专利名称：一种带物位检测装置的rfid标签、rfid系统及物位检测方法
技术领域：
本发明涉及RFID (Radio Frequency Identif ication,射频识别)技术领域，尤其涉及一种带物位检测装置的RFID标签、RFID系统。
背景技术：
近几年，RFID系统已经变得日益普遍。RFID系统主要用于对人和物的识别。一般来说，这个系统至少包含一个RFID阅读器，这个RFID阅读器能够在一个设定的范围内发射和接收来自一个或多个RFID标签的射频信号。这个RFID标签一般是封装起来的，可以贴在一个物体上，它包括一个能与天线进行信息交流的微芯片。这个微芯片一般来讲是一 个集成电路，它可以用来储存和处理信息，调制解调射频信号，并且可以运行其他的特殊功能。RFID标签的天线是用来接收和发送射频信号，并且通常适用于一种特殊的频率。在一些设备中，带有物位检测装置的RFID系统已经被用于监测产品所处环境的物位何时超过了可以接受的物位情况。一般来说这些设备要求感应装置要有一个持续的能量来源，用来检测物位的改变，但是这会增加设备的成本。另外，一些设备要求感应装置还要与一个比较器电路相连，从而来检测出偏离参考电压的程度大小，这一要求大大增加了设备的成本。总之，改进RFID系统是有必要的，它要求在不使用持续的能量来源或者使用一种低成本的附加电路时可以用来检测物位变化。
发明内容
本发明实施例提供一种带物位检测装置的RFID标签、RFID系统，以较低成本来检测物位变化。一方面，本发明实施例提供了一种带物位检测装置的RFID标签，所述RFID标签的芯片上有两个引脚；所述物位检测装置与这两个引脚相连，并与所述RFID标签的天线形成并联结构，外界物位情况的变化会引起物位检测装置两端电压或电流的变化，在所述物位检测装置与RFID标签的芯片连接的线路上有一个控制通断的逻辑电路和一个电压-电阻转换装置，该连接的线路、该逻辑电路和该电压-电阻转换装置是芯片的一部分，电压-电阻转换装置用于将物位检测装置两端电压或电流的变化转换成电阻的变化，逻辑电路的通断决定了物位检测装置是否与天线并联当逻辑电路断开时，物位检测装置不与天线并联，当物位变化时，天线的第一共振频率和信号强度保持不变；当逻辑电路接通时，物位检测装置与天线并联，当物位变化时，天线的特征频率和信号强度至少会有一个发生变化，此时天线工作在第二共振频率下；所述RFID标签接收RFID阅读器发送的指令以控制逻辑电路的通断，从而实现通过比较来自天线的不同频率的信号强度之间的差异来检测物位的改变。可选的，在本发明一实施例中，所述RFID标签的天线为单极子天线。可选的，在本发明一实施例中，所述RFID标签的天线为双偶极天线所述物位检测装置和与该物位检测装置相连的电压-电阻转换装置与其中一根天线形成并联结构；或者所述物位检测装置和与该物位检测装置相连的电压-电阻转换装置与两根天线同时形成并联结构。可选的，在本发明一实施例中，所述电压-电阻转换装置包括一可变电压转换成可变电阻的装置、或一沟型场效应管、或场效应管的等效电路，所述物位检测装置包括压电式微型料位测量装置、以及其他电压电流型物位测量装置。另一方面，本发明实施例提供了一种带物位检测装置的RFID标签，所述RFID标签的芯片上有一个引脚；所述物位 检测装置的一端与这个引脚相连，另一端连接到所述RFID标签的天线上，并与天线形成并联结构，外界物位情况的变化会引起物位检测装置两端电压或电流的变化，在所述物位检测装置与RFID标签的芯片连接的线路上有一个控制通断的逻辑电路和一个电压-电阻转换装置，该连接的线路、该逻辑电路和该电压-电阻转换装置是芯片的一部分，电压-电阻转换装置用于将物位检测装置两端电压或电流的变化转换成电阻的变化，逻辑电路的通断决定了物位检测装置是否与天线并联当逻辑电路断开时，物位检测装置不与天线并联，当物位变化时，天线的第一共振频率和信号强度保持不变；当逻辑电路接通时，物位检测装置与天线并联，当物位变化时，天线的特征频率和信号强度至少会有一个发生变化，此时天线工作在第二共振频率下；所述RFID标签接收RFID阅读器发送的指令以控制逻辑电路的通断，从而实现通过比较来自天线的不同频率的信号强度之间的差异来检测物位的改变。可选的，在本发明一实施例中，所述RFID标签的天线为单极子天线。可选的，在本发明一实施例中，所述RFID标签的天线为双偶极天线所述物位检测装置和与该物位检测装置相连的电压-电阻转换装置与其中一根天线形成并联结构；或者所述物位检测装置和与该物位检测装置相连的电压-电阻转换装置与两根天线同时形成并联结构。可选的，在本发明一实施例中，所述电压-电阻转换装置包括一可变电压转换成可变电阻的装置、或一沟型场效应管、或场效应管的等效电路，所述物位检测装置包括压电式微型料位测量装置、以及其他电压电流型物位测量装置。