Page 91 - 电力与能源2022年第二期
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徐友刚, 等: 新型双芯片射频识别地下电缆定位电子标签的研制 1 1
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设备易受到金属物、 强电场等环境影响, 另外信号 系统。电磁反向散射耦合, 即雷达原理模型, 发射
接入条件不同造成的检测误差较大, 虽然动用各 出去的电磁波碰到目标后反射, 同时携带回目标
种仪器查找, 但效果皆不理想。 信息, 依据的是电磁波的空间传播规律, 一般适合
于超高频、 高频、 微波工作的远距离 RFID 系统。
2 射频识别技术电子标签原理
电子标签进入天线磁场后, 若接收到读写器发出
2.1 射频识别技术无线传输原理 的特殊射频信号, 就能凭借感应电流所获得的能
射频 识 别 ( RadioFre q uenc yIdentification , 量发送出存储在芯片中的产品信息( 无源标签),
简称 RFID ) 技术是一项利用射频信号通过空间 或者主动发送某一频率的信号( 有源标签), 读写
耦合( 交变磁场或电磁场) 实现无接触信息传递并 器读取信息并解码后, 送至中央信息系统进行有
通过所传递的信息达到识别目的的技术 [ 5-7 ] 。 关数据处理。
RFID 的基本工作原理为: 标签进入磁场后, 2.2 现有 RFID 系统位置定位局限性
接收解读器发出的射频信号, 凭借感应电流所获 目前射频电子标签技术已经具备了无源探测
得的能量发送出存储在芯片中的产品信息( 无源 电缆位置的功能, 然而现有技术只能标记大概位
标签或被动标签), 或者主动发送某一频率的信号 置, 无法精确描述具体电缆信息, 另外对于电缆故
( 有源标签或主动标签); 解读器读取信息并解码 障征兆或故障后的定位, 也不具备预警或检测能
后, 送至中央信息系统进行有关数据处理。一套 力, 需要进一步研究改进。
完整的 RFID 系统, 是由阅读器 ( Reader ) 与电子
3 新 型 双 芯 片 RFID 电 缆 定 位 芯 片 设
标签( TAG ) 也 即 所 谓 的 应 答 器 ( Trans p onder )、
计方案
天线、 中间件( Middleware ) 及应用软件系统 5 个
部分所组成。 RFID 通信原理如图 1 所示 [ 5-7 ] 。 该方案的电路结构由射频电子标签 1 、 双向
反射器 2 、 射频电子标签3 、 底面反射器4 、 柔性导
电垫 5 、 稳压二极管 D1 、 温度开关 S1 、 温度开关
S2 、 稳压二极管 D2 构成, 射频电子标签 1 、 射频电
子标签 3 为频率相同的射频电子标签, 分别设置
与于向反射器 2 的焦点位置, 双向反射器 2 设置
于底面反射器 4 的中间位置, 底面反射器 4 为矩
形平面结构, 由金属材料构成, 其反面粘贴柔性导
电垫 5 。射频电子标签 1 的一个发射电极与底面
反射器 4 电连接, 另一个发射电极与稳压二极管
图 1 RFID 通信原理
利用 RFID 技术研制的地下电子信息标识器 D1 正向串联后, 与底面反射器 4 电连接, 射频电
可以有效地应用于地下管网的日常维护管理工作 子标签 1 的两个发射电极之间接有温度开关 S1 ;
之中。根据设计要求, 预先在地下管网埋设的过 射频电子标签 3 的一个发射电极与底面反射器 4
程中安放地下电子标识器, 在日后的维护工作中, 电连接, 另一个发射电极与稳压二极管 D2 反向
就能以非开挖的方式轻松地找到该电缆的相关信 串联后, 与底面反射器 4 电连接, 射频电子标签 3
息, 并且标识器探测识读设备利用的是 RFID 识 的两个发射电极之间接有温度开关 S2 , 温度开
读技术, 根据标识器反映的信号强弱来精准定位 关 S1 与温度开关 S2 为常开型。新型 RFID 芯片
和查找地下管网, 从而有效克服了传统探测设备 结构和芯片电路结构分别如图 2 和图 3 所示。
受天气、 金属、 地质等条件影响的局限性。
从电子标签到读写器之间的通信及能量感应
方式来看, RFID 系统一般可以分成两类, 即电感
耦合系统和电磁反向散射耦合系统。电感耦合通
过空间高频交变磁场实现耦合, 依据的是电磁感
图 2 新型 RFID 芯片结构
应定律, 一般适合于中、 低频工作的近距离 RFID
