专利名称：与纺织产品载体进行通信的设备和方法
技术领域：
本发明涉及纺织产品领域。其涉及一种如对应的独立权利要求的前序中所描述的、与纺织产品载体进行通信的设备和方法。
背景技术：
在DE 37 32 367 C2中，公开了一种配置在纺织品线轴上的电子芯片。该芯片可以通过在线轴的读取位置处由读取设备所电接触的接触面而与读设备进行通信。可替选地，该芯片连接到配置在铁氧体上的印刷线圈上。这允许与该芯片的感应通信。印刷线圈可以相对于线轴同心地配置，假设线轴可以与芯片通信，而不管其角坐标。但是，没有说明使本领域的技术人员实现在线轴以例如通常高达25,000rpm的高速度进行旋转时能够与芯片进行通信。
发明内容
本发明的目的是创建一种与前述类型的纺织产品载体进行通信的设备和方法，其提供了针对上述设备的改进。本发明的另一目的是提供与位于高速旋转的纺织产品载体上的电子标签进行通信。本发明的又一目的是提供一种在纺织产品载体上的电子标签，该电子标签包括有源供电的电子芯片。
这些目的是通过根据对应的独立权利要求的、与纺织产品载体进行通信的设备和方法来实现的。
与纺织产品载体进行通信的本发明设备包括带有天线的电子标签。该设备被配置成与纺织产品载体一起移动并围绕纺织产品载体的轴而旋转，其中，纺织产品载体具有被配置成置于纺锤上的第一端以及与第一端相对的第二端。该天线的主灵敏度是相对于沿着轴的电磁场变化而言的，并且该天线位于纺织产品载体的第二端。
结果，当产品载体处于旋转中时，利用RFID技术的对象识别是可能的。因为电子标签被三维地嵌入到非金属的产品载体中，所以，即使当产品载体置于纺锤上并处于旋转中时，其也允许识别以及与标签的通信。而且，位于第二端的天线远离纺锤的端来布置。换句话说，当纺织产品载体置于纺锤上时，纺锤不通过天线。如果纺锤通过天线的情况下，金属的纺锤将妨碍通过天线的射频(RF)通信。
在本发明的优选实施例中，在所述天线沿所述轴、在垂直于所述轴(7)的平面上的平行投射中，所述天线的投射包围的面积是所述天线沿任何其它方向上投射所包围的面积的最大值或接近最大值。所述面积构成电磁通量的通量窗口，该电磁通量耦合到天线中的电动势或电流。
在本发明的优选实施例中，当纺织产品载体在恒定磁场中围绕所述轴旋转时，在天线中感应的电压与围绕任何其它轴旋转而感应的电压相比是最小的或接近最小的。这消除了杂散磁场的干扰。实际上，天线并非理想的，并且可能拾取小的干扰信号。鉴于此原因，在本发明优选实施例中的通信频率是与对应于载体旋转的预期速度的干扰频率不同的频率。
在本发明的优选实施例中，天线对于所述轴是对称的。在本发明的又一优选实施例中，天线在与所述轴正交的两个方向上延伸。即，当沿着所述轴观察天线时，由天线所围绕或跨越的开口是可见的。天线优选地为圆形或者螺旋形。其可以包括基本上配置在垂直于所述轴的平面中的一个或多个环。或者，天线可以是至少近似螺旋形的线圈，并且螺旋体的轴与纺织产品载体的轴一致。这使得天线可以通过将线缠绕圆柱形的支撑部而成。
在本发明的优选实施例中，电子标签被配置成通过天线、以射频频谱来通信。
在本发明的又一优选实施例中，电子标签和天线嵌入纺织产品载体中，使得在载体的表面上没有额外的厚度。这也避免了在别的方式的情况下，在载体的长期运行期间可能发生的畸变和物理损坏。
在本发明的又一优选实施例中，该设备包括一子配件，该子配件包括支撑天线和电子标签的主体，其中，该子配件是至少下列之一●插入注模到所述纺织产品载体(1)中，●置于所述纺织产品载体(1)中，或者●置于所述纺织产品载体(1)上。
优选地，所述主体包括中空的部分，在天线缠绕该体之前或之后，电子芯片置于其中。将天线线圈和芯片以这种方式嵌入纱管(cop)而保持组件的安全，并且免受由于粗鲁的处理或任何其它物理接触而引起的损坏。