又一方面，本发明实施例提供了一种带物位检测装置的RFID标签，所述物位检测装置连接到所述RFID标签的天线上，并与天线形成并联结构，外界物位情况的变化会引起物位检测装置两端电压或电流的变化，在所述物位检测装置与天线连接的线路上有一个控制通断的逻辑电路和一个电压-电阻转换装置，该连接的线路、该逻辑电路和该电压-电阻转换装置是芯片的一部分，电压-电阻转换装置用于将物位检测装置两端电压或电流的变化转换成电阻的变化，逻辑电路的通断决定了物位检测装置是否与天线并联当逻辑电路断开时，物位检测装置不与天线并联，当物位变化时，天线的第一共振频率和信号强度保持不变；当逻辑电路接通时，物位检测装置与天线并联，当物位变化时，天线的特征频率和信号强度至少会有一个发生变化，此时天线工作在第二共振频率下；所述RFID标签接收RFID阅读器发送的指令以控制逻辑电路的通断，从而实现通过比较来自天线的不同频率的信号强度之间的差异来检测物位的改变。可选的，在本发明一实施例中，所述RFID标签的天线为单极子天线。可选的，在本发明一实施例中，所述RFID标签的天线为双偶极天线所述物位检测装置和与该物位检测装置相连的电压-电阻转换装置与其中一根天线形成并联结构；或者所述物位检测装置和与该物位检测装置相连的电压-电阻转换装置与两根天线同时形成并联结构。可选的，在本发明一实施例中，所述电压-电阻转换装置包括一可变电压转换成可变电阻的装置、或一沟型场效应管、或场效应管的等效电路，所述物位检测装置包括压电式微型料位测量装置、以及其他电压电流型物位测量装置。又一方面，本发明实施例提供了一种带物位检测装置的RFID系统，所述RFID系统包括RFID标签和RFID阅读器，所述RFID标签包括上述带物位检测装置的RFID标签；所述RFID阅读器发送指令以控制RFID标签的逻辑电路的通断，从而通过比较来自天线的不同频率的信号强度之间的差异来检测物位的改变。再一方面，本发明实施例提供了一种带物位检测装置的RFID系统的物位检测方法，所述物位检测方法应用于上述带物位检测装置的RFID系统，包括通过所述RFID阅读器发送指令以控制RFID标签的逻辑电路的通断；通过RFID标签接收RFID阅读器发送的指 令以控制逻辑电路的通断当逻辑电路断开时，物位检测装置不与天线并联，此时被放置在在一定的物位情况下，天线的第一共振频率和信号强度保持不变；当逻辑电路接通时，物位检测装置与天线并联，此时被放置在在一定的物位情况下，天线的特征频率和信号强度至少会有一个发生变化，此时天线工作在第二共振频率下；利用所述RFID阅读器比较来自天线的不同频率的信号强度之间的差异来检测物位的改变。上述技术方案具有如下有益效果因为采用一种带物位检测装置的RFID标签，所述物位检测装置与所述RFID标签的天线形成并联结构，外界物位情况的变化会引起物位检测装置两端电压或电流的变化，在所述物位检测装置与RFID标签的芯片连接的线路上有一个控制通断的逻辑电路和一个电压-电阻转换装置，该连接的线路、该逻辑电路和该电压-电阻转换装置是芯片的一部分，电压-电阻转换装置用于将物位检测装置两端电压或电流的变化转换成电阻的变化，逻辑电路的通断决定了物位检测装置是否与天线并联当逻辑电路断开时，物位检测装置不与天线并联，当物位变化时，天线的第一共振频率和信号强度保持不变；当逻辑电路接通时，物位检测装置与天线并联，当物位变化时，天线的特征频率和信号强度至少会有一个发生变化，此时天线工作在第二共振频率下；所述RFID标签接收RFID阅读器发送的指令以控制逻辑电路的通断，从而实现通过比较来自天线的不同频率的信号强度之间的差异来检测物位的改变的技术手段，所以达到了可以较低成本来检测物位变化的技术效果，并利用RFID获得的能量，解决了物位检测的供电问题。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本发明实施例物位检测装置与RFID标签芯片相连接的示意图；图2为RFID标签芯片内部天线的等效电路图；图3为本发明实施例物位检测装置、逻辑开关以及电压-电阻转换装置与RFID标签芯片内部天线等效电路相连接的示意图4为本发明实施例物位检测装置与RFID标签天线直接相连接的示意图；图5为本发明实施例物位检测装置的结构说明图；图6为本发明实施例基于信号强度的物位情况检测方法的流程图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例的物位检测装置与RFID标签的芯片相连至少存在三种情况 两引脚结构本发明是一种用来检测物位情况变化的装置、系统和技术。这一系统包含了一个标签，这一标签的芯片上有两个引脚。物位检测装置与这两个引脚相连，与天线形成并联结构。外界物位情况的变化会引起物位检测装置两端电压或电流的变化。在引脚与芯片连接的线路上有一个控制通断的逻辑电路和一个电压-电阻转换装置，该连接的线路、控制通断的逻辑电路以及电压-电阻转换装置是芯片的一部分。电压-电阻转换装置的作用是将物位检测装置两端电压或电流的变化转换成电阻的变化。逻辑电路的通断决定了物位检测装置是否与天线并联。当逻辑电路断开时，物位检测装置不与天线并联。此时物位检测装置被放置在一定的物位情况下，天线的第一共振频率和信号强度保持不变。