一种环形天线、电子标签及检测系统的制作方法

1.本实用新型涉及电子标签领域，特别是关于一种环形天线、电子标签及检测系统。


背景技术：

2.电子标签又称射频标签、应答器、数据载体；阅读器又称为读出装置、扫描器、读头、通信器、读写器（取决于电子标签是否可以无线改写数据）。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间（无接触）耦合；在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据交换。
3.目前现有技术中，温度液位等物理量的测定，多通过对应的传感器进行测量，其或要求有源，或体积过大、或成本高、或无法实时测量，且在结构稳定性、产品经济性、实用性等方面都有很大的改进空间，部分较为复杂的环境也无法使用，亟待改善。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提供一种电子标签结构，通过在环形天线的导体上增加断口，当环形天线断口处靠近人体、液体、金属等外部导体或射频信号时可使环形天线正常工作，使环形天线具备感应各种物理量功能，具有无源、穿透性、高精度、低成本、超薄、柔性等特点，可放置被测物内部，能够完成传统测量无法测量的领域，测量温度、液位、位移等物理量，不仅结构稳定性好，而且实用性强，可用于地质位移测量、裂缝测量、工业测量、温度测量、感应开关等。
5.本实用新型的目的通过以下技术方案实现：
6.一种环形天线，所述环形天线上设有至少一个断口，所述断口使所述环形天线失去信息收发功能并在环形天线靠近断口处形成第一端和第二端，所述第一端和第二端可通过靠近外部导体或射频信号时使环形天线恢复信息收发功能，以感知测量物理量。
7.一种电子标签结构，包括上述的环形天线，还包括阵子天线、天线连接部、以及基底，所述阵子天线和环形天线通过所述天线连接部连接，所述环形天线、阵子天线、以及天线连接部均设于所述基底上。
8.进一步的，所述环形天线上设有断面口，所述断面口处设有rfid芯片。
9.一种位移电子标签，包括上述的电子标签结构，还包括牵引件、外部导体、固定件、伸缩件和牵引块，所述伸缩件的一端与固定件连接，另一端通过外部导体与牵引件连接，所述牵引件的另一端与被测物连接，所述外部导体可在牵引件的带动下移动并与所述第一端和第二端接触。
10.进一步的，所述电子标签结构为多个，多个所述电子标签结构依次排列，多个所述电子标签结构的断口位于所述外部导体的移动路径上。
11.一种温度电子标签，包括至少一个上述的电子标签结构，还包括容器和管道，所述容器与管道连通，所述管道延伸至所述电子标签结构的断口，所述容器内设有能够随温度升高而膨胀的导电液体。
12.一种温度电子标签，包括至少一个上述的电子标签结构，还包括容器、管道、外部导体、以及弹性件，所述管道延伸至所述电子标签结构的断口，所述容器设于管道的一端，所述弹性件设于管道内远离容器的一端，所述弹性件与所述外部导体连接，所述容器内设有能够随温度升高而膨胀的气体。
13.一种液位电子标签，包括多个上述的电子标签结构，还包括管道和外部导体，多个所述电子标签结构沿液位的高度方向排列，所述管道连通多个所述电子标签结构的断口，所述外部导体设于管道内且能够随液位升降。
14.进一步的，所述电子标签结构通过rssi感知液位。
15.一种检测系统，包括上述的电子标签，还包括阅读器、处理器、以及终端，所述阅读器用于读取所述电子标签的数据，所述处理器用于处理所述数据并将所述数据发送至所述终端。
16.本实用新型相较于现有技术的有益效果是：
17.本实用新型具有柔软、薄、无源、测量精度高、成本低等特点，通过在环形天线上增加断口，当环形天线断口处靠近人体、液体、金属等外部导体或射频信号时可使环形天线恢复信息收发功能，使环形天线具备感应各种物理量功能，适应不同情况的测量需求，当环形天线断口处与外部导体靠近面积大小会使环形天线信号灵敏度发生变化、环形天线断口处与外部导体靠近距离的远近会使信号灵敏度发生变化、使用一个以上环形天线按顺序排列，被测物膨胀或者被测物使导体位移至断口处使环形天线恢复信息收发功能，能够完成传统测量无法测量的领域，测量温度、液位、位移等物理量，不仅结构稳定性好，而且实用性强，可用于地质位移测量、裂缝测量、工业测量、温度测量、感应开关等领域。
附图说明
18.图1为本实用新型第一实施例的电子标签结构的结构图。
