Пассивная радиометка системы автоматической идентификации с возможностью передачи характеристик объекта

Изобретение относится к области телеметрических систем и может использоваться для дистанционного контроля параметров объектов, в частности температуры подшипников колесных пар железнодорожных вагонов. Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность дистанционного измерения параметров объекта с использованием пассивных радиометок. Результат достигается за счет введения в известную радиометку датчика контроля параметра, источника тока и аналого-цифрового преобразователя. В качестве датчика параметра может выступать любой электрорадиоэлемент, имеющий зависимость внутреннего сопротивления от какого-либо параметра, например термосопротивления. В качестве АЦП и генератора идентификационного кода может быть использована микросхема со сверхнизким потреблением, например типа PIC12F683. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области телеметрических систем и может использоваться для дистанционного контроля параметров объектов, в частности температуры подшипников колесных пар железнодорожных вагонов.

Известна радиометка телеметрической системы идентификации объектов [патент РФ 2222030], состоящая из антенны, генератора, устройства питания, устройства синхронизации и запоминающего устройства.

Недостатком данного устройства является невозможность изменять формат данных в процессе эксплуатации и передавать меняющиеся данные.

Наиболее близким устройством является пассивная радиометка системы автоматической идентификации [патент РФ №2097783, G01S 13/75], содержащая соединенные приемопередающую антенну, согласующий трансформатор и выпрямляющее устройство, нелинейный элемент, постоянное запоминающее устройство, при этом выход выпрямляющего устройства подключен к входу питания постоянного запоминающего устройства, нелинейный элемент подключен к выходу постоянного запоминающего устройства в качестве нагрузки.

Недостатками данного устройства является невозможность передавать меняющиеся данные.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность дистанционного измерения параметров объекта с использованием пассивных радиометок.

Предлагаемый технический эффект достигается за счет введения в радиометку датчика контроля параметра, источника тока и аналого-цифрового преобразователя.

На чертеже показана структурная схема радиометки.

Радиометка системы автоматической радиочастотной идентификации содержит приемопередающую антенну 1, согласующее устройство 2, нелинейный элемент 3, выпрямляющее устройство 4 и генератор кода 5. Приемопередающая антенна 1, выполненная в виде симметричного полуволнового излучателя, одной четвертьволновой частью соединена с первым, а второй четвертьволновой частью - со вторым входами согласующего устройства 2. Основная задача согласующего устройства 2 состоит в согласовании приемопередающей антенны 1 с остальной частью радиометки и увеличении значения входного высокочастотного сигнала до значения, необходимого для питания генератора кода 5. Так как в качестве генератора кода используются интегральные микросхемы, как правило, созданные по технологиям МОП, то уровень напряжения питания, то есть ЭДС между первым и вторым входами генератора кода 5, должен составлять минимум 1,5...3,0 вольт. В пассивных радиометках, т.е. не содержащих источников тока, средний потребляемый генератором кода 5 ток должен иметь значение не более 10^-4 А. В данном случае умножитель напряжения имеет два входа и два выхода. Приемопередающая антенна 1 выполнена в виде симметричного полуволнового излучателя, одной четвертьволновой частью она соединена с первым, а второй четвертьволновой частью - со вторым входами согласующего устройства 2, первый выход которого соединен с первым выходом нелинейного элемента 3 и первым входом выпрямляющего устройства 4, а второй выход согласующего устройства 2 соединен со вторым выходом нелинейного элемента 3, со вторым входом выпрямляющего устройства 4 и вторым входом генератора кода 5. Часть информации, генерируемая генератором кода 5, содержит данные, приходящие с аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) 6, на вход которого поступает сигнал со средней точки цепочки, образованной последовательным соединением источника тока 7 и датчика параметра 8.

Приемопередающая антенна 1 конструктивно выполнена на плате датчика, полученного в результате травления.

В качестве согласующего устройство 2 может быть выполнено как четверть волновой микрополосковый трансформатор из медного проводника или в виде резонансного LC-контура.

Выпрямляющее устройство 4 может быть выполнено на двух диодах Шотки и конденсаторе по схеме удвоения напряжения. Выпрямляющее устройство 4 также содержит ограничитель напряжения. В качестве ограничителя напряжения сверху могут быть использованы стабилитрон на соответствующее напряжение (ограничение по напряжению сверху) и супервизоры (генераторы сброса), например DS 1810/11/12/16/17, DS1833 (ограничение по напряжению снизу).

В качестве АЦП 6 и генератора кода 5 может быть использована микросхема со сверхнизким потреблением типа PIC12F683.

Для увеличения энергетической накачки приемопередающая антенна радиометки выполнена как направленная антенна с рефлектором.

Для измерения температуры датчик параметра 8 выполнен в виде терморезистора.