当逻辑电路接通时，物位检测装置与天线并联，当物位变化时，天线的特征频率和信号强度至少会有一个发生变化，此时天线工作在第二共振频率下。阅读器能够给标签发送指令控制逻辑电路的通断，在逻辑电路接通时，可以通过比较来自天线的不同频率的信号强度之间的差异来检测物位的改变。就一个实例而言，这一系统包含了一个标签，这一标签上只有一根天线(单极子天线)。这一标签的芯片上有两个引脚。物位检测装置与这两个引脚相连，与天线形成并联结构。在引脚与芯片连接的线路上有一个控制通断的逻辑电路和一个电压-电阻转换装置，该连接的线路、控制通断的逻辑电路以及电压-电阻转换装置是芯片的一部分。电压-电阻转换装置的作用是将物位检测装置两端电压或电流的变化转换成电阻的变化。当逻辑电路接通时，物位的变化会使天线特征频率和信号强度至少会有一个发生变化，其工作在第二共振频率下。阅读器能够给标签发送指令，并通过比较逻辑电路通断时的不同频率的信号强度之间的差异可以检测物位的改变。更确切地说，电压-电阻转换装置可以是一个将可变电压转换成可变电阻的装置、一个沟型场效应管或者是场效应管的等效电路。而物位检测装置的具体实例包括压电式微型料位测量装置、以及其他电压电流型物位测量装置等。就另一个实例而言，这一系统包含了一个标签，这一标签上有两根天线(双偶极天线)。此时有两种情况。第一种情况是物位检测装置与这两个引脚相连，与第一根天线形成并联结构。在引脚与芯片连接的线路上有一个控制通断的逻辑电路和一个电压-电阻转换装置，该连接的线路、控制通断的逻辑电路以及电压-电阻转换装置是芯片的一部分。电压-电阻转换装置的作用是将物位检测装置两端电压或电流的变化转换成电阻的变化。此时与物位检测装置相连的电压-电阻转换装置也与第一根天线并联，而第二根天线始终以第一共振频率正常通信。当逻辑电路接通时，若物位发生变化，则第一根天线特征频率和信号强度至少有一个会发生改变，其工作在第二共振频率下。阅读器能够给标签发送指令，并通过比较逻辑电路接通时第一和第二根天线的不同频率的信号强度之间的差异可以检测物位的改变。通过比较第二根天线自身的逻辑电路通断时的不同频率的信号强度之间的差异也可以检测物位的改变。第二种情况是，物位检测装置与这两个引脚相连，与两根天线同时形成并联结构。在引脚与芯片连接的线路上有一个控制通断的逻辑电路和一个电压-电阻转换装置，该连接的线路、控制通断的逻辑电路以及电压-电阻转换装置是芯片的一部分。电压-电阻转换装置的作用是将物位检测装置两端电压或电流的变化转换成电阻的变化。此时与物位检测装置相连的电压-电阻转换装置也与这两根天线同时并联，这与标签仅含一根天线的情况类似。当逻辑电路接通时被放置在一定的物位情况下，天线特征频率和信号强度至少会有一个发生变化，其工作在第二共振频率下。阅读器能够给标签发送指令，并通过比较逻辑电路通断时的不同频率的信号强度之间的差异可以检测物位的改变。第一种情况电路连接比较简单，工作时两根天线的共振频率可能不同，会影响测量的精度。第二种情况电路连接比较复杂，但工作时两根天线的共振频率一致，测量精度较高。更
确切地说，电压-电阻转换装置可以是一个将可变电压转换成可变电阻的装置、一个沟型场效应管或者是场效应管的等效电路。而物位检测装置的具体实例包括压电式微型料位测量装置、以及其他电压电流型物位测量装置等。一引脚结构这一标签的芯片可以仅有一个引脚，这一引脚向外与物位检测装置的一端相连，物位检测装置的另一端直接连到天线上。引脚在芯片内部的连接点与两个引脚的情况类似，最终仍然是要达到与天线并联的目的。同时在引脚与芯片内部电路连接的线路上有一个控制通断的逻辑电路。另外，天线的电路上又并联了一个电压-电阻转换装置，电压-电阻转换装置又有线路与物位检测装置和逻辑电路的两端线路连接。当逻辑电路断开时，物位检测装置不与天线并联，当物位变化时，天线的第一共振频率和信号强度保持不变。当逻辑电路接通时，物位检测装置与天线并联，当物位变化时，天线特征频率和信号强度至少会有一个发生变化，其工作在第二共振频率下。阅读器能够给标签发送指令控制逻辑电路的通断，在逻辑电路接通时，可以通过比较来自天线的不同频率的信号强度之间的差异来检测物位的改变。就一个实例而言，这一系统包含了一个标签，这一标签上只有一根天线(单极子天线)。物位检测装置与这一个引脚相连，物位检测装置的另一端直接连到天线上，与这根天线形成并联结构。在引脚与芯片连接的线路上有一个控制通断的逻辑电路和一个电压-电阻转换装置，该连接的线路、控制通断的逻辑电路以及电压-电阻转换装置是芯片的一部分。电压-电阻转换装置的作用是将物位检测装置两端电压或电流的变化转换成电阻的变化。当逻辑电路接通时被放置在一定的物位情况下，天线特征频率和信号强度至少会有一个发生变化，其工作在第二共振频率下。阅读器能够给标签发送指令，并通过比较逻辑电路通断时的不同频率的信号强度之间的差异可以检测物位的改变。更确切地说，电压-电阻转换装置可以是一个将可变电压转换成可变电阻的装置、一个沟型场效应管或者是场效应管的等效电路。