专利名称：Rfid应答器和方法
技术领域：
本发明涉及RFID应答器，并且更加具体地涉及包括RFID模块和塑料封罩的RFID应答器，该RFID模块包括IC以及匹配和耦合元件。
背景技术：
挂锁和封条在传统上被用于识别特定物体和用于鉴别。挂锁或者封条应该防止复制物体，例如容器、各种金属车等。挂锁或者封条应该难以复制并且不可能无任何视觉损坏 地打开。在挂锁中，存在一种以使其不能被打开的这种方式设计的锁具机构。该锁具应该具有一种非常坚固的机构，该机构如此坚固以至挂锁在正常使用中并不解体，但是另一方 面，如果任何人试图打开它，则它应该容易地断裂。因此，使用两个独立的锁定机构一个是 由金属制成的并且另一个是由塑料制成的。如果任何人试图偷窃挂锁，则由塑料制成的一 个应该断裂。挂锁具有难以复制的很多细节。金属部件具有一些复杂的标记。塑料部件具有使 得注塑成型是困难的和昂贵的细节。它们还具有一些识别信息如条形码和可视数字。即使 挂锁具有几个安全性特征，也能够进行复制。RFID应答器能够被用于防止复制并且还用于 后勤中的自动跟踪。RFID应答器具有微芯片或者IC，微芯片或者IC具有逻辑电路和存储器。一个唯 一的标识号被存储到IC存储器。复制这种IC是极度困难和昂贵的。RFID应答器要求被用 于从读出器场收集能量的天线。天线还在RFID IC和读出器装置之间发射和接收数据。天 线的效率将对于RFID应答器的识别范围具有直接效果。挂锁和封条具有一些金属部件从而实现足够坚固的结构。金属部件可能如此之 大，以至没有用于实际RFID标签天线的任何空间。如果在挂锁或者封条中集成适当地工作 的天线，则它的尺寸变得非常大。增加的尺寸将使得挂锁或者封条对于机械冲击更易损坏。 大的挂锁或者封条可以在各种位置中被更加容易地固定，并且锁定机构变得非常昂贵。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种RFID应答器从而减轻以上缺点。利用其特征在 于独立权利要求所述的一种RFID应答器和一种方法实现了本发明的目的。在从属权利要 求中公开了本发明的优选实施例。本发明是基于利用微小RFID模块替代传统RFID应答器的大天线的思想。RFID模 块被联结到挂锁或者封条的金属部件，并且RFID应答器利用其中它被作为天线联结的金 属物体。本发明的RFID应答器的一个优点在于，仅仅需要挂锁或者封条在机械方面作出 微小改变。挂锁或者封条的尺寸实际上保持相同。
在下面，将参考附图利用优选实施例更加详细地描述本发明，其中图1是被联结到花卉托盘的、根据本发明的两个RFID应答器的概略视图；图2是本发明的概略视图；图3是在打开(在联结之前)和关闭(在联结之后)位置中的、根据本发明的RFID 应答器的第二实施例的概略视图；图4是根据图3的RFID应答器及其已被分离的主要构件的概略视图；图5是根据本发明的RFID应答器的第三实施例的概略视图；图6a是以上示出的根据本发明的RFID应答器的第四实施例的概略顶视图；图6b是根据图6a的RFID应答器的概略侧视图；图7是在插入钩子之前根据本发明的RFID应答器的第五实施例的概略截面；图8是在插入钩子之后根据图7的RFID应答器的概略截面；图9是根据图7的RFID应答器在其锁定位置中的概略截面；图10是根据本发明的组装工艺的概略流程图；图11是在根据图10的组装过程中使用的检查系统的概略视图；图12是根据本发明的RFID应答器的第六实施例的概略视图；并且图13a是根据本发明的RFID应答器的实施例的细节的概略视图；图13b是根据本发明的RFID应答器的实施例的另一细节的概略视图。为了清楚起见，在图中简化地示出本发明。利用相同的附图标记标注类似的部件。
