Электронный паспорт изделия
Предлагаемое устройство относится к области радиотехники и может быть использовано в системах идентификации объектов. Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей ПАВ-метки путем ее использования совместно с полупроводниковой меткой, т.е. создание интегральной метки, которая обеспечивает более полную характеристику исследуемого изделия. Электронный паспорт изделия содержит интегральную метку и прибор опроса и обработки. Интегральная метка состоит из ПАВ-метки 1 и полупроводниковой метки 8, размещенных на одной пьезокристаллической подложке 2. Она содержит также входной-выходной гребенчатый преобразователь 3, набор отражателей 4 и 5, приемо-передающую антенну 6, мембрану 7, индуктивность 9 и емкость 10 полупроводникового диода. Прибор 11 опроса и обработки содержит задающий генератор 12, первый 13 и второй 16 усилитель мощности, первый 14, второй 21 и третий 22 перемножители, первый 15, второй 23 и третий 29 перемножители, циркулятор 17, приемо-передающую антенну 18, полосовой фильтр 19, демодулятор 20 ФМн-сигнала, фильтр 24 нижних частот, блок 25 памяти, блок 26 сравнения кодов, первый 27 и второй 28 ключи, первый 30 и второй 31 фазометры и блок 32 регистрации. 2 ил.
Предлагаемое устройство относится к области радиотехники и может быть использовано в системах идентификации объектов.
Известны радиочастотные устройства идентификации объектов на поверхностных акустических волнах (авт. свид. СССР №№1.773.191, 1.832.318; патенты РФ №№2.095.825, 2.126.165, 2.158.936, 2.176.092, 2.276.406, 2.276.796, 2.333.512, 2.334.440; патенты США №№4.068.232, 4.392.102, 4.620.191, 4.724.427, 4.857.893, 6.061.614; патент Великобритании №2.289.602; патенты WO №№93/13.495, 96/33.423, 98/41.829; патент ЕР №0.585.132; Морган Д. Устройства обработки сигналов на поверхностных акустических волнах. Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1990, с.12, рис.1, 2, и другие).
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является «Идентификационная метка, работающая с поверхностными акустическими волнами» (патент РФ №2.158.936, G01S 13/02, 1995), которая и выбрана в качестве прототипа.
Известная идентификационная метка работает с поверхностными акустическими волнами (ПАВ), в ней, по меньшей мере, один из отражателей имеет большую отражательную способность, чем остальные.
Идентификационные метки названного вида обозначаются более кратко ID-Tag, используются в системах идентификации для бесконтактной автоматической идентификации объектов и широко известны. В них электрический сигнал посредством преобразователя преобразуют в ПАВ, которая отражается на ряде отражателей, причем отраженную ПАВ с помощью преобразователя, который может быть таким же, как и преобразователь, преобразующий входной электрический сигнал, преобразуют снова в электрический сигнал. В зависимости от конфигурации отражателей возникает заданный код, который представляет эту ID-Tag. Представляющий код электрический сигнал передают обратно на излучающую сигнал опроса систему, за счет чего может идентифицироваться место, в котором расположена ПАВ-метка.
Однако известная ПАВ-метка за счет идентификационного кода обеспечивает определение только местоположения изделия, на котором она размещена, и не позволяет определять другие параметры исследуемого изделия, например давление, температуру, влажность, заряд и т.п.
Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей ПАВ-метки путем ее использования совместно с полупроводниковой меткой, т.е. создание интегральной метки, которая обеспечивает более полную характеристику исследуемого изделия.