而物位检测装置的具体实例包括压电式微型料位测量装置、以及其他电压电流型物位测量装置等。就另一个实例而言，这一系统包含了一个标签，这一标签上有两根天线(双偶极天线)。物位检测装置与这一个个引脚相连，物位检测装置的另一端直接连到天线上，与第一根天线形成并联结构。在引脚与芯片连接的线路上有一个控制通断的逻辑电路和一个电压-电阻转换装置，该连接的线路、控制通断的逻辑电路以及电压-电阻转换装置是芯片的一部分。电压-电阻转换装置的作用是将物位检测装置两端电压或电流的变化转换成电阻的变化。此时与物位检测装置相连的电压-电阻转换装置也与第一根天线并联，而第二根天线始终以第一共振频率正常通信。当逻辑电路接通时，若物位发生变化，则第一根天线工作在第二共振频率下，其特征频率和信号强度至少有一个会发生改变。阅读器能够给标签发送指令，并通过比较逻辑电路接通时，第一和第二根天线的不同频率的信号强度之间的差异可以检测物位的改变。通过比较第一根天线自身的逻辑电路通断时的不同频率的信号强度之间的差异也可以检测物位的改变。更确切地说，电压-电阻转换装置可以是一个将可变电压转换成可变电阻的装置、一个沟型场效应管或者是场效应管的等效电路。而物位检测装置的具体实例包括压电式微型料位测量装置、以及其他电压电流型物位测量装置 坐寸ο无引脚结构当RFID标签的芯片上没有引脚时，物位检测装置可以直接连到天线上。物位检测装置与天线形成并联结构。在天线与芯片连接的线路上有一个控制通断的逻辑电路和一个电压-电阻转换装置，该连接的线路、控制通断的逻辑电路以及电压-电阻转换装置是芯片的一部分。电压-电阻转换装置的作用是将物位检测装置两端电压或电流的变化转换成电阻的变化。这种情况下，与物位检测装置相连的天线不能脱离物位检测装置而以第一共振频率通信。当被放置在一定的物位情况下，天线的第二共振频率和信号强度至少会有一个发生变化。阅读器能够给标签装置发送指令，通过比较来自天线的不同频率的信号强度之间的差异来检测物位的改变。就一个实例而言，这一系统包含了一个标签，这一标签上有两根天线(双偶极天线)。物位检测装置直接与第一根天线相连。物位检测装置与天线形成并联结构。在天线与芯片连接的线路上有一个控制通断的逻辑电路和一个电压-电阻转换装置，该连接的线路、控制通断的逻辑电路以及电压-电阻转换装置是芯片的一部分。电压-电阻转换装置的作用是将物位检测装置两端电压或电流的变化转换成电阻的变化。而第二根天线不与物位检测装置相连始终以第一共振频率正常通信。当被放置于一定的物位情况下，第一根天线特征频率和信号强度至少有一个会发生改变，其工作在第二共振频率下，而第二根天线的特征频率和信号强度不变。阅读器能够给标签发送指令，并通过比较第一和第二根天线的不同频率的信号强度之间的差异可以检测物位的改变。更确切地说，电压-电阻转换装置可以是一个将可变电压转换成可变电阻的装置、一个沟型场效应管或者是场效应管的等效电路。而物位检测装置的具体实例包括压电式微型料位测量装置、以及其他电压电流型物位测量装置等。推而广之，天线的芯片上可以带也可以不带引脚，可以带一个也可以带多个引脚。天线的根数可以是一根、两根甚至是多根。相对应地也可以连接一个或多个物位检测装置，同时物位检测装置的型号可以相同也可以不同。另外，与之相连的电压-电阻转换装置也可以有许多变化。就装置的一种具体实例而言，当被放置于与一定的物位情况下，与物位检测装置相连的天线的共振频率和信号强度至少有一个会发生改变。阅读器能够给标签装置发送指令，通过比较来自天线的不同频率的信号强度之间的差异来检测物位的改变。就一种物位检测装置的具体实例而言，联立比较数值的方法包括将这些比较数值与多数的信号强度值进行比较。这些信号强度值属于不同的频率，并与多数的物位情况相联系，同时基于上述提到的比较可以检测物位的强度。然而，就另一个方面而言，一个RFID系统包括一个RFID标签装置和一个RFID阅读器装置。这个RFID标签装置被用来发送两种信号，即上述逻辑电路断开时的信号和逻辑电路接通时的信号，这两种信号至少有一种会对受到的请求作出回应。RFID阅读器装置用来对RFID标签装置至少发送一个请求。安装阅读装置是为了接收来自标签的逻辑电路接通时的信号强度值和逻辑电路断开时的信号强度值之间的比较值，并把这些比较值转化为物位的不同水平。在一个实例中，RFID标签的天线与物位检测装置相连，在这一连接线路上有一个 控制通断的逻辑电路。物位检测装置与天线形成并联结构。在天线与芯片连接的线路上有一个控制通断的逻辑电路和一个电压-电阻转换装置，该连接的线路、控制通断的逻辑电路以及电压-电阻转换装置是芯片的一部分。电压-电阻转换装置的作用是将物位检测装置两端电压或电流的变化转换成电阻的变化。在逻辑电路通断与否的两种情况下，该天线会有与之对应的两种不同的频率，即第一共振频率和第二共振频率。当逻辑电路接通并把这一标签装置放置于一定的物位情况下，由于共振频率的变化，就会产生不同信号的强度值。在一个实例中，RFID标签装置包括第一、第二两根天线。