19.图2为图1中a区域的放大图。
20.图3为本实用新型第二实施例的电子标签结构的结构图。
21.图4为本实用新型的位移电子标签的结构示意图。
22.图5为本实用新型的位移电子标签的另一实施例的结构示意图。
23.图6为本实用新型的温度电子标签的第一实施例的结构图。
24.图7为本实用新型的温度电子标签的第二实施例的结构图。
25.图8为本实用新型的温度电子标签的第三实施例的结构图。
26.图9为本实用新型的温度电子标签的第四实施例的结构图。
27.图10为本实用新型的液位电子标签的结构图。
具体实施方式
28.为了便于本领域技术人员理解，下面将结合具体实施例及附图对本实用新型作进一步详细描述。
29.请参考图1-2，本实用新型第一实施例包括：
30.一种环形天线100，环形天线100上设有至少一个断口102，使环形天线100失去信息收发功能并在环形天线100靠近断口102处形成第一端103和第二端104，第一端103和第
二端104可通过外部导体或射频信号足够强使环形天线100恢复信息收发功能，以感知测量物理量。
31.需要说明的是，通过设置断口102，使得第一端103和第二端104在初始状态下不连通，当环形天线在靠近外部导体或有射频信号时，可使得第一端103和第二端104相互导通，从而产生信号，进而感知并测量物理量。可以理解的是，外部导体可以是任何可导电的导体，例如人体、液体、金属等，本技术在此不作限定。
32.应当理解的是，环形天线是将一根金属导体绕成一定的形状（如圆形、方形、三角形等），以导体的两端点作为馈电端的辐射结构。绕制多圈（如螺旋状或重叠绕制）的称为多圈环天线。
33.环形天线可按电尺寸的大小进行分类。绕制环的导体长度远小于自由空间波长的称之为电小环天线；当绕制环的导体长度接近谐振尺寸（环周长接近波长。）时称之为电大环天线，它主要用作定向阵的单元，属谐振型天线。
34.环形天线的终端负载阻抗可以为零，也可以等于环的特性阻抗，其上的电流分布和平行传输线类似。电小环上的电流近似按等幅同相分布。电大环上电流为驻波分布。当端接负载的阻抗等于环的特性阻抗时，环上的电流为行波分布。
35.依据电磁辐射的二重性原理，电小环和垂直于环面放置的小电偶极天线的辐射场除将电和磁的量互换外都是类似的，即在环面的平面上方向图是圆，环轴所在平面上方向图是8字形,沿环轴方向的辐射为零。
36.环可以是空心的或磁芯的，单匝的或多匝的。理论和实验证明，辐射场与环的面积、匝数和环上的电流成正比，与工作波长的平方和距离成反比；与环的形状关系不大。
37.若在环形天线的适当位置接入负载电阻，使导体上载行波电流，就可构成非谐振型环天线或加载环天线，它具有较宽的频带特性。电小环天线可以等效为由一对等值异号的磁荷所构成的一磁偶极子。设环面的法线方向取作球坐标系的极轴，环中心置于坐标原点。小环天线作接收天线和发射天线时其方向性一致。依据互易原理可知，这是必然的结果。通常环天线可直接用作接收机输入电路的调谐电感，这时接收机输入端得到的电压是环形天线感应电动势的q倍。这里q是调谐回路的品质因数。过去，小环天线主要应用在频率较低的波段作广播接收或测向天线。20世纪70年代以来，它广泛应用于vhf和uhf频率，不仅用作接收天线，也用作发射天线。
38.本技术还提供一种电子标签结构200，包括上述的环形天线100、阵子天线201、天线连接部202、以及未图示的基底，阵子天线201和环形天线100通过天线连接部202连接，环形天线100、阵子天线201、以及天线连接部202均设于基底上。示例性的，阵子天线201对称设置，天线连接部202呈蜿蜒状，其一端与阵子天线201连接，另一端与环形天线100连接。环形天线100、阵子天线201、以及天线连接部202通过粘贴或焊接等方式安装在基底上。
39.在本实施例中，环形天线100上设有断面口105，断面口105处设有rfid芯片106。需要说明的是，当环形天线断口处靠近导体时，环形天线100上的射频信号会产生趋肤效应，电磁信号从第一端103与外部导体导通，外部导体与第二端104导通，使环形天线恢复信息收发功能。
40.此外，基于环形天线100上的高频交流信号会产生趋肤效应，当射频信号足够强时，使环形天线恢复信息收发功能。
41.因此，基于环形天线100上的高频交流信号会产生趋肤效应，当环形天线断口102处靠近人体、液体、金属等外部导体或射频信号时可使环形天线正常工作，通过这一特性，再结合吸水材料或热膨胀材料等等，即可用于测定湿度、温度等物理量的变化。