具体实施例方式图1是被联结到用作花卉托盘的金属车的、根据本发明的两个RFID应答器的概略 视图。RFID应答器是包括钢钩2的挂锁。钢钩2被联结到花卉托盘的特殊环体3。环体3 被固定到金属物体4，金属物体4是花卉托盘的钢体。花卉托盘还具有胶合底板和用于移动 的轮子。花卉托盘的钢体(或者任何其它金属物体4)用作大天线。金属物体4的尺寸可 以是若干个波长。在本发明中，金属物体被用作天线，并且包括钢钩的挂锁机构形成到RFID 应答器的RFID模块的电磁传输线路5。RFID应答器1的RFID模块被联结到传输线路5的端部。在该实施例中，传输线路 5由钢钩2和环体3构成。RFID模块可以具有到传输线路5的流电(galvanic)连接，或者 它可能以电容方式或者电感方式耦合。RFID模块包含RFID IC以及匹配和耦合元件。匹配元件使得RFID模块在特定频 率下共振。通常，必须利用RFID模块电感补偿IC的电容。 耦合元件可以是板电容器或者流电连接。传输线路5可以直接地耦合到匹配元件 的电感。RFID应答器优选地是无源的或者半无源的应答器。无源RFID应答器并不具有电池或者任何其它电源。它从读出器装置的辐射EM场获取所需电力。换言之，它从读出器场 获得所有能量。因此，应答器具有长的生命周期。半无源RFID应答器或者电池辅助无源标签(BAP)在内部具有电池或者某种其它电源。电源改进了 RFID应答器的性能，因为电路的逻辑和存储器部件能够无需从读出器场 获取能量而进行操作。这将增强读出距离并且还改进识别可靠性，因为系统的链路余量得 以改进。传感器和其它能量消耗特征也能够被添加到半无源RFID应答器。图2是本发明的概略视图。如图2所示，金属物体4能够包含多于一个RFID挂锁， 因为RFID空中接口协议能够应对通信碰撞。由此，能够同时地识别带有RFID挂锁的多个 金属物体，即使它们是成堆的或者被以另一种方式连接。能够在几乎任何类型的金属物体4中使用相同的RFID挂锁、封条或者模块。RFID 模块能够是非常小的。这种RFID应答器并不是非常选频性的，因为天线不是通常共振的。 金属物体4只是需要足够大以从读出器场收集所需量的能量。如果在天线即金属物体4和 RFID模块之间的传输线路5被良好地优化(低损耗)，则该模块可以远离读出器天线。
图3是在打开(在联结之前)和关闭(在联结之后)位置中、根据本发明的RFID 应答器的第二实施例的概略视图，并且图4是根据图3的RFID应答器及其已被分离的主要 构件的概略视图。RFID应答器是包括塑料封罩6和在塑料封罩6内布置的塑料核芯7的挂 锁式的应答器。借助锁定弹簧8，由金属制成的钩子2可以被锁定于关闭位置中。在由此为 了所有的目的通过引用而被以其整体并入的文献EP 1522058中公开了 RFID应答器的上述 机械结构。该EP文献公开了一种包括中空外罩、保持装置和闭合托架的安全锁具。已经在 外罩的内部和/或在保持装置处形成弹性卡扣装置，该弹性卡扣装置在它的已被插入状态 中将保持装置与外罩互锁。该安全锁具进一步包括在保持装置和闭合托架之间布置的卡扣 装置，该卡扣装置在它的闭合状态中将闭合托架与保持装置锁定，从而在没有同时地破坏 它时，该安全锁具不能够被打开。除了上述机械结构，图3和4所示的RFID应答器1包括在RFID应答器的外部表 面上布置的条形码和视觉标记，以及RFID模块10。RFID模块10被弯曲成C形。显然RFID 模块10还可以具有某种其它形状。图5是根据本发明的RFID应答器的第三实施例的概略视图。RFID模块10在塑 料核芯7上弯曲。RFID模块10包括自身全部已知的IC 13、耦合元件14和阻抗匹配元件 15。