在本发明的又一优选实施例中，纺织产品载体是在第二端处封闭的中空的圆锥体或圆柱体，并且子配件位于纺织产品载体内的第二端处。子配件从顶部或底部插入产品载体的腔中。
在本发明的又一优选实施例中，纺织产品载体是在第二端处敞开的中空的圆锥体或圆柱体，而子配件是圆柱形状或圆锥形状，并置于纺织产品载体内的第二端处或者绕着所述纺织产品载体而置于所述第二端处。
在本发明的又一优选实施例中，该设备包括当纺织产品载体在磁场中旋转时给有源标签供电的电枢线圈。优选地，该磁场为恒定场，其由置于产品载体的顶端附近的永久磁体产生。在磁场中旋转电枢线圈使得线圈切割磁场。这感应出电流，以给电子标签供电和/或对诸如电子标签的电池或电容器的电源存储装置进行充电。
电枢线圈可以是圆形、椭圆形、矩形等。原则上，其优选地至少在与所述轴平行的第一方向上以及与所述轴正交的第二方向上延伸。
在本发明的另一优选实施例中，有源电子标签根据通信信号，提取功率来对其电能量存储装置进行充电。
与纺织产品载体进行通信的方法，其中，纺织产品载体包括连接到电子标签的天线，该方法包括下列步骤●将纺织产品载体置于纺锤上；●旋转纺织产品载体●当纺织产品载体旋转时，通过天线、在射频通信链路上与电子标签进行通信。
通信可以使用加密，以防止未授权方读取或写入标签或者偷听通信。
在本发明的优选实施例中，该方法还包括如下步骤通过与磁场中旋转的纺织产品载体电连接的电枢线圈，将电源提供给电子标签。
贯穿本申请，主要对纺织机中所产生的纱线进行缠绕的纱管或环架构纱管进行了引用。但是，应该清楚，本发明适用于诸如线轴(spool)、绕线筒(bobbin tube)、锥体(cone)等可在生产期间的某个时候旋转的任何非金属产品载体，并且与它在旋转期间进行通信。
根据从属专利权利要求，进一步的优选实施例是显而易见的。方法权利要求的特征可以与设备权利要求的特征相结合，并且反之亦然。
将参考优选的示例性实施例，在下文中更为具体地说明本发明的目的，该实施例结合附图来描述，其中图1示出了纺织机中的纺织纱管；图2示出了纺织纱管；图3示意性地示出了圆锥形的纱管的横截面图；图4示意性地示出了圆柱形的纱管的横截面图；图5示意性地示出了纱管的尖端处的子配件；图6示意性地示出了开口的纱管尖端；图7示意性地示出了置于纱管尖端内的预制的子配件；图8示意性地示出了置于纱管尖端上的预制的子配件；图9示意性地示出了天线的实施例；图10示意性地示出了天线的另一实施例；图11示意性地示出了电枢线圈的布置；以及图12示意性地示出了组合的天线和电枢线圈。
图中所用的附图标记及其含义以总结的形式在附图标记列表中列出。原则上，在图中，相同的部分提供有相同的附图标记。
具体实施例方式
图1示出了纺织机中的纺织纱管1。在纱管1之间配置了隔离物11。在纱管1的底部，正在纺织的纱线13已覆盖纱管1的第一端8。在纱管1的顶部，第二端9是敞开的，即，纱管1为圆柱形并具有从纱管1的一端到另一端的开口。该开口置于纺锤上。
图2示出了其第二端9是封闭的纺织纱管1。在第二端9之间，设置了隔离物11。
图3示意性的示出了在操作时置于圆锥形纺锤10上的圆锥形纱管1的横截面图。在纱管1的第二端9，配置了子配件2。子配件2携带了天线和RFID标签(在下文中更为具体地描述)。第二端9是封闭的，并且通过将子配件2推上锥形腔，可以将子配件2插入纱管1。其可以楔入或粘到第二端9之内而保持在那里。可替选地，子配件2可以是在纱管1中的插入注模。
同样示出的是用于经由电枢线圈6而给RFID标签5供电的恒定永久磁体12的位置，如将在下文中说明。