Поставленная задача решается тем, что электронный паспорт изделия, содержащий, в соответствии с ближайшим аналогом, идентификационную метку, выполненную в виде пьезоэлектрической подложки, на которой расположен входной-выходной гребенчатый преобразователь, связанный с приемо-передающей антенной, и набор отражателей, при этом идентификационная метка работает с поверхностными акустическими волнами для систем идентификации, в которых прибор опроса и обработки опрашивает идентификационные метки посредством беспроволочно передаваемого сигнала опроса и обрабатывает переданный от них обратно кодированный ответный сигнал, причем кодирование ответного сигнала задано количеством и положением отражателей метки, предусмотрен, по меньшей мере, один последующий отражатель с большой относительно отражательной способности определяющих кодирование отражателей отражательной способностью, отражатель с большой отражательной способностью является последним в ряду отражателей при рассмотрении от гребенчатого преобразователя, отличается от ближайшего аналога тем, что он снабжен тонкой мембраной, размещенной между гребенчатым преобразователем и набором отражателей, и полупроводниковой меткой, размещенной на пьезоэлектрической подложке, выполненной в виде колебательного контура, который состоит из параллельно соединенных индуктивности и емкости полупроводникового диода и связан с приемо-передающей антенной, причем прибор опроса и обработки выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, первого узкополосного фильтра, второго усилителя мощности, циркулятора, второй вход которого через первый усилитель мощности соединен с выходом задающего генератора, а вход-выход связан с приемо-передающей антенной, полосового фильтра, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, второго узкополосного фильтра, третьего перемножителя, второй вход которого соединен с выходом полосового фильтра, фильтра нижних частот, блока сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, первого ключа, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, первого фазометра, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, и блока регистрации, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, последовательно подключенных к выходу первого узкополосного фильтра второго ключа, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения кодов, и второго фазометра, второй вход которого через третий узкополосный фильтр соединен с выходом циркулятора, а выход подключен к третьему входу блока регистрации.
Структурная схема интегрированной метки изображена на фиг.1. Структурная схема прибора опроса и обработки представлена на фиг.2.
Интегрированная метка содержит идентификационную метку 1 на поверхностных акустических волнах (ПАВ) и полупроводниковую метку 8.
Идентификационная метка 1 на ПАВ выполнена в виде пьезоэлектрической подложки 2, на которой расположены входной-выходной гребенчатый преобразователь 3, тонкая мембрана 7, набор 4 отражателей, в последнем ряду которых помещен отражатель 5 при рассмотрении от гребенчатого преобразователя 5 с большой отражающей способностью.
Полупроводниковая метка 8 размещена на пьезоэлектрической подложке 2, выполнена в виде колебательного контура, который состоит из параллельно соединенных индуктивности 9 и емкости 10 полупроводникового диода и связан с приемо-передающей антенной 6.
Прибор 11 опроса и обработки содержит последовательно включенные задающий генератор 12, первый перемножитель 14, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 12, первый узкополосный фильтр 15, второй усилитель 16 мощности, циркулятор 17, второй вход которого через первый усилитель 13 мощности соединен с выходом задающего генератора 12, а вход-выход связан с приемо-передающей антенной 18, полосовой фильтр 19, второй перемножитель 21, второй вход которого соединен с выходом фильтра 24 нижних частот, второй узкополосный фильтр 23, третий перемножитель 22, второй вход которого соединен с выходом полосового фильтра 19, фильтр 24 нижних частот, блок 26 сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом блока 25 памяти, первый ключ 27, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра 23, первый фазометр 30, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 12, и блок 32 регистрации, второй вход которого соединен с выходом фильтра 24 нижних частот. К выходу первого узкополосного фильтра 15 последовательно подключены второй ключ 28, второй вход которого соединен с выходом блока 26 сравнения, и второй фазометр 31, второй вход которого через третий узкополосный фильтр 29 соединен с выходом циркулятора 17, а выход подключен к третьему входу блока 32 регистрации. Второй 21 и третий 22 перемножители, второй узкополосный фильтр 23 и фильтр 24 нижних частот образуют демодулятор 20 ФМн-сигналов.
Электронный паспорт изделия работает следующим образом.
В приборе 11 опроса и обработки задающим генератором 12 формируется высокочастотное колебание
u1(t)=U1·cos(w1t+φ1), 0≤t≤T1,
где U1, w1, φ1, T1 - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания,
которое после усиления в первом усилителе 13 мощности через циркулятор 17 поступает в приемо-передающую антенну 18 в качестве первого запросного сигнала.