图6a是以上示出的根据本发明的RFID应答器的第四实施例的概略顶视图并且图 6b是根据图6a的RFID应答器的概略侧视图。这里，实际上用作RFID模块10的非共振但 是获得能量的天线的外部金属物体是所谓的底标签11。相对于由铲车等产生的机械冲击， 底标签11是耐用的。通过使用例如其厚度可以是0. 5mm的外部金属板12作为天线而形成 标签11。金属板12还能够是例如将铲车的搁架连接到地板的板。RFID应答器在这里包括 条带16和嵌入环氧树脂17中的IC 13。非常显然的是，能够使得在天线即所述金属物体和RFID模块之间具有被良好地 优化(低损失)的传输线路的所有的金属物体启用RFID。图7是在插入钩子之前根据本发明的RFID应答器的第五实施例的概略截面。RFID应答器1包括中空外罩或者封罩6、内部部分或者核芯7，钩子2和RFID模 块10。RFID模块10可以类似于在图4和5中示意的RFID模块。外罩6和内部部分7可 以是由塑性材料制成的。钩子2通常是由金属材料制成的。图7示出不带钩子2的挂锁式RFID应答器的1截面。该挂锁包括外罩6和已被推入外罩6中的凹道18内的内部部分7。内部部分7包括底部部分19，底部部分19大于 凹道18的截面从而底部部分19用作限位器。内部部分7还包括用于RFID模块10的支撑结构20。例如，在支撑结构20的表 面上粘附RFID模块10。支撑结构20优选地是由塑料制成的并且具有被布置成朝着钩子2 挤压RFID模块10的弹性结构。第一锁定装置或者锁定弹簧8是单独的部件或者它已被集 成于内部部分7中。第一锁定装置8可以是由塑性材料或者金属材料制成的。外罩的凹道 18具有比内部部分7更大的尺寸。因此，内部部分7能够被插入凹道18内从而第一锁定装 置8和刚性止动装置的第一部分(在此情形下为刚性(即不可变形的和静态的)肩台21) 绕过刚性止动装置的第二部分(在此情形下为在外罩6内侧形成的肩台22)。图8是在插入钩子2之后根据图7的RFID应答器的概略截面。图8示出其中钩 子2已被插入凹道18中但是挂锁仍然处于开启状态的情形。钩子2侧向推动内部部分7 从而肩台21和22互相啮合。因此，内部部分7不再能够向后移动，因为肩台21、22将内部 部分7保持在外罩6内。钩子2包括形成第一锁定装置8的配对件的第二锁定装置23。图9是根据图7的RFID应答器在其锁定位置中的概略截面。钩子2利用第一锁 定装置8和第二锁定装置23锁定挂锁。包括钩子2的传输线路5将RFID模块10连接到 其中钩子已被联结的金属物体。该金属物体功能用作天线或者RFID应答器1的天线的一 部分。注意在图9中未示出金属物体。除了在上面描述和示意的挂锁，可以存在一种替代肩台21、22地包括止动装置的 挂锁，该止动装置包括销钉和孔或者凹部。当钩子2侧向推动内部部分7时，销钉穿入孔中。 销钉可以位于内部部分7上并且孔/凹部位于外罩6内，反之亦然。此外，可以存在这样一种挂锁，该挂锁并不包括在外罩6内的止动装置，但是钩子 2被如此成形，使得当挂锁在它的闭合位置中时，它防止内部部分7的滑动。例如，当挂锁 已被闭合时保留在外罩6外的钩子2的部分可以比凹道18的直径更宽，从而钩子2不能滑 动通过凹道18。因此钩子的形状形成止动装置。为了在钩子2被锁定之前防止内部部分7 的滑动，底部部分19可以被粘结剂或者通过超声波焊接联结到外罩6。图10是根据本发明的组装过程的概略流程图，并且图11是在根据图10的组装过 程中使用的检查系统的概略视图。RFID挂锁或者封条是一种包括由于它的机械结构而产生的机械封条和由于在安 全锁具内的RFID模块而产生的RFID功能的安全锁具。利用该RFID挂锁或者封条，并不期望具有这样一种挂锁，其保持装置或者锁定装 置一旦被插入外罩中便嵌入外罩内，因为RFID功能性测试和编码以及条形码检查是在所 述插入之后实现的。