图4示意性地示出了圆柱形纱管1或其它其第二端9是敞开的纺织产品载体的横截面图。这里的子配件2的形状为环绕开口14的圆凸或圆环。在第一端8，纺织产品载体1具有环绕外圆周的环状突起或缘15。
根据本发明的其它实施例，螺旋管形的子配件2并入在其第二端9是敞开的圆锥形纱管1中；或者，如图3中所示的子配件2并入在其第二端9是封闭的圆柱形纱管1中。
图5示意性地示出了在纱管1的尖端中的子配件2。纱管1的尖端用虚线画出。子配件2包括圆柱形的主体3、缠绕主体3的天线线圈4以及附着到主体3的RFID标签5。天线4优选地形成螺旋形线圈；天线4的两端电连接到RFID标签5。RFID标签5可以置于子配件2的井中。
RFID标签5可以是使用接收信号的能量来创建和发送响应信号的无源型的收发器，或者可以是带有电存储装置来给RFID标签5供电的有源标签。标签可以包括任意公知的RFID标签技术，包括微处理器和固体存储器。
为了于RFID标签5通信，安装在纱管1附近的固定的发送器/接收器通过固定的天线，优选地在RF范围中产生电磁场。因为纱管1中的天线4对于轴7被对称地配置，其中，纱管1围绕该轴7旋转，所以，电磁场的接收基本上独立于纱管1的角坐标。固定天线优选地直接位于具有天线线圈4的第二端9的上方，由此提供最大的读取范围。如果该天线偏离旋转纱管的轴一角度，操作也是可能的。但是，从0度到9度增加角度，将逐渐减小传送效率和读取范围。
此外，因为纱管1和子配件2的材料是非导电性的，并且因为金属纺锤10没有延伸以致接近或穿过天线线圈4，所以没有纺锤10的金属干扰的接收是可能的。同样地，RFID标签5可以通过天线4发送RF信号。在本发明的优选实施例中，RFID标签5包括消除由电磁的杂散场引起的或者由杂散磁场中非理想天线的快速旋转引起的干扰的电路。
图6示意性地示出了敞开的纱管尖端。天线4缠绕纱管1自身的材料，并且RFID标签5附着于天线4和纱管1。通过环绕天线4和RFID标签5而注模和/或缠绕适当材料的条或带，来填充天线4、RFID标签5和纱管1的外围之间的剩余间隙16，使得经填充的间隙的外围(用虚线画出)与纱管1的外表面齐平。这种将天线4和RFID标签5配置在纱管1上而不用子配件2的方法当然也可以用于图5的封闭的纱管1。另一方面，通过将图4中的环形或螺旋管形的子配件2滑到纱管1上或滑入纱管1并通过粘合将其固定在预定位置，从而子配件2可以用来改装现有的纱管。
尽管在图5中，RFID标签5图示为位于天线线圈4的绕组之上，但是，在图6中，RFID标签5图示为位于绕组之下，优选地位于形成在纱管1中的腔内。当然，RFID标签5的这种布置也可以在图5的实施例中实现。
图7和图8示意性地示出了插在纱管1中或在纱管1上的预制的子配件2的截面图。这些实施例中的子配件2优选地具有圆锥形或锥形环的形式。其被构造成类似于图5中给出的子配件2，但是，RFID标签5和天线线圈4由覆盖部分所覆盖。覆盖部分可以是独立的部分，或者环绕RFID标签5和天线线圈4被注模，使得它们受到保护，并使得在子配件2的外面提供了光滑的表面。两个实施例都可以用来改装现有的纱管。在两个实施例中，子配件2可以例如被粘到位置上并且/或者可以通过“插销式(snapin)”连接而插入，如下所述在图7的实施例中，在圆锥形纱管1内表面靠近其顶部9处，形成圆形凹槽19，其具有与子配件2的高度相对应的高度。子配件2是截锥体或至少在其外围是锥形的环。子配件2的下端的外尺度稍大于在凹槽19的下边缘处的纱管1的内尺度。结果，子配件2在纱管1的开口插入，朝向凹槽19被强制向上，并因子配件2和/或纱管1的弹力而卡到凹槽19中的位置。
