привести к так называемому блокированию, т.е. невозможности расшифровки на одного отраженного сигнала. Это может произойти, например, при одновременной транспортировке нескольких газовых баллонов грузовыми автомобилями.

Способ управления носителями данных согласно изобретению снижает эту вероятность блокирования.

Как изображено на фиг. 7, частоту отражательной антенны датчика данных модулируют с помощью расположенного в нем устройства управления в течение периодически повторяющегося промежутка времени, причем этот промежуток времени разделен на два отрезка А и В. Значительно более короткий отрезок А составляет 1,771 мс, а отрезок В - 106,67-213,34 мс. В течение отрезка А происходит модуляция частоты отражательной антенны, в результате чего код соответствующего носителя данных, являющийся его индивидуальной маркировкой, считывается посредством соответствующего передающего и приемного устройств. В противоположность этому в течение отрезка В не происходит модуляции частоты отражательной антенны, в результате чего данные не считываются.

За счет контрольного сигнала в конце отрезка А можно повысить надежность распознавания. В этом случае отрезок А составляет 1,875 мс.

Как видно из фиг. 8, отрезок А разделен на два участка: А1 продолжительностью 104,2 мкс и А2 продолжительностью 1,667 мс, причем на участке А1 считывают управляющий сигнал, а на участке А2 - собственно код соответствующего носителя данных.

Как уже упомянуто, для повышения надежности распознавания можно предусмотреть еще третий участок в конце отрезка А продолжительностью, например, 104,2 мкс, содержащий дополнительный управляющий сигнал.

Как видно из фиг. 9, участок А2 содержит в начале синхронизирующий сигнал, образованный двумя импульсами продолжительностью 26,04 мкс. За ними следуют 63 блока сигналов, содержащих соответствующий код носителя данных.

В этом примере выполнения цифровые значения "0" образованы двумя импульсами продолжительностью 6,51 мкс, а цифровые значения "1" - одним импульсом продолжительностью 13,02 мкс, соответственно в течение промежутка времени 26,04 мкс.

Для считывания группы носителей данных служит передающее устройство, излучающее сигнал, который может быть отражен отражательными антеннами, причем отраженные сигналы регистрируют приемным устройством. Временные отрезки А, в течение которых происходит модуляция собственной частоты отражательных антенн отдельных носителей данных, значительно короче временных отрезков В, в течение которых не происходит частотной модуляции отражательных антенн.

При этом таймеры для устройств управления отдельными носителями данных могут быть приведены в действие в разное время. К тому же временные отрезки В разных носителей данных имеют разную продолжительность. Наконец, вследствие неточностей содержащихся в отдельных носителях данных таймеров, временные отрезки А и В в разных датчиках времени не совершенно одинаковы, а с течением времени все больше отличаются друг от друга. Из-за всех этих факторов очень мала вероятность того, что временные отрезки А двух носителей данных в течение периода считывания совпадут, вследствие чего может возникнуть блокирование. Вероятность того, что носители данных будут создавать взаимные помехи, уменьшается с числом периодов считывания, в течение которых происходит процесс считывания.

Диаграмма на фиг. 10 показывает в процентах, у группы из 12 носителей данных, вероятность помех вследствие одновременного возникновения считывающих сигналов в течение промежутка времени считывания. При этом в основу положены отрезки времени согласно примеру выполнения из фиг. 7.

Формула изобретения

1. Носитель данных для идентификации объектов, в частности грузов, содержащий датчик данных и источник питания, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере один отражатель (21) высокочастотных сигналов, собственной частотой которого управляет датчик (22) данных.

2. Носитель данных по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один отражатель (21) сигналов образован щелевой антенной (3).

3. Носитель данных по п.2, отличающийся тем, что щелевая антенна (3) изготовлена из пластмассовой основы с металлическим покрытием, причем металлическое покрытие имеет щель.

4. Носитель данных по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что для управления собственной частотой отражателя (21) сигналов предусмотрен управляемый датчиков (22) данных импеданс (23).

5. Носитель данных по п.4, содержащий щелевую антенну (3) по п.2, отличающийся тем, что управляемый импеданс образован двумя емкостными диодами, расположенными между обоими продольными краями (31) щелевой антенны (3) таким образом, что они по высокой частоте включены последовательно, а по низкой частоте - параллельно.

6. Носитель данных по одному из пп.1 - 5, отличающийся тем, что источник питания выполнен в виде батарейки (24), в частности литиевой.

7. Носитель данных по одному из пп.1 - 5, отличающийся тем, что источник питания выполнен в виде фотогальванического элемента.

8. Носитель данных по одному из пп.1 - 7, отличающийся тем, что он залит в синтетический материал.

9. Носитель данных по одному из пп.1 - 8, отличающийся тем, что несколько изогнутых в форме части окружности отражателей (41) сигналов объединены в круговое кольцо.

10. Сканирующее устройство для считывания носителя данных по одному из пп. 1 - 9, отличающееся тем, что предусмотрены высокочастотное передающее устройство (11) и высокочастотное приемное устройство (13), а также обрабатывающая схема оценки.

11. Способ управления носителем данных по одному из пп.1 - 9, отличающийся тем, что управление отражательной антенной осуществляют с периодическим повторением с помощью датчика данных, при этом продолжительность периода соответствует заданному промежутку времени, этот промежуток времени разделен по меньшей мере на два отрезка (А, В), и на первом отрезке (А) собственную частоту отражательной антенны модулируют с помощью датчика данных таким образом, что посредством сканирующего устройства считывают индивидуальную маркировку, а на втором отрезке (В) не происходит управления собственной частотой отражательной антенны.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что временная длина второго отрезка (В) во много раз больше временной длины первого отрезка (А).

13. Способ по п.11 или 12, отличающийся тем, что начало первого отрезка (А) отмечают посредством синхронизирующего сигнала, а конец - посредством контрольного сигнала.

14. Способ по одному из пп.11 - 13, отличающийся тем, что индивидуальная маркировка каждого носителя данных хранится в виде цифрового кода в датчике (22) данных, при этом код преобразуют в ортогональную последовательность импульсов, с помощью которой модулируют собственную частоту отражателя (21) сигналов.

15. Способ по одному из пп.11 - 14, отличающийся тем, что в каждой группе датчиков данных заданные промежутки времени имеют разную длительность, причем они составляют каждый раз преимущественно целочисленное кратное заданной продолжительности, и промежутки времени смещены по отношению друг к другу.

16. Способ по пп.11 - 15, отличающийся тем, что за счет использования элементов управления временем с ограниченной точностью заданные промежутки (А, В) времени имеют разную длительность.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10