Одновременно высокочастотное колебание u1(t) поступает на два входа первого пермножителя 14, на выходе которого образуется следующее высокочастотное колебание:
u2(t)=U2·cos(w2t+φ2), 0≤t≤T1,
где 
;
w2=2w1;φ2=2φ1,
которое выделяется узкополосным фильтром 15 и после усиления в усилителе 16 мощности через циркулятор 17 поступает в приемо-передающую антенну 18 в качестве второго запросного сигнала.
Первый u1(t) и второй u2(t) запросные сигналы излучаются приемо-передающей антенной 18 в эфир, облучают интегральную метку и через приемо-передающую антенну 6 поступают на гребенчатый преобразователь 3 и колебательный контур 8. Причем резонансная частота гребенчатого преобразователя 3 настроена на частоту w1, а резонансная частота колебательного контура 8 настроена на частоту w2. Резонансная частота гребенчатого преобразователя 3 определяется расстоянием между электродами. Гребенчатый преобразователь 3 формирует в пьезоэлектрической подложке 2 акустические волны, которые распространяются по ее поверхности, проходят мембрану 7 и отражаются набором отражателей 4 и 5. Акустические волны, отраженные от набора 4 и 5 отражателей, опять преобразуются в сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн)
u3(t)=U3·cos[w1t+φк(t)+φ1+Δφ1], 0≤t≤T1,
где φк(t)={0; π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с внутренней структурой гребенчатого преобразователя 3;
Δφ1 - фазовый сдвиг, обусловленный величиной изменения температуры окружающей среды.
Следует отметить, что тонкая мембрана 7 реагирует на температуру окружающей среды и не реагирует на давление, а полупроводниковая метка 8, наоборот, реагирует на давление и не реагирует на температуру.
На тонкую мембрану 7 воздействует температура, вызывающая ее деформацию. Скорость ПАВ в области мембраны 7 изменится, что вызывает и изменение фазы отраженной ПАВ в соответствии с деформацией мембраны.
При сжатии полупроводниковой метки 8 колебательный контур изменяет свою резонансную частоту за счет изменения межатомного расстояния. С увеличением сжатия (гидростатического давления) полупроводникового кристалла уменьшается межатомное расстояние, увеличивается перекрытие электронных орбит, что приводит к резкому увеличению электрической проводимости (переход полупроводник - металл) и изменению частоты колебательного контура на некоторую величину Δw (w2+Δw, где w2 - резонансная частота колебательного контура).
Таким образом, полупроводниковая метка 8 представляет собой электродинамическую пассивную структуру, которая при попадании в электромагнитное поле зондирующего сигнала u2(t) прибора 11 опроса и обработки создает рассеянный радиосигнал с частотой w2+Δw, которая выше частоты w2 зондирующего сигнала на некоторую величину Δw, определяющую величину давления.
Так как между частотой и фазой существует интегрально-дифференциальная связь, то любые изменения частоты приводят к изменению фазы. Поэтому целесообразно использовать фазовые набеги, связанные с изменением величины давления.
Рассеянный полупроводниковой меткой радиосигнал
u4(t)=U4·cos[w2t+φ4+Δφ2], 0≤t≤tТ1,
где Δφ2 - фазовый сдвиг, обусловленный силой давления на полупроводниковую метку,
вместе с радиосигналом с фазовой манипуляцией u3(t) излучаются приемо-передающей антенной 6 в эфир, улавливаются приемо-передающей антенной 18 прибора 11 опроса и обработки и через циркулятор 17 поступают на входы полосового фильтра 19 и узкополосного фильтра 20. Причем частоты настройки wн1 и wн2 полосового фильтра 19 и узкополосного фильтра 29 выбраны следующим образом: wн1=w1, wн2=w2. Полосовым фильтром 19 выделяется сложный ФМн-сигнал u3(t), который поступает на первые входы перемножителей 21 и 22. На второй вход перемножителя 22 подается опорное напряжение с выхода узкополосного фильтра 23
u0(t)=U0·cos(w1t+φ1+Δφ1), 0≤t≤T1,
на выходе перемножителя 22 образуется суммарное напряжение
u∑(t)=Uн·cosφк(t)+Uн·cos[2w1t+φк(t)+2φ1+2Δφ1],
где 
;
из которых фильтром 24 нижних частот выделяется низкочастотное напряжение
Uн(t)=Uн·cosφк(t), 0≤t≤T1,
которое пропорционально идентификационному коду изделия, на котором размещена интегральная метка.