在图8的实施例中，在圆锥形纱管1外部靠近其顶9处，形成凹槽19，其具有与子配件2的高度相对应的高度。子配件2是至少在其内圆周成锥形的环。子配件2的上端的外尺度稍小于在凹槽19的上边缘处的纱管1的外尺度。结果，子配件2置于纱管1的上端9上，朝向凹槽19被强制向下，并因子配件2和/或纱管1的弹力而卡到凹槽19中的位置。
图9示意性地示出了天线4的实施例，其中，柔性的或非柔性的印刷电路17形成环形天线4，并携带电连接到天线4的RFID标签5。在该实施例中，印刷电路17具有上述子配件2的主体3的功能。将RFID标签5置于形成天线线圈4的环或数个环的中间，允许很小的实现。
图10示意性地示出了天线4的另一实施例，其中，印刷电路17上的天线4是由具有两个或更多环的螺旋形的导电条形成。为了避免印刷电路17上的导电条的交叉，RFID标签5置于天线4上，使得RFID标签5的第一连接点在螺旋的内部接触天线4的一端，而RFID标签5的第二连接点在天线4的外部接触天线4的另一端。(被天线4所遮掩的条的部分由点线示出)。印刷电路17的中心处的开口使得其用在其中第二端9是敞开的纱管1中。
图11示意性地示出了电枢线圈6的布置。该图示出了仅仅单环的情况，但是，可替选地，电枢线圈6可以沿图中所示的圆周而包括数个环。为清晰起见，天线4未示出，其可以被配置在电枢线圈6之上或之下。电枢线圈6横跨在旋转轴7的方向上以及在与轴7正交的方向上延伸的通量窗口。结果，在恒定磁场中围绕轴7旋转电枢线圈6将感应电动势、电压和电流，其被整流并用来给RFID标签5供电和/或对诸如RFID标签5的电池或电容等电存储装置进行充电。
为了通过电枢线圈6产生磁场来对RFID标签5进行供电，在处于其工作位置处的每个纱管的第二端9的位置附近的支撑物上布置有永久磁体。例如，参考图1和图2，永久磁体附着到隔离物壁11上。
图12示意性地示出了用作天线和电枢线圈的组合线圈18的几何体或延伸。同样，一个或多个环可以沿所示的线布置。组合线圈18沿着轴7和垂直于轴7并相互垂直的两个方向上而在三维上延伸。结果，沿着轴的RF场被检测，且恒定磁场将使得感应出中枢电流。对于该天线的实施例，RFID标签5包括滤波器电路以将通信信号与电源信号分开。
图9到图12中所示的天线实施例可以与各种载体实施例以及如何将天线4或子配件2嵌入载体1的不同形式相结合。
虽然本发明已经在本发明的该优选实施例中予以描述，但是，显然应理解，本发明并不限于此，而是可以在权利要求的范围内以其它各种方式实施和实现。
符号列表1纱管12永久磁体2子配件 13纱线3主体14开口4天线15边缘5RFID标签16间隙6电枢线圈17印刷电路7轴 18组合线圈8第一端 19凹槽9第二端 20凹槽的下边缘10纺锤 21凹槽的上边缘11隔离物
权利要求
1.一种与纺织产品载体(1)进行通信的设备，包括具有天线(4)的电子标签(5)，并被配置成与所述纺织产品载体(1)一起移动且围绕所述纺织产品载体(1)的轴(7)而旋转，其中，所述纺织产品载体(1)具有被配置成置于纺锤(10)上的第一端(8)以及与所述第一端(8)相对的第二端(9)，其特征在于，所述天线(4)的主灵敏度是相对于沿所述轴(7)的电磁场变化而言的，以及所述天线(4)位于所述纺织产品载体(1)的第二端(9)。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，在所述天线(4)沿所述轴(7)、在垂直于所述轴(7)的平面上的平行投射中，所述天线(4)的投射包围的面积是所述天线(4)沿任何其它方向上投射所包围的面积的最大值或接近最大值。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，当所述纺织产品载体(1)在恒定磁场中绕着所述轴(7)旋转时，在所述天线(4)中感应的电压与绕着任何其它轴旋转而感应的电压相比是最小的或接近最小的。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其中，所述天线(4)相对于所述轴(7)是对称的，并且特别是圆形的或螺旋形的。
