[發明專利]一種無需校準的RFID標簽傳感系統及方法

有效

• 申請號: 202010063581.9
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111275147B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 李涵雄;張旭
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06K17/00
• 分類號: G06K17/00;G06K7/10;G06K19/07
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 肖云

本發明公開了一種無需校準的RFID標簽傳感系統及方法，系統包括：控制終端、讀寫器以及具有Auto Tune的RFID標簽；讀寫器用于向RFID標簽發送Auto Tune關閉和打開指令，并接收RFID標簽分別在Auto Tune關閉狀態和Auto Tune打開狀態下，反射的第一傳感信息和第二傳感信息、以及獲取RFID標簽的Memory value值；控制終端用于根據不同的Memory value值所對應的輸入并聯電容值對若干個傳感狀態進行劃分、以及根據第一傳感信息、第二傳感信息、以及Memory value值獲取傳感狀態。通過本發明提供的系統和方法，讀寫器與RFID標簽之間無需固定位置，控制終端通過RFID標簽返回的相位、幅度等傳感信息以及Memory value值，即可獲取對應的傳感狀態。

技術領域

本發明涉及RFID技術領域，特別涉及一種無需校準的RFID標簽傳感系統及方法。

背景技術

在過去的數十年中，無源超高頻射頻識別(UHF RFID)技術已廣泛應用于實時庫存，工業自動化和僅需要識別功能的識別。在過去的幾年中，大量的工作嘗試為RFID增加傳感功能，主要通過兩種不同的架構來實現無源RFID傳感，分別是數字方式和模擬方式，如下表1所示：

表1

在模擬RFID傳感器中，天線的阻抗(Z_ant)會隨著標簽附近的電磁條件(介電常數，磁導率，電導率)以及環境(拉伸、壓縮、彎曲引起的天線結構變化而變化，膨脹等)。到目前為止，RFID傳感器標簽已原型化用于溫度感測，位移感測，填充液位感測，應變和裂紋感測，彎曲感測和表皮感測。基本的模擬方式RFID傳感器工作如圖1所示。

以溫度傳感為例，圖2展示了RFID模擬傳感器貼合溫度變化的環境，讀寫器根據反射信號的幅度、相位和頻偏信息獲得對應的溫度信息，實現溫度傳感。

雖然模擬方式RFID傳感器在多個領域被驗證可行，但是需要額外的校準這一問題極大地限制了模擬方式RFID傳感器的廣泛應用。

當以反射信號相位作為傳感時，令環境變量為Ψ，則讀寫器獲取的反射信號相位為：

其中，表示在環境為Ψ時，讀寫器獲取信號的相位值，-2k₀r表示讀寫器與標簽距離造成相位值，表示讀寫器天線與標簽天線的極化匹配情況造成的相位值，表示由于天線阻抗Z_A[Ψ]所造成的相位值。

從的表達式可以看到，為了實現傳感，需要固定讀寫器與標簽的距離和相對位置，即固定才能將與Ψ建立一一對應關系實現傳感。讀寫器與標簽的相對位置發生變化時，需要額外的校準才能獲得正確的傳感值。

當以反射信號的幅度為傳感指標時：

其中，P_R←T[Ψ]表示環境為Ψ時，讀寫器收到反射信號的幅度，P_av表示天線獲取的功率，d表示讀寫器與標簽的距離，G_R(Θ,φ)表示讀寫器的天線增益，G_T(Θ,φ)表示標簽天線的增益，η_p表示極化失配系數，τ[Ψ]表示天線與芯片的能量傳輸系數。同相位傳感同理，需要固定讀寫器與標簽的相對位置。

τ[Ψ]＝1-|S_chip[Ψ]|²

芯片通常有兩個阻抗，分別是吸收阻抗Z_abs，以及反射阻抗Z_ref，對應的反射系數為：