42.可以理解的，在一些实施例中，环形天线100可不设置断面口105，即环形天线100不设置rfid芯片，环形天线100通过断口，也能够进行物理量的感知和测量。
43.上述环形天线可被应用于uhf电子标签中，需要说明的是，uhf(ultra high frequency) 电子标签也叫超高频电子标签。uhf标签是rfid电子标签中的一种，uhf电子标签具有识别距离远、识读率高、防冲突能力强、可扩展性好等特点，读卡距离达3－10米，每秒可读100张卡。
44.请参考图3，本实用新型第二实施例的电子标签结构，在本实施例中，第一端103与第二端104相互平行，且两者具有预设的长度，断口102位于第一端103与第二端104之间，从而形成灵敏度感应区，通过感应外部导体与第一端103和第二端104的接触长度，能够改变电子标签的灵敏度，通过外部装置读取不同的灵敏度从而获取物理量的变化。
45.请参考图4，图4为采用上述电子标签结构的位移电子标签的结构图，其中图4的a部分为位移前的状态示意图，图4的b部分为位移后的状态示意图。具体的，本实施例的位移电子标签主要包括电子标签结构200、牵引件206、外部导体207、固定件208、伸缩件210、以及牵引块209，其中伸缩件210的一端与固定件208连接，另一端通过外部导体207与牵引件206连接，外部导体207设于电子标签结构200的一侧并与电子标签结构200接触，牵引件206的一端与外部导体207连接，另一端与牵引块209连接。
46.上述位移电子标签的测量原理为：通过牵引块209拉动牵引件206，牵引件206带动外部导体207，外部导体207与第一端103和第二端104接触，使两者连通，电子标签结构200恢复信息收发功能，随着外部导体207的移动，外部导体207沿灵敏度感应区的长度方向移动，使得与第一端103和第二端104的接触长度改变，从而改变电子标签的灵敏度，通过读取不同的灵敏度即可得到位移量。
47.请参考图5，图5为另一实施例的位移电子标签的结构图，其中图5的a部分为位移前的状态示意图，图5的b部分为位移后的状态示意图。具体的，本实施例的位移电子标签包括若干上述的电子标签结构200，还包括牵引件206、外部导体207、伸缩件210和固定件208，若干电子标签结构200依次排列，伸缩件210的一端与固定件208连接，另一端通过外部导体207与牵引件206连接，牵引件206的另一端与被测物连接，伸缩件210与电子标签结构200的断口102位置相对。
48.当被测物产生位移，被测物通过牵引件206带动外部导体207和伸缩件210，使外部导体207与成排的电子标签结构200的断口102依次接触，外部导体207接触的对应的电子标签结构200恢复信息收发功能，通过读取该电子标签结构200的位置信息，即可得出被测物的位移量，实现对被测物位移的测量感知。
49.请参考图6，图6为本技术的温度电子标签的第一实施例的结构图，其中图6的a部分为初始温度的状态示意图，图6的b部分为温度升高后的状态示意图。本实施例的温度电子标签包括一个上述的电子标签结构200，还包括容器211和管道212，管道212与电子标签结构200的长度方向平行，容器211设于管道212的一端，容器211内设有能够随温度升高而膨胀的导电液体。示例性的，导电液体可采用水银，为了便于理解，图6中以阴影部分表示导
电液体。
50.上述温度电子标签的测量原理为：导电液体受热沿管道212膨胀，并与第一端103和第二端104靠近，使两者连通，电子标签结构200恢复信息收发功能，随着导电液体的膨胀，导电液体沿灵敏度感应区的长度方向移动，其与第一端103和第二端104的接触长度改变，从而改变电子标签的灵敏度，通过读取不同的灵敏度即可得到对应的温度。
51.请参考图7，图7为本技术的温度电子标签的第二实施例的结构图，其中图7的a部分为初始温度的状态示意图，图7的b部分为温度升高后的状态示意图。本实施例的温度电子标签包括多个上述的电子标签结构200，还包括容器211和管道212，多个电子标签结构200依次排列，管道212沿电子标签结构200的排列方向延伸并连通多个电子标签结构200的断口102，容器211设于管道212的一端，容器211内设有能够随温度升高而膨胀的导电液体。示例性的，导电液体可采用水银，为了便于理解，图7中以阴影部分表示导电液体。