5.根据前述权利要求之一所述的设备，其中，所述电子标签(5)被配置成通过所述天线(4)、以射频频谱来通信。
6.根据前述权利要求之一所述的设备，其中，所述电子标签(5)和所述天线(4)被嵌入所述纺织产品载体(1)，使得在所述纺织产品载体(1)的表面上没有额外的厚度。
7.根据前述权利要求之一所述的设备，包括子配件(2)，该子配件(2)包括支撑所述天线(4)和所述电子标签(5)的主体(3)，其中，所述子配件(2)是至少下列之一●插入注模到所述纺织产品载体(1)中，●置于所述纺织产品载体(1)中，或者●置于所述纺织产品载体(1)上。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述纺织产品载体(1)是在所述第二端(9)处封闭的中空的圆锥体或圆柱体，并且所述子配件(2)位于所述纺织产品载体(1)内的所述第二端(9)处。
9.根据权利要求7所述的设备，其中，所述纺织产品载体(1)是在所述第二端(9)处敞开的中空的圆锥或圆柱体，并且所述子配件(2)是圆柱形或圆锥形，且置于所述纺织产品载体(1)内的所述第二端(9)处，或者绕着所述纺织产品载体(1)而置于所述第二端(9)。
10.根据前述权利要求之一所述的设备，包括电枢线圈(6)，其用于在所述纺织产品载体(1)在磁场中旋转时为有源标签(5)供电。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述电枢线圈(6)至少在与所述轴(7)平行的第一方向上以及与所述轴(7)正交的第二方向上延伸。
12.一种在根据前述权利要求之一所述的设备中使用的子配件(2)，该子配件(2)包括支撑天线(4)和电子标签(5)的主体(3)。
13.根据权利要求12所述的子配件(2)，具体用于改装纺织产品载体(1)，其中，所述天线(4)和电子标签(5)由覆盖件所覆盖和保护。
14.一种与纺织产品载体(1)进行通信的方法，其中，所述纺织产品载体(1)包括根据权利要求1到11之一所述的设备，并且天线(4)连接到电子标签(5)，其中，所述方法包括下列步骤●将所述纺织产品载体(1)置于纺锤(10)上；●旋转所述纺织产品载体(1)；●当所述纺织产品载体(1)旋转时，通过所述天线(4)、在射频通信链路上与所述电子标签(5)进行通信。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括如下步骤通过与在磁场中旋转的所述纺织产品载体(1)电连接的电枢线圈(6)，向所述电子标签(5)供电。
全文摘要
一种与纺织产品载体进行通信的设备，其包括具有天线(4)的电子标签(5)，并且被配置成与纺织产品载体一起移动且围绕纺织产品载体(1)的轴(7)而旋转，其中，纺织产品载体(1)具有被配置成置于纺锤(10)上的第一端(8)以及与第一端(8)相对的第二端(9)。天线(4)的主灵敏度是相对于沿着轴(7)的电磁场变化而言的，且天线(4)位于纺织产品载体(1)的第二端(9)。
文档编号H01Q1/36GK101058378SQ20071009812
公开日2007年10月24日 申请日期2007年4月13日 优先权日2006年4月17日
发明者谢卡里普拉姆·纳拉亚纳斯瓦米·拉马钱德兰, 玛哈林甘·克里希纳斯瓦米, 戈帕萨米·钱德拉莫汉 申请人:普勒米尔开发私人有限公司