[發(fā)明專利]用于計(jì)算RFID標(biāo)簽與界面之間的距離的定位裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380012852.6
• 申請日: 2013-03-06
• 公開（公告）號: CN104160301B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蒂埃里·托馬斯;弗朗索瓦·弗拉薩蒂
• 申請（專利權(quán)）人: 原子能和替代能源委員會
• 主分類號: G01V15/00
• 分類號: G01V15/00
• 代理公司: 北京柏杉松知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11413
• 代理人: 王春偉,劉繼富

本發(fā)明涉及對埋藏的、淹沒的或難接近的物體進(jìn)行定位，且特別地涉及通過激活附著在物體上的RFID型標(biāo)簽來對這些物體進(jìn)行定位。本發(fā)明被證明對塑料管的定位是尤其有利的。

對于位于表面的人來說，埋藏的或淹沒的物體的定位通常很復(fù)雜。特別是為了進(jìn)行工作以訪問水管或氣體管道、或者避免損壞它們、或者更新網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，這樣的定位被證明是必要的。由于規(guī)劃的可靠性的缺乏、由于這些規(guī)劃的遺失、或由于管的不受控制的移動(例如地層運(yùn)動或土木工程之后)，在定位管時(shí)僅基于規(guī)劃作出的定位通常被證明是不可用的。

由于沒有對管的直接訪問，已經(jīng)對一定數(shù)量的程序進(jìn)行了微調(diào)以促進(jìn)這些程序從表面的有效定位。已知的定位程序特別地在于事先在重要的地點(diǎn)處將RFID標(biāo)簽固定到管，然后在于通過使用與這些標(biāo)簽相關(guān)聯(lián)的閱讀器從表面對這些標(biāo)簽進(jìn)行定位。

通過確定各個標(biāo)簽的水平位置和深度，尤其可以對地下管網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行三維重建。標(biāo)簽在網(wǎng)絡(luò)的奇異點(diǎn)處(例如在管分支或彎曲的水平處)的存在有利于其規(guī)劃的重建。已知在閱讀器和RFID標(biāo)簽之間有幾種通信模式。在這類系統(tǒng)中，通過閱讀器和一個或更多個標(biāo)簽之間的射頻磁場來建立連接。

尺寸為通信頻率的波長一半等級的高頻和超高頻輻射天線型天線對磁場分量和電場分量都敏感。閱讀器和標(biāo)簽之間的通信非常依賴于標(biāo)簽的天線結(jié)構(gòu)和閱讀器的天線結(jié)構(gòu)。此外，考慮到涉及的距離大于電磁場的波長并具有在其中埋藏標(biāo)簽的介質(zhì)的電磁特性，超高頻導(dǎo)致更復(fù)雜和更易于被干擾的電磁場模式圖。介質(zhì)的水分還引起增大的波吸收。因此嚴(yán)重影響了定位的可靠性。

由于這些限制，感應(yīng)型天線的使用有利于這類應(yīng)用。例如閱讀器和RFID標(biāo)簽之間的通信在標(biāo)準(zhǔn)ISO15693和ISO18000-3中定義為13.56MHz頻率。

在感應(yīng)天線的情況下，閱讀器的天線和標(biāo)簽的天線之間的相互作用可以通過電感耦合方程(利用準(zhǔn)靜態(tài)方法和互感計(jì)算的使用)來描述。電感耦合通過互感引起閱讀器和標(biāo)簽之間的能量轉(zhuǎn)移。

在標(biāo)簽的表面上，標(biāo)簽的線圈導(dǎo)電電路使由閱讀器的天線產(chǎn)生的磁場的通量流出。該通量的時(shí)間變化在該線圈電路內(nèi)產(chǎn)生稱為e.m.f(電動勢)的感應(yīng)電壓。該電壓被整流并通常用于為標(biāo)簽的運(yùn)行供能。

天線的線圈電路表現(xiàn)出感應(yīng)。通過將該感應(yīng)與添加以形成并聯(lián)諧振器的電容元件相關(guān)聯(lián)來利用該感應(yīng)。于是，跨過該諧振器的端子可獲得的電壓是由過電壓系數(shù)(整體上與諧振器的品質(zhì)系數(shù)對應(yīng))引起的電壓的產(chǎn)物，從而使得能夠?qū)?biāo)簽的集成電路供電。RFID識別標(biāo)簽的集成電路的遠(yuǎn)程供電需要最小電壓(和功率)來運(yùn)行，該最小電壓(和功率)通常為幾伏峰值和幾百微瓦的等級。因此，存在施加到標(biāo)簽的天線的最小磁場值，超過該最小磁場值標(biāo)簽工作并可以響應(yīng)閱讀器的請求。

為了實(shí)現(xiàn)從標(biāo)簽到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸，標(biāo)簽調(diào)整其跨過天線電路的端子表現(xiàn)出的阻抗。由于電感耦合，由閱讀器檢測到這種阻抗的變化。

已知一定數(shù)量的檢測方法，其中，工作人員使用RFID閱讀器來獲得地下的RFID標(biāo)簽的定位。

檢測區(qū)域旨在表示其中RFID標(biāo)簽可被閱讀器讀取的體積(或引申開來地面區(qū)域)。如果閱讀器的天線的中心在該體積內(nèi)部，則可以與標(biāo)簽通信，而如果天線的中心在該體積外部，則不可以與標(biāo)簽通信。檢測區(qū)域的幾何結(jié)構(gòu)(形狀和尺寸)取決于標(biāo)簽的特性(位置和靈敏度)和閱讀器的天線的特性，以及由該天線產(chǎn)生的磁場水平。

在專利JP2005181111中，RFID標(biāo)簽固定在埋藏的管上。閱讀器在其位于檢測區(qū)域中時(shí)通過與標(biāo)簽通信來定位標(biāo)簽。因此，閱讀器重新獲得事先存儲在標(biāo)簽中的深度信息項(xiàng)?；陂喿x器布置在檢測區(qū)域中的事實(shí)，閱讀器以近似的方式確定標(biāo)簽的水平位置。

這種定位方法被證明是關(guān)于水平位置比較不精確的，并且不能確定標(biāo)簽的有效深度。因此，在各種事件的影響之下地面再造或管移動的情況下，重新獲得的深度信息項(xiàng)被證明是不精確的，對于壽命通常在30到50年的管，這種變化被證明是相當(dāng)可能的。

另一種已知的定位方法是基于閱讀器和低頻(80到120kHz)RFID標(biāo)簽之間的通信的，并且感應(yīng)型天線的使用有利于這類應(yīng)用。低頻對應(yīng)于遠(yuǎn)大于定位距離的波長。這種方法通常利用配有簡單諧振器并且不含電子芯片的標(biāo)簽來實(shí)施。標(biāo)簽的諧振器產(chǎn)生與由閱讀器的天線產(chǎn)生的一次磁場成比例的二次磁場。