更好的情况是，第一根天线与物位检测装置和电压-电阻转换装置相连，当这一标签装置被放置于一定的物位情况下，由于共振频率的变化，就会产生第二信号强度值与第一信号强度值的不同。如图I所示,为本发明实施例物位检测装置与RFID标签芯片相连接的物位感应标签10的示意图。如图I所示，标签装置10，包括一个底座15，一个集成电路板13，两个引脚16，17和一个双偶极天线11，12。集成电路板13上有两个引脚16，17，这两个引脚向外与物位检测装置14相连，这两个引脚在芯片内部与天线的等效电路并联，并在连接的线路上有一个控制通断的逻辑电路。物位检测装置与天线形成并联结构。在天线与芯片连接的线路上有一个控制通断的逻辑电路和一个电压-电阻转换装置，该连接的线路、控制通断的逻辑电路以及电压-电阻转换装置是芯片的一部分。电压-电阻转换装置的作用是将物位检测装置两端电压或电流的变化转换成电阻的变化。通过逻辑电路的通断可以控制物位检测装置是否被接入芯片电路内，从而可以影响与射频模块相连的天线的频率。当逻辑电路断开时，标签天线以第一共振频率通信。当逻辑电路接通时，若物位发生变化，则天线工作在第二共振频率下，其特征频率和信号强度至少会有一个发生改变。在一个实例中，发射端天线11，12由一种或多种不同的低电阻材料制成，这些材料有较高的导电性，例如铜，银，和铝，它们和上述提到的物位检测装置通过两个引脚16，17和天线11，12相连，当天线11，12被放置于一定的物位情况下，物位检测装置会引起一个或多个发射端发生共振频率的变化。这个变化的频率与接收和发送的频率都不一样。例如，逻辑电路接通时，物位检测装置放置于一定的物位情况下，就会导致发送频率和接收频率中至少一个发生变化。在另一个实例中，一开始设定的天线频率值将高于一定物位环境下的天线频率，然后当达到一定的物位时，它就会降低。在另一个实例中，一开始设定的天线频率低于一定物位情况下的天线频率，当达到一定的物位情况时它就会上升。可用于本发明的这样的物位检测装置有压电式微型料位测量装置、以及其他电压电流型物位测量装置等。基于物位检测装置的类型不同，导致变化的物位情况可能是一个特定的物位值也可能是一个有选择性的物位值的范围。时间的长短必然导致天线共振频率的变化，天线质量也会导致不同的变化。例如，天线上带有的物位检测装置的类型能够影响改变天线共振频率所需时间的长短。如图2所示，为RFID标签天线的等效电路图。当标签线圈天线进入读写器产生的交变磁场中，标签天线与读写器天线之间的相互作用就类似于变压器。两者的线圈相当于变压器的初级线圈和次级线圈。由标签天线形成的谐振回路如图2所示，包括标签天线的 线圈电感(L)、寄生电容(Cp)和并联电容(C2)，其谐振频率为I =式中C为Cp
和C2的并联等效电容，R1，R2为电路内电感线圈及其他装置的等效电阻。标签和读写器双向通信使用的载波频率就是f。当要求标签天线线圈外形很小，即面积小，且需一定的工作距离，RFID标签与读写器问的天线线圈互感量就明显不能满足实际需求，可以在标签天线线圈内部插入具有高导磁率的铁氧体材料，以增大互感量，从而补偿线圈横截面小的问题。如图3所示，为本发明实施例物位检测装置、控制通断的逻辑电路以及电压-电阻转换装置与RFID标签天线等效电路相连接的示意图。由标签天线形成的谐振回路如图所示，包括标签天线的线圈电感(L)、寄生电容(Cp)和并联电容(C2)，其谐振频率为
In]L^C，式中C为cP和C2的并联等效电容，Rl，R2为电路内电感线圈及其他装置的
等效电阻。M为代表物位检测装置的可变电阻，S为控制通断的逻辑电路，R3为与物位检测装置串联的等效电阻，F为电压-电阻转换装置。当逻辑电路断开时，物位检测装置不与天线并联，当物位变化时，天线的第一共振频率和信号强度保持不变。当逻辑电路接通时，物位检测装置与天线并联，当物位变化时，天线特征频率和信号强度至少会有一个发生变化，此时天线工作在第二共振频率下。如图4所示，为本发明实施例物位检测装置与RFID标签天线直接相连的示意图，即可检测物位变化的无源RFID标签装置40的简图。如图4所示，标签装置40包括一个底座45，一个集成电路43和一个双偶极天线41，42。与天线42相连的物位检测装置44将会影响天线42的电阻。物位检测装置44所适用的材料可以根据天线41，42中的任何一根的当前电压来控制任何一个既定点的频率。就一个实例而言，安装天线41，42可以使其在相同的频率产生共振。就另一个实例而言，安装天线41，42可以使其在不同的频率产生共振。在一个实例中，发射端天线41，42由一种或多种不同的低电阻材料制成，这些材料有较高的导电性，例如铜，银，和铝，它们和上述提到的物位检测装置相连，当天线41，42被放置于一定的物位情况下，物位检测装置会引起一个或多个发射端发生共振频率的变化，从而导致一个不同的频率。这个频率的变化与接收和发送的频率都不一样。例如，物位检测装置放置于一定的物位情况下，就会导致发送频率和接收频率中至少一个发生变化。