如果RFID部分或者条形码在制造过程期间断裂，则昂贵的塑料和金属 部件也被损失。因此，根据本发明的一个实施例的RFID应答器的内部部分并非一旦被插入外罩内便被永久地锁定于它的位置中。在图7-9中示出这种挂锁。在图11中，示出可以在上述检查中使用的检查系统的一个实例。就在钩子2被组装之后，塑料部件例如外罩或者封罩6和核芯或者内部部分7便 被锁定到一起。在钩子2被组装之前，所有的所述部件均能够被分离。在钩子2已被添加之 后，所有的所述部件均被永久地锁定到一起。RFID模块和条形码的检查是在插入钩子2之前实现的。这是能够在其中实现检查的最后的阶段，因为在钩子2已被插入之后，与RFID模 块10形成物理接触是不可能的。在图11中，所述物理接触是利用导电条24布置的。所述 导电条24被插入凹道18中，在此处它或者直接地或者通过传输线路的一个部分而与RFID 模块10形成接触。导电条24被连接到RFID读出器25，RFID读出器25被连接到测试软 件。益处在于，如果条形码或者RFID模块10断裂，则它能够被另一条形码或者RFID 模块10更换。这将使材料的浪费最少。图12是根据本发明的RFID应答器的第六实施例的概略视图。通常在海运集装箱中使用插销和导线封条。防篡改封条防止非法地打开集装箱 门。当集装箱门被打开时，该封条必须断裂。必须在视觉上检查该封条，这是非常耗时的。 实施封条的自动检查是困难的和昂贵的。通过在其中添加RFID模块，挂锁、插销和导线封条的安全性、可用性和性能 都能够得以改进。例如，(例如在由此为了全部目的而通过引用被以其整体并入的WO 2006074518 Al中公开的)传统的启用RFID的封条具有独立的天线，这将使得封条的尺寸 较大。海运集装箱封条的机械强度是由ISO标准ISO 17712限定的。利用传统的、大尺寸 的RFID封条，这些要求是难以满足的。本发明的实施例保持了当前使用的并且经过现场证实的封条的机械耐久性和尺 寸。通过利用它在此处被联结的物体的性质，能够保持小的尺寸。海运集装箱、花卉容器、 滚柱罩或者某种其它金属物体可以用作从读出器场收集无线电波的天线。所述能量将被引 导到在封条内的RFID模块的IC 13。图12所示的金属钩子2或者插销26用作在金属物 体和RFID应答器1的电路27之间的传输线路5。电路27被以如此方式设计，使得在钩子 2或者插销26和RFID模块10之间的电磁耦合尽可能高。还通常需要用于IC的阻抗匹配 电路。该耦合能够是流电性、电容性或者电感性耦合。一种简单的板电容器是最简单的耦 合元件的一个优选实例。在一个创新实施例中，当它被闭合时，封条或者锁具的RFID模块10将是活动的。 当锁具或者封条打开时，即在图12所示实施例中，当插销26未被推入接收空间28中时，在 传输线路5和RFID内嵌部分之间的耦合是非常弱的。因此当封条打开时，RFID应答器1的 读出距离是非常短的或者甚至为零。当锁具或者封条被闭合时，即插销26被推入接收空间28中时，两个触点29与导 电DC路径30形成接触。由此，通过所述两个触点29之一闭合在RFID模块10和金属物体 之间的流电连接和耦合，所述金属物体与插销26接触并用作RFID应答器1的天线。显然 还能够通过在插销26和电路27之间的电容性连接闭合传输线路5。在后一情形下，必须通 过流电连接建立BAP标签的电池连接。必须在BAP标签中建立电池连接。传统上，当生产标签时，电池32将被连接。这 可能减少标签的寿命，因为IC总是在消耗能量。在一个创新实施例中，当锁具或者封条被 闭合时建立电池连接。如早先讨论的那样，封条或者锁具的本体部分31包括需要具有DC 连接从而为IC通电的两个触点29。第一触点29被接地并且第二触点29被与电池32的正 极连接。触点之一能够用作如上所述的天线连接。还可能的是，例如通过图13a所示的金 属核芯34布置用于传输线路5的独立的触点。