Для измерения концентрации газов в качестве датчика параметра 8 могут использоваться различные датчики газов, например датчики, предназначенные для преобразования парциального давления кислорода (рО₂) или водорода (рН₂) в газовых смесях в аналоговый сигнал постоянного напряжения [http://www.insovt.ru/o2sensors/].

Для измерения уровня излучения в качестве датчика параметра 8 могут использоваться, например, датчики УФ [http://daily.sec.ru/dailypblshow.cfm?rid=17&pid=17384]. Измерение дозы УФ-облучения сводится к простому измерению внутреннего сопротивления структуры при ее прямом включении.

Для измерения давления в качестве датчика параметра 8 могут использоваться, например, датчики-преобразователи давления в электрический сигнал на основе пьезоэффекта.

В качестве источника тока 7 могут использоваться, например, источники стабильного тока на полевых транзисторах [Ю.Ф.Опадчий, О.П.Глудкин, А.И.Гуров. Аналоговая и цифровая электроника: Учебник для ВУЗов. / Изд. Горячая линия - Телеком, 2002, с.226].

В качестве нелинейного элемента может использоваться, например, полевой транзистор или диод.

Датчик работает следующим образом.

Перед установкой радиометки на объект идентификации радиометка программируется. Идентификационная информация записывается любым известным способом в генератор кода 5.

В отсутствие облучения отсутствует напряжение питания в радиометке.

Когда радиометка попадает в зону диаграммы направленности антенны считывателя системы автоматической идентификации, электромагнитная энергия через приемопередающую антенну 1 и согласующее устройство 2 поступает на выпрямляющее устройство 4, где выпрямляется высокочастотными диодами и емкостью. Если выпрямленное напряжение превышает максимально допустимое напряжение для генератора кода 5, происходит ограничение напряжения стабилитроном, если выпрямленное напряжение меньше допустимого, то супервизор не подает напряжение на генератор кода 5 до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет необходимого уровня. После появления напряжения питания на генераторе кода 5 и, следовательно, на источнике тока 7 генератор тока 7 вырабатывает постоянный стабильный ток в нагрузке, которой является датчик параметра 8. В качестве датчика параметра 8 может выступать любой электрорадиоэлемент, имеющий зависимость внутреннего сопротивления от какого-либо параметра. Для понимания проходящих процессов рассмотрим терморезистор, имеющий зависимость сопротивления от температуры. Так как ток, генерируемый источником тока 7, является постоянным и не зависит от нагрузки, а при изменении температуры изменяется сопротивление терморезистора (датчика параметра 8), то, соответственно, и изменяется напряжение, падающее на терморезисторе (датчике параметра 8). Это напряжение поступает на вход АЦП 6, которое его преобразовывает в цифровой код, который в свою очередь записывается в определенную область идентификационной информации, после чего происходит циклическая передача данной информации с выхода генератора кода 5 на управляющий вход нелинейного элемента 3, который в свою очередь, изменяя согласование приемопередающей антенны 1 радиометки, производит амплитудную модуляцию отраженного от приемопередающей антенны электромагнитного излучения в соответствии с идентификационной информацией.

Так как в качестве генератора кода 5 используется микропроцессор со встроенным АЦП, то алгоритм записи данных с АЦП в идентификационную информацию и ее генерации предварительно записывается в память микропроцессора.

1. Радиометка системы автоматической идентификации, содержащая приемопередающую антенну (1), согласующее устройство (2), нелинейный элемент (3), выпрямляющее устройство (4) и генератор кода (5), при этом выход выпрямляющего устройства (4) подключен к первому входу генератора кода (5), выход которого соединен с управляющим входом нелинейного элемента (3), и при этом приемопередающая антенна (1), выполненная в виде симметричного полуволнового излучателя, одной четвертьволновой частью соединена с первым, а второй четвертьволновой частью - со вторым входами согласующего устройства (2), первый выход которого соединен с первым выходом нелинейного элемента (3) и первым входом выпрямляющего устройства (4), а второй выход согласующего устройства (2) соединен со вторым выходом нелинейного элемента (3), со вторым входом выпрямляющего устройства (4) и вторым входом генератора кода (5), отличающаяся тем, что в радиометку вводятся аналого-цифровой преобразователь (6), источник тока (7) и датчик параметра (8), при этом первый вход генератора кода (5) соединен со входом источника тока (7), а выход источника тока (7) соединен с первым выводом датчика параметра (8) и со входом аналого-цифрового преобразователя (6), выход которого соединен с третьим входом генератора кода (5), второй вход которого соединен со вторым выводом датчика параметра (8).

2. Радиометка по п.1, отличающаяся тем, что приемопередающая антенна выполнена как направленная антенна с рефлектором.

3. Радиометка по п.1, отличающаяся тем, что датчик параметра выполнен в виде терморезистора.

4. Радиометка по п.1, отличающаяся тем, что генератор кода и аналого-цифровой преобразователь выполнены в виде серийного микропроцессора.

5. Радиометка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве ограничителя снизу используется супервизор.