在另一个实例中，一开始设定的天线频率值将高于一定物位环境下的天线频率，然后当达到一定的物位时，它就会降低。在另一个实例中，一开始设定的天线频率低于一定物位情况下的天线频率，当达到一定的物位情况时它就会上升。可用于本发明的这样的物位检测装置有压电式微型料位测量装置、以及其他电压电流型物位测量装置等。基于物位检测装置的类型不同，导致变化的物位情况可能是一个特定的物位值也可能是一个有选择性的物位值的范围。时间的长短必然导致天线共振频率的变化，天线质量也会导致不同的变化。例如，天线上带有的物位检测装置的类型能够影响改变天线共振频率所需时间的长短。如图5所示，为压电式微型料位检测装置。51，52为两端输出电极，53为上部压力端，54为压电晶体，55为下部料位压力端。当料位上升到一定程度时，压电晶体54受到两端压力的作用就会输出电流及电压信号。通过检测输出的电信号可以测出此时的料位。如图6所示，为本发明通过使用多天线的标签装置来检测物位改变的一种方法流 程图。需要考虑到的是，上述提到的装置使用一个标签集成电路来进行与多个天线的交流。如图6所示，50，RFID阅读器向标签装置发送能量和指令。52，逻辑电路在初始时间处于断开的状态，标签装置用不与物位检测装置相连的天线接收能量和指令。54，标签装置把携带能量的电磁波转化为DC (直流)电压，从而才能使标签执行指示的要求。而这种转化需要用到一个电荷泵，一个整流电路，或者将其相互连接，或者要用到其他的能量转化装置。56，标签装置通过不与物位检测装置相连的天线向阅读器发送信号。58，阅读器测量并记录收到信号的能量强度。60，阅读器向标签装置发送接通逻辑电路的指令。62，标签装置用与物位检测装置相连的天线发送数据。64，阅读器测量收到信号的能量强度。66，阅读器计算出一个反映信号强度的比较值。68，阅读器将比较值转化成不同的物位情况。就一个实例而言，阅读器会设定一个时间段用来接收标签的信号，如果没有收到信号，阅读器就会将信号强度记录为O。在这个系统中，阅读器将来自不与物位检测装置相连的天线的信号强度值作为一个参考值，把它与来与物位检测装置相连的标签天线的信号强度值进行比较。通过接收到的来自与物位检测装置相连和不与物位检测装置相连的发射端的信号，阅读器会收集到代表不同信号强度的比较值。然后，RFID阅读器会把这样一个比较值转化为标签所处的物位情况。就一个具体的实例而言，配置这个RFID阅读器是为了通过使用储存的参考数据将接收到的来自连接或者不连接物位检测装置的天线的RF信号强度的不同转化为物位值。最好的情况是，将不连接物位检测装置的天线作为一个参考，可以将由于标签和阅读器之间的耦合所导致的变化过滤掉。此外，正如之前提到的那样，物位检测装置被应用到设计中会使它的阻抗值的变化与标签被放置于特定物位下的时间长短形成一一对应的关系。例如，将物位检测装置仅在一根天线上进行定位，这样可以允许来自RFID标签装置的信号作为一种功能在一定范围内变化，而这一功能正是天线被放置于一定物位下的时间后才有的功能。同上，通过使用本发明，在RFID标签无源的条件下，RFID阅读器能够检测到标签装置是否已经被放置一定的物位下以及这一物位是否在可接受的范围内。不使用两根天线的各种RFID标签也能用物位检测装置来感知到物位的变化，感知物位的变化是基于天线上共振频率的变化也能够识别到天线接收到信号的变化。例如通过对与物位检测装置相连的天线的设计，能够使天线的频率在ISM(Industrial Scientific Medical,工业、科学、医学)频段内变化，标准的标签上都可以连接上这种与物位检测装置以及逻辑电路相连的天线。例如在一个具体的实例中标签天线可以这么设定，在暴露在一定物位环境中之前，天线的共振频率是902-928MHZ，但是标签一旦暴露在一定物位环境中，由于物位的影响，天线的共振频率就降为899. 5-927. 5MHZ，在美国RFID的频率频段(902-928MHZ)被分割为52个频道，在这52个频道中阅读器可以随机的跳过不能接收到的频道去，阅读器这种跳跃的好处就是可以有效的防治多个阅读器在同一个物理空间内试图使用同一个频率所造成的冲突。例如在一个例子中，RFID频段(902-928MHZ)不是划分为52个频道而是平均划分成了 η个频道标签的天线设定在此频段(902-928ΜΗΖ)下进行工作。由于标签天线与物位检测装置相连，所以物位只要超过了预先设定的值的范围，天线标签天线的工作频率就下降到(899. 5-927. 5ΜΗΖ)这个频率范围之中。因此与原来的频段相比较就将频道η从频段范围中排除去，因此变化后的频段(899. 5-927. 5ΜΗΖ)就不再允许标签与频道η进行信息的 交流。在具体的实例中，如果标签所在的环境超过了预期的物位范围，阅读器只能通过频道I至η-l给标签发送指令，标签也能做出反应，因为标签中的天线就只能在这个频率范围内工作，当阅读器以η频道的频率向标签发送指令时，因为标签物位的变化已经导致标签天线的共振频率已经下降到899. 5-927. 5ΜΗΖ，不再达到928ΜΗΖ所以标签就不再做出反应，将信息传回阅读器。