当封条被闭合时，插销26被永久地锁定到本体部分31。在本体部分31内存在弹簧机构33。弹簧机构33防止插销26从接收空间28滑出。能够例如在低温运输系统中使用BAP传感器标签以监视温度。当接收到它时，传感器标签的存储能够被下载。这将保证例如新鲜食物的质量。传感器标签能够具有实时时 钟38，所以每一个测量均能够具有时间戳。该标签还能够具有另外的传感器37，例如温度 传感器、湿度传感器、加速度传感器、冲击传感器和振动传感器。它可以监视集装箱门的打 开和关闭时间。冲击传感器能够被用于示意跌落和撞击。在图12所示实施例中，实时时钟 38和另外的传感器37是独立的构件或者芯片。显然实时时钟38以及一些或者所有的另外 的传感器37还能够被布置在IC 13中。图13a是根据本发明的RFID应答器的实施例的细节的概略视图。插销26被以如 此方式设计，使得它具有将为封条提供所需机械强度的金属核芯34。在金属核芯34上利用 独立的导线结构35布置图12所示的DC路径30。图13b所示的导线结构35是由薄的导线 例如在塑料基板36上的薄的蚀刻铝制成的。塑料基板36能够例如利用粘结剂而被联结到 为所述联结而特意地制成的表面40。塑料基板36位于金属核芯34和导线结构35之间。 非常薄的绞合线能够被用作导线结构35。导线必须是难以修理的，因为这将使得封条是防 篡改的。如果导线断裂，则能够设想它已被打开。以此方式，可以实现封条的自动检查。能够例如通过在注塑模具中作为插件添加金属核芯34而制造插销26。导线结构 35也能够被插入该模具中。还能够在塑料外壳内侧模制导线结构35，由此进一步地使其在 篡改之后更加难以修理。该塑料外壳将是一个另外的安全性特征，因为塑料外壳中的裂纹 将示出篡改。在商业上可以获得的半无源芯片(例如来自EM Microelectronic的EM4324)具有 示意电池是否已被连接的一比特位或者寄存器。通过读出这个比特位的状态，能够检查该 封条的状态。这个比特位仅仅示意当前状态。如果在篡改之后封条的电池连接已被修理， 则能够进行自动封条检查。在本发明的一个实施例中，通过对于IC实现另外的特征，能够 使得锁具或者封条是更加防篡改性的。例如，当在修理电池连接之后电池指示器未被初始 化时，电池指示器能够被存储于EEPR0M。例如，ISO 18000-6C的空中接口协议为标签存储 器提供口令保护。电池电量指示器能够被存储于存储器39的口令保护部分。授权使用者 将在封条被闭合之后初始化这个指示器。如果电池连接失败，则指示器的状态将改变并且 即使电池连接被再次恢复也保持被改变。如果该标签具有实时时钟，则篡改的时间戳也能 够被存储于存储器39。替代使用电池触点作为指示器，独立的输入连接能够被用于示意篡 改。它以与上述相同的方式工作。存储器39可以位于IC 13外侧或者位于IC 13中。对于本领域技术人员而言明显的是，随着技术进步，能够以各种方式实现该创造 性概念。本发明及其实施例不限于上述各实例而是可以在权利要求的保护范围内改变。
权利要求
一种RFID应答器，包括RFID模块(10)和塑料封罩(6)，所述RFID模块(10)具有IC(13)以及匹配和耦合元件(14，15)，其特征在于电磁传输线路(5)被耦合到IC(13)，所述电磁传输线路(5)能够在IC(13)和外部金属物体(4)之间形成流电性、电容性或者电感性耦合，从而所述外部金属物体(4)能够用作所述RFID应答器(1)的天线。