52.当温度上升，导电液体受热沿管道212膨胀，并接触电子标签结构200的第一端103和第二端104，使成排的多个电子标签结构200的断口102依次连通，进而使成排的多个电子标签结构200恢复信息收发功能，通过读取具有信息收发功能的电子标签结构200的数量或位置信息，即可得到对应的温度。
53.请参考图8，图8为本技术的温度电子标签的第三实施例的结构图，其中图8的a部分为初始温度的状态示意图，图8的b部分为温度升高后的状态示意图。本实施例的温度电子标签包括一个上述的电子标签结构200，还包括容器211、管道212、外部导体207、以及弹性件213，管道212延伸至电子标签结构200的断口，并与灵敏度感应区的长度方向平行，容器211设于管道212的一端，弹性件213设于管道212内远离容器211的一端，弹性件213与外部导体207连接，容器211内设有能够随温度升高而膨胀的气体，为了便于理解，图8中以阴影部分表示气体。
54.上述温度电子标签的测量原理为：气体受热沿管道212膨胀，从而对外部导体207产生压力，弹性件213在压力下收缩，外部导体207在气体的压力下沿管道212移动，并与第一端103和第二端104接触，使两者连通，电子标签结构200恢复信息收发功能，随着气体的膨胀，外部导体207沿灵敏度感应区的长度方向移动，其与第一端103和第二端104的接触长度改变，从而改变电子标签的灵敏度，通过读取不同的灵敏度即可得到对应的温度。
55.请参考图9，图9为本技术的温度电子标签的第四实施例的结构图，其中图9的a部分为初始温度的状态示意图，图9的b部分为温度升高后的状态示意图。本实施例的温度电子标签包括多个上述的电子标签结构200，还包括容器211、管道212、外部导体207、以及弹性件213，多个电子标签结构200依次排列，管道212沿电子标签结构200的排列方向延伸并连通多个电子标签结构200的断口102，容器211设于管道212的一端，弹性件213设于管道212内远离容器211的一端，弹性件213与外部导体207连接，容器211内设有能够随温度升高而膨胀的气体，为了便于理解，图9中以阴影部分表示气体。
56.当温度上升，气体受热沿管道212膨胀，从而对外部导体207产生压力，弹性件213在压力下收缩，外部导体207在气体的压力下沿管道212移动，并与依次与成排的电子标签结构200的第一端103和第二端104接触，使两者连通，进而使对应的电子标签结构200恢复信息收发功能，通过读取具有信息收发功能的电子标签结构200的位置信息，即可得到对应的温度。
57.请参考图10，图10为本技术的温度电子标签的第四实施例的结构图。本实施例的液位电子标签包括多个上述的电子标签结构200，还包括管道212和外部导体207，多个电子标签结构200沿液位的高度方向排列，管道212连通多个电子标签结构200的断口102，外部导体207设于管道212内且能够随液位升降。
58.通过将多个电子标签结构200沿液位的高度方向排列，从而形成刻度，当液位到达对应高度的电子标签结构200时，该电子标签结构200恢复信息收发功能，通过读取电子标签结构200的状态，即可判断液位的高度，实现对液位的测量。
59.在本实施例中，上述液位电子标签通过rssi感知液位。需要说明的是，rssi（received signal strength indicator）是接收信号的强度指示，液位的高度不同，导体靠近断口处的面积不同，因此产生的rssi不同，电子标签结构200可根据rssi，获取液位的高度值，从而实现对液位的测量。
60.本技术实施例还提供一种检测系统，包括上述的电子标签200，还包括阅读器、处理器、以及终端，阅读器用于读取电子标签的数据，处理器用于处理数据并将数据发送至终端。需要说明的是，阅读器采用现有的即可，处理机可以是处理芯片或单片机，终端可以是显示装置、服务器或移动终端。
61.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
62.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
63.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
64.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。