有利的方面是由于物位超出了预先设定的值引起的天线工作频率的变化，就被这种信息交流的消失而反映出来。在模型中，阅读器可以向标签发送一个在频道η-l和频道η之间的指令来进一步确认一下标签天线的工作频率范围已经发生了漂移，因为标签能够接收到通过频道η-l发过来的指令，并且能够通过频道η-l能向阅读器反馈信息，因为标签不能够接收到通过频道η发过来的指令，并且不能够通过频道η能向阅读器反馈信息，这样就确定了标签天线的工作频率范围已经发生了漂移。物位的变化导致标签天线的工作频率发生向上和向下的漂移并且本发明并不限制在将频段平均划分为η个频道。本发明实施例可以较低成本来检测物位变化，并利用RFID获得的能量，解决了物位检测的供电问题。这个系统的各个特点的实施可能会涉及到软件，硬件也可能涉及到软硬件的结合才能达到，例如系统的许多优点的实施是通过编程用一种高水平的处理和面向对象的编程语言与电脑和其他设备机器的相互交流的方式实现的。每一个这样的功能程序可能被储存在一个存储中介中例如只读存储器中被一个电脑和处理器读取来实现上述的功能。本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrative logical block),单元,和步骤可以通过电子硬件、电脑软件,或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability),上述的各种说明性部件(illustrative components),单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、⑶-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信 息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电脑、双绞线、数字用户线(DSL)或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片(disk)和磁盘(disc)包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。以上所述的具体实施方式
，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式
而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种带物位检测装置的RFID标签，其特征在于，所述RFID标签的芯片上有两个引脚；所述物位检测装置与这两个引脚相连，并与所述RFID标签的天线形成并联结构，外界物位情况的变化会引起物位检测装置两端电压或电流的变化，在所述物位检测装置与RFID标签的芯片连接的线路上有一个控制通断的逻辑电路和一个电压-电阻转换装置，该连接的线路、该逻辑电路和该电压-电阻转换装置是芯片的一部分，电压-电阻转换装置用于将物位检测装置两端电压或电流的变化转换成电阻的变化，逻辑电路的通断决定了物位检测装置是否与天线并联当逻辑电路断开时，物位检测装置不与天线并联，当物位变化时，天线的第一共振频率和信号强度保持不变；当逻辑电路接通时，物位检测装置与天线并联，当物位变化时，天线的特征频率和信号强度至少会有一个发生变化，此时天线工作在第二共振频率下；所述RFID标签接收RFID阅读器发送的指令以控制逻辑电路的通断，从而实现通过比较来自天线的不同频率的信号强度之间的差异来检测物位的改变。
2.如权利要求I所述带物位检测装置的RFID标签，其特征在于，所述RFID标签的天线为单极子天线。
3.如权利要求I所述带物位检测装置的RFID标签，其特征在于，所述RFID标签的天线为双偶极天线所述物位检测装置和与该物位检测装置相连的电压-电阻转换装置与其中一根天线形成并联结构；或者所述物位检测装置和与该物位检测装置相连的电压-电阻转换装置与两根天线同时形成并联结构。
4.如权利要求I所述带物位检测装置的RFID标签，其特征在于，所述电压-电阻转换装置包括一可变电压转换成可变电阻的装置、或一沟型场效应管、或场效应管的等效电路，所述物位检测装置包括压电式微型料位测量装置、以及其他电压电流型物位测量装置。
5.一种带物位检测装置的RFID标签，其特征在于，所述RFID标签的芯片上有一个引脚；所述物位检测装置的一端与这个引脚相连，另一端连接到所述RFID标签的天线上，并与天线形成并联结构，外界物位情况的变化会引起物位检测装置两端电压或电流的变化，在所述物位检测装置与RFID标签的芯片连接的线路上有一个控制通断的逻辑电路和一个电压-电阻转换装置，该连接的线路、该逻辑电路和该电压-电阻转换装置是芯片的一部分，电压-电阻转换装置用于将物位检测装置两端电压或电流的变化转换成电阻的变化，逻辑电路的通断决定了物位检测装置是否与天线并联当逻辑电路断开时，物位检测装置不与天线并联，当物位变化时，天线的第一共振频率和信号强度保持不变；当逻辑电路接通时，物位检测装置与天线并联，当物位变化时，天线的特征频率和信号强度至少会有一个发生变化，此时天线工作在第二共振频率下；所述RFID标签接收RFID阅读器发送的指令以控制逻辑电路的通断，从而实现通过比较来自天线的不同频率的信号强度之间的差异来检测物位的改变。