2.根据权利要求1所述的RFID应答器，其特征在于，所述RFID模块(10)被布置在挂 锁中，所述挂锁的机构包括做成所述传输线路(5)的至少一部分的钩子(2)。
3.根据权利要求2所述的RFID应答器，其特征在于，所述传输线路(5)被布置成当挂 锁机构打开时被断开，并且当所述挂锁机构被锁定时所述传输线路(5)被闭合。
4.根据权利要求1所述的RFID应答器，其特征在于，所述RFID模块(10)被布置在封 条中，所述封条的机构包括做成所述传输线路(5)的至少一部分的插销(26)。
5.根据权利要求4所述的RFID应答器，其特征在于，所述传输线路(5)被布置成当封 条机构打开时被断开，并且当所述插销(26)被锁定在所述封条的本体部分(31)的接收空 间(28)中时，所述传输线路(5)被闭合。
6.根据前述权利要求中任一项所述的RFID应答器，其特征在于，所述RFID应答器(1) 是无源应答器。
7.根据权利要求1到5中任一项所述的RFID应答器，其特征在于，所述RFID应答器 (1)是半无源应答器。
8.根据前述权利要求中任一项所述的RFID应答器，其特征在于，所述RFID模块(1)被 弯曲为C形。
9.根据权利要求2到8中任一项所述的RFID应答器，其特征在于，所述RFID应答器 包括在所述外罩(6)中的凹道(18)内布置的内部部分(7)，所述内部部分(7)包括大于所 述凹道⑶的截面的底部部分(19)，所述凹道(18)的直径大于所述内部部分(7)的外径， 并且所述内部部分(7)包括刚性止动装置的第一部分，而所述外罩(6)包括所述刚性止动 装置的第二部分，在锁定状态下的所述钩子(2)或者所述插销(26)侧向推动所述内部部分 (7)，从而所述刚性止动装置的所述第一部分和所述刚性止动装置的所述第二部分相互啮合。
10.根据权利要求4或者5中任一项所述的RFID应答器，其特征在于，所述插销(26) 包括金属核芯(34)，并且在所述金属核芯(34)上利用独立的导线结构(35)布置所述传输 线路(5)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的RFID应答器，其特征在于，所述RFID应答器包 括至少一个部分是口令保护的存储器(39)、在所述存储器(39)的口令保护部分中存储的 对于篡改的指示器、和用于当篡改发生时改变所述指示器的状态的装置。
12.根据权利要求11所述的RFID应答器，其特征在于，所述指示器是一种电池指示器， 所述电池指示器的状态被布置成当电池连接失败时改变。
13.一种用于组装RFID应答器的工艺，所述RFID应答器(1)包括RFID模块(10)和被 耦合到所述RFID模块(10)的电磁传输线路(5)，所述电磁传输线路(5)能够在IC(13)和 外部金属物体(4)之间形成流电性、电容性或者电感性耦合，从而所述外部金属物体(4)能 够用作所述RFID应答器(1)的天线，其特征在于在布置所述电磁传输线路(5)之前检查所述RFID模块(10)，和在所述RFID模块(10)已经通过检查的情形下，在所述RFID应答器(1)中组装所述电 磁传输线路(5).
全文摘要
一种RFID应答器，包括RFID模块(10)和塑料封罩(6)，所述RFID模块(10)包括IC以及匹配和耦合元件。电磁传输线路被耦合到IC，所述电磁传输线路能够在IC和外部金属物体之间形成流电性、电容性或者电感性耦合从而所述外部金属物体能够用作RFID应答器的天线。
文档编号G06K19/07GK101802846SQ200880105882
公开日2010年8月11日 申请日期2008年9月4日 优先权日2007年9月5日
发明者马蒂·里塔迈基 申请人:康菲德斯合股公司