Низкочастотное напряжение uн(t) фиксируется блоком 32 регистрации и одновременно поступает на второй вход перемножителя 21. На выходе последнего образуется гармоническое колебание
u5(t)=U5·cos(w1t+φ1+Δφ1)+U5·cos(wct+2φк(1)+φ1+Δφ1]=U0·cos(w1t+φ1+Δφ1),
где 
; 2U5=U0,
которое используется в качестве опорного напряжения, выделяется узкополосным фильтром 23 и подается на второй вход перемножителя 22.
Низкочастотное напряжение uн(t) одновременно поступает на первый вход блока 26 сравнения кодов, на второй вход которого подаются идентификационные коды всех изделий, подлежащих исследованию. Если сравниваемые коды равны, то в блоке 26 сравнения кодов формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющие входы ключей 27 и 28, открывая их. В исходном состоянии ключи 27 и 28 всегда закрыты.
При этом гармоническое колебание u5(t) с выхода узкополосного фильтра 23 через открытый ключ 27 поступает на первый вход фазометра 30, на второй вход которого подается высокочастотное колебание u1(t). Фазометр 30 измеряет фазовый сдвиг Δφ1, пропорциональный температуре изделия, фиксируется блоком 32 регистрации.
Гармоническое колебание u2(t) с выхода узкополосного фильтра 15 через открытый ключ 28 поступает на первый вход фазометра 31, на второй вход которого с выхода узкополосного фильтра 29 подается гармоническое колебание u4(t). Фазометр 31 измеряет фазовый сдвиг Δφ2, пропорциональный давлению на изделие, фиксируется блоком 32 регистрации.
Таким образом, предлагаемый паспорт изделия по сравнению с базовым объектом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает дистанционное измерение температуры и давление исследуемого изделия, а также определение его идентификационного кода. Это достигается совместным использованием ПАВ-метки и полупроводниковой метки, размещенных на одной пьезоэлектрической подложке, т.е. интегральной метки, которая обеспечивает более полную характеристику исследуемого изделия, его электронный паспорт. Тем самым функциональные возможности известного устройства расширены.
Электронный паспорт изделия, содержащий идентификационную метку, выполненную в виде пьезоэлектрической подложки, на которой расположен входной-выходной гребенчатый преобразователь, связанный с приемопередающей антенной, и набор отражателей, при этом идентификационная метка работает с поверхностными акустическими волнами для систем идентификации, в которых прибор опроса и обработки опрашивает идентификационные метки посредством беспроволочно передаваемого сигнала опроса и обрабатывает переданный от них обратно кодированный ответный сигнал, причем кодирование ответного сигнала задано количеством и положением отражателей метки, предусмотрен, по меньшей мере, один последующий отражатель с большой относительно отражательной способности определяющих кодирование отражателей отражательной способностью, отражатель с большой отражательной способностью является последним в ряду отражателей при рассмотрении от гребенчатого преобразователя, отличающийся тем, что он снабжен тонкой мембраной, размещенной между гребенчатым преобразователем и набором отражателей, и полупроводниковой меткой, размещенной на пьезоэлектрической подложке, выполненной в виде колебательного контура, который состоит из параллельно соединенных индуктивности и емкости полупроводникового диода и связан с приемопередающей антенны, причем прибор опроса и обработки выполнен в виде антенны, причем прибор опроса и обработки выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, первого узкополосного фильтра, второго усилителя мощности, циркулятора, второй вход которого через первый усилитель мощности соединен с выходом задающего генератора, а вход-выход связан с приемопередающей антенной, полосового фильтра, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, второго узкополосного фильтра, третьего перемножителя, второй вход которого соединен с выходом полосового фильтра, фильтра нижних частот, блока сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, первого ключа, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, первого фазометра, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, и блока регистрации, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, последовательно подключенных к выходу первого узкополосного фильтра второго ключа, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения кодов, и второго фазометра, второй вход которого через третий узкополосный фильтр соединен с выходом циркулятора, а выход подключен к третьему входу блока регистрации.