6.如权利要求5所述带物位检测装置的RFID标签，其特征在于，所述RFID标签的天线为单极子天线。
7.如权利要求5所述带物位检测装置的RFID标签，其特征在于，所述RFID标签的天线为双偶极天线所述物位检测装置和与该物位检测装置相连的电压-电阻转换装置与其中一根天线形成并联结构；或者所述物位检测装置和与该物位检测装置相连的电压-电阻转换装置与两根天线同时形成并联结构。
8.如权利要求5所述带物位检测装置的RFID标签，其特征在于，所述电压-电阻转换装置包括一可变电压转换成可变电阻的装置、或一沟型场效应管、或场效应管的等效电路，所述物位检测装置包括压电式微型料位测量装置、以及其他电压电流型物位测量装置。
9.一种带物位检测装置的RFID标签，其特征在于，所述物位检测装置连接到所述RFID标签的天线上，并与天线形成并联结构，外界物位情况的变化会引起物位检测装置两端电压或电流的变化，在所述物位检测装置与天线连接的线路上有一个控制通断的逻辑电路和一个电压-电阻转换装置，该连接的线路、该逻辑电路和该电压-电阻转换装置是芯片的一部分，电压-电阻转换装置用于将物位检测装置两端电压或电流的变化转换成电阻的变化，逻辑电路的通断决定了物位检测装置是否与天线并联当逻辑电路断开时，物位检测装置不与天线并联，当物位变化时，天线的第一共振频率和信号强度保持不变；当逻辑电路接通时，物位检测装置与天线并联，当物位变化时，天线的特征频率和信号强度至少会有一个发生变化，此时天线工作在第二共振频率下；所述RFID标签接收RFID阅读器发送的指令以控制逻辑电路的通断，从而实现通过比较来自天线的不同频率的信号强度之间的差异来检 测物位的改变。
10.如权利要求9所述带物位检测装置的RFID标签，其特征在于，所述RFID标签的天线为单极子天线。
11.如权利要求9所述带物位检测装置的RFID标签，其特征在于，所述RFID标签的天线为双偶极天线所述物位检测装置和与该物位检测装置相连的电压-电阻转换装置与其中一根天线形成并联结构；或者所述物位检测装置和与该物位检测装置相连的电压-电阻转换装置与两根天线同时形成并联结构。
12.如权利要求9所述带物位检测装置的RFID标签，其特征在于，所述电压-电阻转换装置包括一可变电压转换成可变电阻的装置、或一沟型场效应管、或场效应管的等效电路，所述物位检测装置包括压电式微型料位测量装置、以及其他电压电流型物位测量装置。
13.一种带物位检测装置的RFID系统，所述RFID系统包括RFID标签和RFID阅读器，其特征在于， 所述RFID标签包括权利要求1-4中任一项所述带物位检测装置的RFID标签，或权利要求5-8中任一项所述带物位检测装置的RFID标签，或权利要求9-12中任一项所述带物位检测装置的RFID标签； 所述RFID阅读器发送指令以控制RFID标签的逻辑电路的通断，从而通过比较来自天线的不同频率的信号强度之间的差异来检测物位的改变。
14.一种带物位检测装置的RFID系统的物位检测方法，其特征在于，所述物位检测方法应用于权利要求13所述带物位检测装置的RFID系统，包括 通过所述RFID阅读器发送指令以控制RFID标签的逻辑电路的通断； 通过RFID标签接收RFID阅读器发送的指令以控制逻辑电路的通断当逻辑电路断开时，物位检测装置不与天线并联，此时被放置在一定的物位情况下，天线的第一共振频率和信号强度保持不变；当逻辑电路接通时，物位检测装置与天线并联，此时被放置在在一定的物位情况下，天线的特征频率和信号强度至少会有一个发生变化，此时天线工作在第二共振频率下； 利用所述RFID阅读器比较来自天线的不同频率的信号强度之间的差异来检测物位的改变。
全文摘要
本发明提供一种带物位检测装置的RFID标签、RFID系统及物位检测方法，物位检测装置与RFID标签的天线形成并联结构，在物位检测装置与RFID标签的芯片连接的线路上有一个控制通断的逻辑电路和一个电压-电阻转换装置当逻辑电路断开时，物位检测装置不与天线并联，当物位变化时，天线的第一共振频率和信号强度保持不变；当逻辑电路接通时，物位检测装置与天线并联，当物位变化时，天线的特征频率和信号强度至少会有一个发生变化，此时天线工作在第二共振频率下；RFID标签接收RFID阅读器发送的指令以控制逻辑电路的通断，从而实现通过比较来自天线的不同频率的信号强度之间的差异来检测物位的改变。其可以较低成本来检测物位变化。
文档编号G01B7/00GK102842058SQ201210183548
公开日2012年12月26日 申请日期2012年6月1日 优先权日2012年6月1日
发明者王玉泉, 霍灵瑜, 刘丙午 申请人:北京物资学院